CN111446706B

CN111446706B - 一种电源保护方法及装置

Info

Publication number: CN111446706B
Application number: CN202010289266.8A
Authority: CN
Inventors: 董兆龙; 钟运栓; 王学万; 吴丽; 郭海峰
Original assignee: Hefei Lianbao Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Lianbao Information Technology Co Ltd
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: CN111446706A

Abstract

本申请公开了一种电源保护方法及装置，其中方法包括：在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值；其中，所述指定电流值小于所述电源开关所能够输出的正常电流值；检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。

Description

一种电源保护方法及装置

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种电源保护方法及装置。

背景技术

在相关技术中，使用电源开关能够解决一些因为电容短路或者开关上管短路造成的热熔问题，但此方案有一些缺陷，比如，即使开关线路或者输入电容等零件是在工作中短路的，使用者并不知道出现了何种故障，会尝试反复上电开机，每次上电损坏的零件都会再经历一次大电流冲击，设备也会再经历一次大电流高电压冲击，会导致二次损害。如何避免上述情况的发生，就成为需要解决的问题。

发明内容

本申请提供一种电源保护方法及装置，以解决现有技术中存在的上述问题。

本申请提供一种电源保护方法，所述方法包括：

在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值；其中，所述指定电流值小于所述电源开关所能够输出的正常电流值；

检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。

本申请提供一种电源保护装置，所述装置包括：

电流限制单元，用于在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值；其中，所述指定电流值小于所述电源开关所能够输出的电流值；

比较器，用于检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。

通过采用上述方案，在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关限制在低于正常电流值的指定电流值，进而输出端电压的检测以决定是否关闭电源开关。从而，能够在电源开关的输出电压和参考电压满足一定条件的情况下，控制不会上电成功，如此能够最大程度保护设备不被二次伤害。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电源保护方法流程示意图一；

图2为本申请实施例提供的硬件组成结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电流限制电路示意图；

图4为本申请实施例提供的电源保护方法流程示意图二；

图5为本申请实施例提供的方案的处理效果示意图；

图6为本申请实施例提供的一种处理场景示意图；

图7为本申请实施例的处理效果与相关技术的示意图；

图8为本申请实施例提供的电源保护装置组成结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种电源保护方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤11：在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值；其中，所述指定电流值小于所述电源开关所能够输出的正常电流值；

步骤12：检测电源开关的输出端电压是否小于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。

本实施例的应用场景可以为任意需要电源开关控制供电的设备，比如，可以为PC、笔记本、平板等电子设备，不进行穷举。具体来说，本实施例提供的方案可以应用于上述设备的电源开关处，以对电源开关的上电或关闭进行控制。

步骤11中，所述电源开关(Power Switch)开启，可以理解为在电子设备(比如PC(个人电脑))通电的情况下，按下电源开关按键，则电源开关开启。

在电源开关按下开启按键的时候，其输入端的电压建立；这里，可以结合图2进行说明，所谓输入端的电压建立指的是图中Q1(电源开关)开启的时候，Vin也就是输入端电压建立。

另外，步骤11中，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值，指的是，在上电时，电源开关不直接完全打开(Turn On)以免产生大电流，而是利用电流限制(current limit)线路的电流限制功能将电源开关的场效应管(MOS)的门极微导通，并限制电源开关上面流过的电流在一个指定值。

其中，指定电流值可以为根据实际情况设置的，其范围可以是1-100mA。比如可以为10mA，当然还可以更小或略大，只要低于电源开关所能够输出的正常电流值即可，本实施例中不对其进行穷举。

也就是说，电流限制功能可以通过设置电流限制电路实现，该功能(或电路)的作用在于能够使得电源开关的输出电流低于所能够输出的正常电流值。

关于电流限制功能或电路的实现可以存在多种方式，本实施例不进行一一列举，仅通过一种示例进行说明，比如可以是使用镜像电流采样的方式，结合图3所示，具体来说：

电源开关本身是一个由多个MOSFET cell(单元)组成的较大晶圆的MOSFET模块(比如图中Q1)，此MOSFET由于是电流主回路，承受电流较大，不容易采样电流(串联电阻会造成功率损耗很大)，一般会以等比例做出另一个MOSFET(比如图中Q2)作为镜像，此MOSFET(比如图中Q2)可以镜像电源开关MOSFET(比如图中Q1)的电流，其中，电源开关MOSFET(比如图中Q1)的电流可以表示为图中的I1，另一个MOSFET也就是图中的Q2镜像得到的电流表示为图中所示的I2；Q2流过的电流I2是按照比例K缩小的，因此可以使用电阻取样出电流大小；其中，还可以包括利用反馈回路控制栅极的导通程度，确保取样电流(I2)跟设置的current limit电流(也就是指定电流值)是同样值。

需要指出的是，本示例仅为电流限制电路的一种实现方式，实际上可以存在其他的实现方式，本实施例不进行穷举，只要可以得到小于原定输出电流的指定电流值的电路都在本申请的保护范围内。

上述步骤12中，检测电源开关的输出端电压是否小于参考电压，具体来说，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。通过电源开关的输出端电压以及参考电压之间的比较来确定输出端是否存在问题，得到的检测结果为输出端电压和参考电压之间的相对关系，基于此来表示输出端是否存在问题。

进一步地，所述输出端存在问题，可以理解为输出端存在短路问题；

其中，短路问题的出现，可能由于零件损坏短路，例如输入电容短路，或者开关电路的上管短路等等，这里不对其进行穷举。

具体来说，如果输出端没有零件损坏，则输出端的阻抗一般都大于1K以上，因此电源开关的输出端电压(10mA*1K)一般大于参考电压；

如果输出端零件损坏短路，例如输入电容短路，或者开关电路的上管短路，则输出端的阻抗就会很低，在几ohm到几十ohm之间，此时，电源开关的输出端电压，比如可以等于10mA*10ohm，是一定小于参考电压的。

其中，所述参考电压可以根据实际情况设置，比如可以为1伏特(V)。

上述步骤12中，所述根据检测结果确定是否关闭电源开关，可以包括以下多种处理情况：

情况一、

若检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，则确定关闭所述电源开关。

情况一可以认为是只要在任意一个时间点进行检测，得到的检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，就可以认为输出端存在问题(比如上述短路问题)，此时可以立即关闭电源开关，这种方式处理较为快速、效率较高。

情况二、

若在预设时长内得到的检测结果均表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，则确定关闭所述电源开关。

情况二可以认为是在任意一个时间点的检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，就可以进行计时；

如果在计时过程中，检测到所述电源开关的输出端电压大于所述参考电压，那么判断当前计时时长是否小于所述预设时长，如果小于，那么可以停止计时，并且可以不关闭电源。此时，后续的处理可以存在两种方式，一种方式中，可以保持电流限制功能开启，直至一段时长之后都没有再检测到所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，那么可以确定输出端正常，然后正常进行后续开启处理。另一种方式中，可以直接确定输出端正常，进行后续开启处理。

如果在计时开始之后、直至计时时长达到所述预设时长的过程中，每次的检测结果均一致，都表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，那么可以确定输出端异常(或出现问题)，并确定关闭电源开关。

情况二的处理中，可以增加定时器，该定时器的定时时长等于所述预设时长，一旦检测到任意一个检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压就开始计时，并且对其进行定义为，如果再次检测到相同的检测结果(也就是同样表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压)，则保持计时，如果检测到不同的检测结果(也就是表征所述电源开关的输出端电压大于所述参考电压)，停止定时器的计时。

也就是说，情况二采用一段时长内的检测结果作为判断依据，这种方式能够避免误判断的情况，从而更加准确。

情况三、

若检测结果表征所述电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关。

也就是说，在开始进行检测之后，检测到任意一次检测结果表征电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关；

或者，在开始进行检测之后，第一次检测结果表征电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关；

再或者，也可以结合持续时长，在开始进行检测之后，持续一段时长内检测结果均表征电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关。

进一步地，在确定不关闭所述电源开关时，所述方法还包括：

触发软启动电路、并取消所述电流限制单元的电流限制功能；其中，所述软启动电路用于控制电源开关正常开启以输出正常电流值的电流。

也就是，如果确定不关闭电源开关，那么使用本实施例提供的方案的电子设备(比如PC、笔记本等)可以按照正常上电流程进行后续的处理，这里不再赘述。

一种示例中，结合图4，对本实施例提供的方案的流程进行说明：

步骤41、电脑***电源，电源开关(power switch)输入端电压建立；

步骤42：电源开关(power switch)打开，此时电流限制(current limit)功能启动，将电源开关的输出电流限制在一个指定电流值，例如10mA。其中，电源开关可以为缓慢打开。

步骤43、检测电源开关的输出端电压；

步骤44、判断所述输出端电压是否大于参考电压，若大于则执行步骤45，否则，执行步骤46。

比如，IC(integrated circuit，集成电路)(比如，可以为比较器)同时侦测输出电压，如果输出端没有零件损坏，则输出端的阻抗一般都大于1K以上，因此10mA*1K>参考电压(如1V),如果输出端零件损坏短路，例如输入电容短路，或者开关电路的上管短路，则输出端的阻抗就会很低，在几ohm到几十ohm之间，10mA*10ohm<参考电压(如1V)。

步骤45、触发软启动电路，电源开关正常输出。

其中，电源开关正常输出至少可以包括：控制取消电流限制功能，以保证电源开关至少输出电流为正常电流值。

步骤46、保持不启动，持续时长达到预设时长，关闭电源开关。

这里，关闭电源开关还可以进一步包括关闭整个装置的IC，可以包括有关闭电流限制电流(或功能)，以及关闭软启动电路等等。

上述保持不启动，指的是不正常启动电源开关，进一步的，可以理解为保持不通过软启动电路进行启动。

结合上述步骤45以及步骤46来说，也就是当侦测到输出电压大于参考电压(如1V)，就会启动soft-start线路，让power switch正常开启，当侦测到输出电压低于参考电压(如1V)，则持续一段时间(比如10ms)后(确保误侦测)就彻底关闭电源开关(powerswitch)。

结合图5，对本方案实施情况下，输出阻抗正常上电和输出阻抗异常上电的波形对比图：

输出阻抗正常上电(阻抗正常)：T1时刻电脑***电源，此时电源开关Powerswitch输入端Vin电压建立完成，电源开关power switch输出电压Vo开始爬升，由于输出电流被限制在10mA，因此爬升比较缓慢，在T2时刻Vo爬升到大于设置参考电压1V，因此电流限制currentlimit功能被放开，软启动soft-start开启，电压正常爬升到Vo＝Vin

输出阻抗异常上电(阻抗异常)：T1时刻电脑***电源，电源开关power switch输入端Vin电压建立完成，此时电源开关power switch缓慢打开，输出电流被限制在10mA,由于输出阻抗低，因此输出电压无法爬升，一直被保持在10mA*输出阻抗，也一直无法高于参考电压，持续一段时间t之后，仍然没有高于参考电压，IC将电源开关powerswitch完全关闭。

总的来说(可以参考图2)，方案基本的逻辑是：当***中有零件烧毁时，比如输入电容烧毁或者开关管上管烧毁，***电压输入端阻抗会很低，所以在上电时，电源开关power switch不直接完全开启以免产生大电流，而是利用电流限制current limit线路(或功能)将电源开关的MOS的门极微导通，并限制电源开关上面流过的电流在一个指定电流值(范围可以是1-100mA)，例如10mA,此10mA电流会对Vsys端(输出端)电容充电，若Vsys端(输出端)阻抗正常，则Vsys端(输出端)上面的电压会被迅速建立起来超过一个门限值，也就是超过参考电压(比如图中的比较器的参考电压V_REF)，例如1V，此时取消电流限制功能并启动软启动soft-start功能让power switch软启动成功；

若Vsys端(输出端)阻抗异常(低)，则Vsys上面的电压不会建立起来，比较器侦测输出电压低则一直不让power switch软启动，Vsys端(输出端)不会有电压出现，而电流被限制在很低的值，产生的功率很小，原本好的零件如CPU,内存等不会被误烧毁，而原本已经损坏的零件也不会损坏加剧，可以有助于分析。

如图6示，如果开关电路里的Q1短路，就会有大电流通过Q1->L1到达设备端，因为设备通常也是低阻抗，因此形成了回路，大电流流过设备会造成设备损坏，而本申请提供的方案在设备开启前使用小电流去侦测这个环路的阻抗，此小电流流过设备不会对设备造成任何损伤。

本申请可以提升电源开关本身的可靠性，这是因为传统电源开关在上电(开启)时，如果后端***供电回路出现短路状况，则流过电源开关的电流会迅速增大，虽然电源开关会做限流动作，但由于此时电源开关两端压差很大(输入端等于Vin电压，输出端由于供电回路短路，电压等于零，所以压差等于Vin)，所以power switch的功耗会非常大，例如，图7中所示，相关技术中，电源开关使用在20V输入的产品上，电源开关设定的电流保护点是20A，那么当***端有短路发生时，电源开关上面将会出现20*20＝400W的瞬时功耗，此瞬时功耗可能瞬间就会造成power switch烧毁，即使一次没有烧毁，如果用户不了解情况，反复尝试上电几次也有很大几率烧毁，因此可靠性非常差。

而通过采用本申请提供的方案，如果电源开关后端线路出现短路状况，电源开关上面的电流会被限制在很小的电流，此电流对电源开关没有任何伤害，比如图7所示，保持在10mA的电流，产生的电压为10mA*20V＝0.2W，这样也就不会出现可靠性问题。

可见，通过采用上述方案，在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关限制在低于正常电流值的指定电流值，进而输出端电压的检测以决定是否关闭电源开关。从而，能够在电源开关的输出电压和参考电压满足一定条件的情况下，控制不会上电成功，如此能够最大程度保护设备不被二次伤害。

本申请实施例提供一种电源保护装置，如图8所示，包括：

电流限制单元81，用于在电源开关开启的情况下，通过电流限制功能将电源开关的输出电流的电流值调整至指定电流值；其中，所述指定电流值小于所述电源开关所能够输出的电流值；

比较器82，用于检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。

本实施例的应用场景可以为任意需要电源开关控制供电的设备，比如，可以为PC、笔记本、平板等电子设备，不进行穷举。具体来说，本实施例提供的装置可以应用于上述设备的电源开关处，以对电源开关的上电或关闭进行控制。

比较器82，用于检测电源开关的输出端电压是否小于参考电压，具体来说，所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的。通过电源开关的输出端电压以及参考电压之间的比较来确定输出端是否存在问题，得到的检测结果为输出端电压和参考电压之间的相对关系，基于此来表示输出端是否存在问题。

比较器82，用于根据检测结果确定是否关闭电源开关，可以包括以下多种处理情况：

情况一、

情况二、

情况三、

进一步地，所述装置还包括：

软启动电路83，用于控制电源开关正常开启以输出正常电流值的电流；

所述比较器82，还用于在确定不关闭所述电源开关时，触发软启动电路、并取消所述电流限制单元的电流限制功能。

其中，比较器确定取消电流限制单元的电流限制功能可以通过使能(EN)控制，比如将其设置为高电位可以表示使能，设置为低点位可以表示不使能(也就是取消)，或者反之亦可，不再赘述；比较器，触发软启动电路也可以通过对应的使能控制，对该电流的使能管角进行电位控制，比如高电位表示使能，否则表示不使能，或者反之亦可不再赘述。

总的来说(可以参考图2)，方案基本的逻辑是：当***中有零件烧毁时，比如输入电容烧毁或者开关管上管烧毁，***电压输入端阻抗会很低，所以在上电时，电源开关power switch不直接完全开启以免产生大电流，而是利用电流限制电路将电源开关的MOS的门极微导通，并限制电源开关上面流过的电流在一个指定电流值，电流会对Vsys端(输出端)电容充电，若Vsys端(输出端)阻抗正常，则Vsys端(输出端)上面的电压会被迅速建立起来超过一个门限值，此时比较器可以通过输出端的电压以及参考电压(图中的Vref)进行比较，进而确定是否取消电流限制功能，并启动软启动soft-start功能让电源开关软启动成功；

若Vsys端(输出端)阻抗异常(低)，则Vsys上面的电压不会建立起来，比较器检测到输出端电压低与参考电压，则控制不使能，也就是一直不让软启动电路工作，Vsys端(输出端)不会有电压出现，而电流被限制在很低的值，产生的功率很小，原本好的零件如CPU,内存等不会被误烧毁，而原本已经损坏的零件也不会损坏加剧，可以有助于分析。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电源保护方法，所述方法包括：

检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，在上电时，所述电源开关不直接完全开启以免产生大电流，而是利用所述电流限制功能将所述电源开关的门极微导通，并限制所述电源开关上面流过的电流在一个指定电流值内，此时所述电源开关上面流过的电流会对输出端电容充电；所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的；

所述指定电流值大于等于1mA且小于等于100mA；

其中根据检测结果确定是否关闭电源开关，包括：

若检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，则确定关闭所述电源开关，并保持所述电流限制功能；

根据检测结果确定是否关闭电源开关，包括：

若检测结果表征所述电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关，取消所述电流限制功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据检测结果确定是否关闭电源开关，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定不关闭所述电源开关时，所述方法还包括：

触发软启动电路、并取消所述电流限制功能；其中，所述软启动电路用于控制电源开关正常开启以输出正常电流值的电流。

4.一种电源保护装置，所述装置包括：

比较器，用于检测电源开关的输出端电压是否大于参考电压，根据检测结果确定是否关闭电源开关；其中，在上电时，所述电源开关不直接完全开启以免产生大电流，而是利用所述电流限制功能将所述电源开关的门极微导通，并限制所述电源开关上面流过的电流在一个指定电流值内，此时所述电源开关上面流过的电流会对输出端电容充电；所述电源开关的输出端电压为基于所述指定电流值的电源开关的输出电流对输出端电容充电建立的；

其中，所述比较器，具体用于若检测结果表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，则确定关闭所述电源开关，并保持所述电流限制功能；

所述比较器，具体用于若检测结果表征所述电源开关的输出端电压大于所述参考电压，则确定不关闭所述电源开关，取消所述电流限制功能。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述比较器，具体用于若在预设时长内得到的检测结果均表征所述电源开关的输出端电压不大于所述参考电压，则确定关闭所述电源开关。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

软启动电路，用于控制电源开关正常开启以输出正常电流值的电流；

所述比较器，还用于在确定不关闭所述电源开关时，触发软启动电路、并取消所述电流限制单元的电流限制功能。