CN1787314A - 电源保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源保护装置，用于对电源模块进行选择性保护，包括至少一个保护电路及与其对应的保护控制电路，用于控制所述保护电路对电源保护功能的启用或禁止。本发明还公开了一种电源保护方法，首先分别设置与电源被保护参数对应的保护电路；当电源应用设备正常工作时，由所述保护电路对电源模块进行安全保护；当对电源应用设备进行高加速测试或者高加速应力筛选时，通过硬件或软件禁止一个或多个保护电路对电源模块进行安全保护。利用本发明，可以为某些特殊应用场合中需要禁止电源相关保护功能提供了可能，本发明设计简单，使用方便，成本低廉。

Description

电源保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电源保护技术，具体涉及一种电源保护装置及方法。

背景技术

通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电***的主流。在通信领域中，通常将整流器称为一次电源，而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。无论是一次电源还是二次电源都已经模块化。通信设备的电源模块内部通常都有保护电路，如过流保护电路(OCP)、过压保护电路(OVP)和过热保护(OTP)电路、欠压保护、欠流保护等，这些保护电路是防止在某些异常情况下相关参数超过和低于设定值，出现电源模块或者***损坏。以过热保护OTP功能为例，该电路的作用是通过热敏电阻或其他热敏元器件监控某点温度，一旦被监控点温度超过设定值，就禁止电源的输出，防止电源在异常的使用环境下内部温度过高造成器件损坏。

目前，通信设备模块化的电源一般采用开关电源，其原理如图1所示：电源主要由一次侧的输入滤波电路、功率变化电路、输出滤波电路、反馈电路和PWM(脉宽调制)控制电路组成实现电源的输入到输出的电压转换，另外有辅助监控电路监控电源的版本信息、电源状态等状态信息输出，有保护电路对电源进行过流保护、过压保护、过温、欠压等保护。

其中，保护电路的原理是：测量被监控点的电压、电流和温度，将监控参数转换成电压信号并和设定值比较。如果测量值不满足设定要求，则通过PWM控制电路禁止功率变换，实现对电源的保护功能。

一般在设计保护电路时，可以使用简单的电压比较器实现，将被监控参数转换为电压信号，并和设定值比较，通过比较的结果来控制电源是否输出。以使用热敏电阻的过温保护电路为例，其电路图如图2所示：

该过温保护电路实际就是一个电压比较器，电阻R2和R3组成一路分压电路，分压点b和比较器IC1的正极输入相连，电阻R1和RT1组成另一路分压电路，分压点a和比较器IC1负极输入相连，通过电阻R4形成一个正反馈电路，IC1的输出通过电阻R5提高响应速度。

RT1阻值和它所在的温度相关，即a点电压和温度相关。通过比较a、b两点电压高低来产生控制信号，该控制信号输出给PWM控制电路，控制电源的输出与禁止。

控制信号的有效方式和热敏电阻类型有关。以PTC(正温度系数，热敏电阻环境温度超过一定值后显著增加)类型为例，正常应用时热敏电阻RT1的阻值比较小，RT1电压降小于R3的电压降，即a点电压低于b点电压，比较器输出一个高的控制信号，允许电源输出；反之，如果监控点温度过高，RT1电阻值显著变大，则a点电压高于b点电压，比较器输出一个低的控制信号，禁止电源后级输出。如果使用NTC(负温度系数)的热敏电阻，则控制信号为低时允许电源输出，为高时禁止电源输出。

保护电路设计也可以选用专用监控元器件来实现，这种器件实际就是模块化的比较器。按照比较的实现原理，可以分成模拟比较和数字比较两种。对于采用模拟比较方式的器件，一般有一个内部参考电平作为设定值，通过比较监控信号的输入电平和参考电平的相对关系，直接输出一个控制信号。对于数字比较方式的器件，一般通过编程等其他方式将设定的参考值固化在监控器件内部的非易失性存储单元，将监控输入管脚的信号通过内部的A/D模数转换电路转换成数字信号，然后通过比较设定值和监控输入参数的相对关系，直接输出一个控制信号。上述两种比较方式的监控芯片从原理的角度来看是相同的，都是外部输入信号和器件内部预置参考值比较。以电压监控为例，其电路图如图3所示：

该电路的核心芯片是一个电压监控芯片，其内置参考电平为1.25V，被监控电压Vout通过R2和R1分压，得到a点电压，若a电压高于1.25V，则电压监控芯片输出高电平的OVP控制信号。

目前电源模块设计中，电源过温、过压、过流、欠压和欠流保护功能不受***控制。如果要禁止保护功能，只有对电源进行处理，如去掉保护路中的某些元器件或者调整某些器件参数等。如果是非开放式电源，需要拆除电源的壳体才能处理，这样操作将对电源造成一定损伤。

而在产品开发、生产过程中有许多试验都是要求产品工作在规格温度之外，如HALT(高加速寿命试验)和HASS(高加速应力筛选)，此时电源内部工作温度、输出电压或者输出电流有可能短时间超过保护点之上，使电源处于保护状态。因此，为了满足测试要求，需要关掉电源的相关保护功能，对于一般密封的电源模块，这样的操作不方便实施，会对电源产生一定的损伤。另外，电源出现保护后，如果不能单独禁止各种保护功能，也不利于定位具体是哪种保护导致电源无输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种电源保护装置，以克服现有技术中由于电源的保护功能对某些测试项目的影响，方便地控制电源相关保护功能的启用与禁止。

本发明的另一个目的是提供一种电源保护方法，以简单地实现选择性地开启或禁止对电源的各种保护功能，并且不会损坏设备。

为此，本发明提供如下的技术方案：

(同权利要求)

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过增加与电源各种保护电路对应的保护控制电路，利用硬件或软件的方式，通过该保护控制电路实现了对保护电路提供保护功能的启用与禁止；而且保护控制电路与保护电路一一对应，每个保护电路可以单独控制，因此在某些特殊应用情况下，可以单独取消对电源的一项或多项保护功能，而且不会损坏电源及设备。特别是通过软件对保护电路进行控制，可以由***统一控制，不需要人工干预。本发明设计简单、操作方便、基本上不增加电源及设备成本。

附图说明

图1是现有通信设备电源原理框图；

图2是过温保护电路图；

图3是过压保护电路图；

图4是本发明电源保护装置原理框图；

图5是本发明电源保护装置第一实施例电路图；

图6是本发明电源保护装置第二实施例电路图；

图7是本发明电源保护装置第三实施例电路图；

图8是本发明电源保护装置第四实施例电路图；

图9是本发明装置应用于通信设备电源***中的原理框图；

图10是本发明装置应用于需要多个参数保护的电源***中的逻辑框图；

图11是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

本发明的核心在于通过保护电路对电源模块进行安全保护，并且由与该保护电路对应的保护控制电路控制其对电源保护功能的启用或禁止。基于保护电路大多为由比较器及其***电路组成的原理，采用硬件的方式，比如通过跳线、拨码开关或其他类似器件，控制比较器的输出，实现电源内部控制相关保护功能的启用或禁止；或者采用软件的方式，由电源应用设备内的中央处理单元通过控制其输入/输出管脚或者其它逻辑器件的输出管脚，来实现相关保护功能的启用或禁止。根据设计需要，可以采用多种不同的方式控制比较器的输出。在通信设备正常工作时，通过保护控制电路启用保护功能，使保护电路对电源模块进行安全保护；当对通信设备进行高加速测试或者高加速应力筛选时，通过保护控制电路禁止与其对应的保护电路对电源模块进行安全保护。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图4所示本发明电源保护装置原理框图：

该装置包括：保护电路S1和保护控制电路S2，其中，保护电路包括：比较器S13；与比较器的一个输入端相连的基准参数获取单元S12，用于向比较器输入被保护参数的基准值，被保护参数的基准值也可能是比较器S13内置的；与比较器的另一个输入端相连的测量参数获取单元S11，用于向比较器输入被保护参数的测量值；比较器S13的输出为电源输出控制信号。对于过流保护、过压保护或者过热保护等保护功能，在正常工作情况下，当测量参数获取单元得到的实际测量值低于基准参数获取单元输出的基准值时，比较器输出的电源输出控制信号允许电源模块输出电源信号，反之，禁止电源模块输出电源信号。对于欠压保护、欠流保护等保护功能，在正常工作情况下，当测量参数获取单元得到的实际测量值高于基准参数获取单元输出的基准值时，比较器输出的电源输出控制信号允许电源模块输出电源信号，反之，禁止电源模块输出电源信号。

保护控制电路S2与保护电路S1相连，用于控制保护电路S1对电源保护功能的启用或禁止。根据具体应用，可以采用多种连接方式使保护控制电路S2连接于保护电路S1。比如，将保护控制电路S2连接于保护电路S1的一个输入端，控制保护电路S1的输入端，以屏蔽监控参数的影响；还可以将保护控制电路S2连接于保护电路S1的输出端，隔离比较器的输出，屏蔽输出的影响。

在某些特殊应用情况下，比如，HALT试验及HASS筛选，需要禁止电源的某些保护功能，此时，由保护控制电路S2给比较器S13输入一个使任何测量值都不会超过保护要求的基准值，从而使保护电路总是处于非保护状态，也就是说，使比较器输出的电源输出控制信号总是允许电源模块输出电源信号，这样产生的效果即相当于禁止了保护电路的保护功能。

在具体实现时，根据实际应用需要，保护控制电路对保护功能的控制可以采用硬件控制实现，也可以采用软件控制实现。

参照图5所示本发明电源保护装置第一实施例的电路图：

该电源保护装置对电源起过温保护作用。

比较器IC1通过电阻R2和R3分压设定一个基准电压(b点电压)，a点电压随RT1阻值变化而变化，由电阻R1和热敏电阻RT1分压得到，通过R4比较器形成一个正反馈电路，IC1的输出通过R5提高响应速度。通过比较a、b两点电压高低来产生电源输出控制信号，该控制信号输出给电源模块，控制电源的输出与禁止。

控制信号的有效方式和热敏电阻类型有关。以PTC(正温度系数)类型为例，正常应用时热敏电阻RT1的阻值比较小，RT1电压降小于R3的电压降，即a点电压低于b点电压，比较器输出一个高的控制信号，允许电源输出；反之，如果监控点温度过高，RT1电阻值显著变大，则a点电压高于b点电压，比较器输出一个低的控制信号，禁止电源后级输出。如果使用NTC(负温度系数)的热敏电阻，则控制信号为低时允许电源输出，为高时禁止电源输出。

在该实施例中，保护控制电路由跳线的方式来实现。在比较器IC1的负极输入和地信号之间增加了一个2pin插针J1，通过在J1上放置一个跳线帽来实现硬件强制禁止过热保护功能。

当RT1使用PTC的热敏电阻时，如果不插跳线帽，则比较器IC1的负输入端与地信号断开，保护电路正常工作，当需要禁止电源的过热保护功能时，将跳线帽插上，比较器IC1的负输入端接地，因此R3的电压降总是高于RT1的电压降(压降为0)，比较器输出一个高电平控制信号，总是允许电源输出。

当RT1使用NTC的热敏电阻时，可以将J1连接在比较器IC1的负极输入和电源信号之间，或者将J1连接在比较器IC1的正极输入和地信号之间，其实现原理与上述类似，在此不再赘述。

也可以将插针J1替换为一个拔码开关，同样可以实现强制禁止过热保护功能的目的。

为了更方便带有这种保护装置的电源的使用，还可以通过软件控制来实现强制禁止电源的保护功能。

仍以上述电源过热保护使用PTC热敏电阻为例，参照图6所示本发明电源保护装置第二实施例的电路图：

三极管Q1及其***电阻R7和电阻R6组成一个控制开关，其控制端连接到一个中央处理单元CPU的I/O(输入/输出)管脚上，由软件控制该管脚输出高电平或低电平，从而实现对电源保护功能的控制。当CPU输出为高电平信号时，三极管Q1工作在饱和区，开关电路为导通状态，保护控制信号被强制和地相连，过温保护功能被禁止。当CPU输出为低电平时，Q1工作在截止区，开关电路不导通，过温保护功能正常。电路中R6起限流作用。也可以由其他具有开关功能的器件来实现上述功能。

当然，也可以将控制开关的控制端连接到电源应用设备内部其他逻辑控制器件的输出管脚，由CPU控制，使该管脚输出高、低电平，实现对电源保护功能的控制。

通常，CPU一般在电源应用设备内部，电源模块和应用设备通过连接器连接，在该连接器上定义一个保护控制信号，实现IC1的负极输入端和CPU的I/O脚相连。在这种情况下，也可以将第一实施例的保护控制电路放置在应用设备侧。

上述第一、第二实施例对保护电路的控制方式是采取屏蔽输入的方式进行的，保护控制电路设计时也可以从屏蔽输出的角度考虑，参照图7所示本发明电源保护装置第三实施例的电路图：

在该实施例中，热敏电阻类型仍然为PTC，保护控制电路依旧由跳线的方式来实现，但是增加了一个两输入或门电路IC2控制电源是否输出。比较器IC1的输出端连接或门IC2的一个输入端B，IC2的另一个输入端A和地信号之间为电阻R6，在IC2的输入端A和电源之间为一个2pin插针J1，通过在J1上放置一个跳线帽来实现硬件强制禁止过热保护功能。

当RT1使用PTC的热敏电阻时，不插跳线帽，IC2的A输入端接低电平，保护电路正常工作，如果OTP保护，则比较器IC1输出低电平，IC2输出低电平，控制电源关断输出；插上跳线帽后，IC2的A输入端接高电平，经过或运算，IC2的输出Y始终是高电平控制信号，即总是允许电源输出。

仍参照图7，当RT1使用NTC的热敏电阻时，可以将IC2更换成双输入与门，将J1连接在IC2的一个输入和地信号之间，同时将该输入通过R6和电源信号相连，其它不变。其实现原理与上述实施例类似，在此不再赘述。

依据上述原理，也可以将插针J1替换为一个拔码开关，同样可以实现强制禁止过热保护功能的目的。

依据同样原理，可以对图3中的过压保护电路进行设计，实现控制过压保护功能的禁止。

对于一个电源模块，通常会带有多个保护电路，比如，同时带有过压保护和过热保护电路，根据上述方式，可以针对每个保护电路分别设置一个与其对应的保护控制电路。当需要禁止某项保护功能时，通过与其对应的保护控制电路的操作，禁止该项保护功能，而不影响其他的保护功能。

参照图8所示本发明电源保护装置第四实施例的电路图：

本实施例同时包含过温保护和过热保护的设计，其中OTP使用NTC型热敏电阻。从单一保护的角度来看，两者都采取第一实施例，通过一个双输入或门IC3将二者结合起来。当禁止OTP功能时，在插针J1上放置一个跳线帽来实现硬件强制禁止过热保护功能，此时OTP保护控制信号恒低，OTP功能被禁止；如果Vout电压异常，超过设定电压(此时c点电压超过1.25V)，此时过压保护控制信号OVP为高，经过或运算，电源输出控制信号Y为高，关断输出(OVP保护起作用)，即OTP禁止不影响OVP保护，同样OVP禁止也不会影响OTP功能禁止。如果J1、J2上都放置一个跳线帽来实现硬件强制禁止OTP、OVP保护功能，此时OTP和OVP保护控制信号恒低，经过或运算，电源输出控制信号为低，允许输出，从而禁止所有的保护功能。

本发明提供的电源保护装置可以广泛应用于各种通信设备及类似的、需要某些特殊应用的其他设备上。

参照图9，图9示出了本发明装置应用于通信设备电源***中的原理框图：

其中，电源模块S3包括输入滤波电路S31、功率变换电路S32、输出滤波电路S33、反馈电路S34、PWM控制电路。

电源保护装置包括：保护电路S1和保护控制电路S2，其中，保护电路包括：比较器S13、与比较器的一个输入端相连的基准参数获取单元S12(也可能位于比较器S13内部)，用于向比较器输入被保护参数的基准值，与比较器的另一个输入端相连的测量参数获取单元S11，用于向比较器输入被保护参数的测量值。比较器S13的输出为电源输出控制信号。对于过流保护、过压保护或者过热保护等保护功能，在正常工作情况下，当测量参数获取单元得到的实际测量值低于基准参数获取单元输出的基准值时，比较器输出的电源输出控制信号允许电源模块输出电源信号，反之，禁止电源模块输出电源信号。对于欠压保护、欠流保护等保护功能，在正常工作情况下，当测量参数获取单元得到的实际测量值高于基准参数获取单元输出的基准值时，比较器输出的电源输出控制信号允许电源模块输出电源信号，反之，禁止电源模块输出电源信号。

保护控制电路的控制电源输出的原理是：PWM控制芯片一般有一个低有效的使能输入信号，当该信号为低电平输入时，PWM正常工作，电源功率转换电路正常，电源正常输出；当该信号为高电平输入时，PWM停止工作，功率转换电路不工作，电源无输出。保护控制电路产生合适的控制信号就可以实现电源输出的控制。如果保护控制电路产生的逻辑电平不合适，可以通过反向器对其进行调整。

保护控制电路S2连接于保护电路S1，用于控制保护电路S1对电源保护功能的启用或禁止。

根据具体应用，可以采用多种连接方式使保护控制电路S2连接于保护电路S1。比如，将保护控制电路S2连接于保护电路S1的一个输入端，控制保护电路S1的输入端，以屏蔽监控参数的影响；还可以将保护控制电路S2连接于保护电路S1的输出端，隔离比较器的输出，屏蔽输出的影响。

在某些特殊应用情况下，比如，HALT试验及HASS筛选，需要禁止电源的某些保护功能，此时，由保护控制电路S2给比较器S13输入一个使任何测量值都不会超过保护要求的基准值，从而使保护电路总是处于非保护状态，也就是说，使比较器输出的电源输出控制信号总是允许电源模块输出电源信号，这样产生的效果即相当于禁止了保护电路的保护功能。

在具体实现时，根据实际应用需要，保护控制电路对保护功能的控制可以采用硬件控制实现，也可以采用软件控制实现。

当电源设计有多个保护功能时，可以通过逻辑组合实现所有保护功能的独立控制功能。

当本发明装置应用于需要多个参数保护的电源***中，可以通过图10所示逻辑来实现对电源不同参数保护的选择控制：

在该实施例中不具体描述每个保护电路的内部结构。

每个独立电源保护装置包括：保护控制电路，其输入可以是与电源或地相连的跳线，拨码开关或者其他类似控制电路，也可以是CPU或者其它逻辑器件的输出控制信号；保护电路(包含信号检测、比较)。所有保护电路的输出信号作为逻辑控制电路的输入。逻辑控制电路实现所有独立保护控制信号的逻辑组合，实现每种保护的单独控制，且不影响其他保护功能的实施。逻辑控制电路的输出作为整个电源的输出控制信号，控制电源是否输出。

假定各保护电路正常情况下都是输出为高电平，此时逻辑控制电路可以是一个N路输入与门控制。每路保护控制输入禁止该保护时，保护电路输出恒高。如果某路保护禁止，此时该保护输出高电平，在与逻辑中不影响其他保护功能。

参照图11，图11示出了本发明方法的实现流程图，包括以下步骤：

步骤1101：分别设置与电源被保护参数对应的保护电路。

由于电源使用的环境不同，因此对于不同的应用，可能需要对其进行保护的参数要求也不同。因此，可根据实际需要，对电源设置相应的一个或两个或多个对应不同参数的保护电路，以保证电源的使用安全。

步骤1102：当电源应用设备正常工作时，由保护电路对电源模块进行安全保护。

在通信设备正常工作时，保护电路实时检测各项参数指标，当超过预定的参数指标后，启动对电源的该项保护功能，禁止电源模块输出电源信号。

步骤1103：当电源应用设备非正常工作时，通过硬件或软件禁止一个或多个保护电路对电源模块进行安全保护。所述电源应用设备非正常工作指对该电源应用设备进行高加速测试或者高加速应力筛选。

在某些特殊应用下，需要禁止电源的某项或多项保护功能。此时，首先要确定需要禁止的电源被保护参数，比如，只需禁止对电源的过热保护功能，然后通过硬件或软件控制与需要禁止的电源被保护参数对应的保护电路输出为恒定值，该值满足不使电源进入保护状态，而是使其正常输出。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1、一种电源保护装置，用于对电源模块进行选择性保护，包括至少一个保护电路，所述装置还包括：

与所述保护电路对应的保护控制电路，与其对应的保护电路相连，用于控制所述保护电路对电源保护功能的启用或禁止。

2、根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，所述保护控制电路连接于所述保护电路的输入端。

3、根据权利要求1所述的电源保护装置，其特征在于，所述保护控制电路连接于所述保护电路的输出端。

4、根据权利要求2或3所述的电源保护装置，其特征在于，所述保护控制电路具体为：与电源或地相连的跳线，或者与电源或地相连的拨码开关。

5、根据权利要求2或3所述的电源保护装置，其特征在于，所述保护控制电路具体为：控制开关，其控制端与电源应用设备内部CPU输出管脚或者与电源应用设备内部其他逻辑控制器件的输出管脚相连，输出端与所述保护电路相连。

6、根据权利要求2或3所述的电源保护装置，其特征在于，所述装置还包括：与两个或两个以上保护电路输出端相连的逻辑控制电路，用于对多个保护电路产生的保护信号进行逻辑组合后，对电源信号的输出进行控制。

7、一种电源保护装置，置于通信设备中，用于对通信设备电源模块进行选择性保护，包括至少一个保护电路，所述保护电路包括：基准参数输入端和测量参数输入端，其特征在于，所述装置还包括：

与所述保护电路对应的保护控制电路，具体为连接于所述保护电路一个输入端和电源或地之间的跳线插针或拨码开关，用于控制所述保护电路对电源保护功能的启用或禁止；

当通信设备正常工作时，由所述跳线插针或拨码开关断开与其相连的保护电路输入端和电源或地的连接，所述保护电路对电源模块进行安全保护；当对通信设备进行高加速测试或者高加速应力筛选时，通过在所述跳线插针上放置跳线帽或通过拨码开关接通与其相连的保护电路输入端和电源或地的连接，禁止所述保护电路对电源模块进行安全保护。

8、一种电源保护装置，置于通信设备中，用于对通信设备电源模块进行选择性保护，包括至少一个置于电源内部的保护电路，所述保护电路包括：基准参数输入端和测量参数输入端，其特征在于，所述装置还包括：

与所述保护电路对应的保护控制电路及连接于保护电路和保护控制电路之间的连接器；所述保护控制电路具体包括：由三极管及其***电阻组成的控制开关，其控制端与电源应用设备内部CPU输出管脚或者与电源应用设备内部其他逻辑控制器件的输出管脚相连，输出端与所述连接器相连；

当通信设备正常工作时，所述CPU输出管脚或者所述其他逻辑控制器件的输出管脚输出电平，使控制开关断开，所述保护电路对电源模块进行安全保护；当对通信设备进行高加速测试或者高加速应力筛选时，所述CPU输出管脚或者所述其他逻辑控制器件的输出管脚输出电平，使控制开关导通，禁止所述保护电路对电源模块进行安全保护。

9、一种电源保护方法，其特征在于，所述方法包括：

A、分别设置与电源被保护参数对应的保护电路；

B、当电源应用设备正常工作时，由所述保护电路对电源模块进行安全保护；

C、当电源应用设备非正常工作时，通过硬件或软件禁止一个或两个或多个保护电路对电源模块进行安全保护。

10、根据权利要求9所述的电源保护方法，其特征在于，所述步骤C包括：

确定需要禁止的电源被保护参数；

通过硬件或软件控制与所述需要禁止的电源被保护参数对应的保护电路输出为恒定值，

所述电源应用设备非正常工作指对该电源应用设备进行高加速测试或者高加速应力筛选。

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