CN210444003U - 一种带过压过流保护的电源分配模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种成本低、通用性广且控制精度高的带过压过流保护的电源分配模块。它包括处理器（1）、至少一路过压/欠压/浪涌电流保护电路以及至少一路过流监测及保护电路，过压/欠压/浪涌电流保护电路对电压进行监测，过流监测及保护电路对电流进行监测，当监测到电流或电压超出设置的限定值时，通过场效应管的截止实现电源关断。本实用新型用于电源控制领域。

Description

一种带过压过流保护的电源分配模块

技术领域

本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种带过压过流保护的单元分配模块。

背景技术

无论是使用标准的电源产品还是定制的电源模块，如果在为待测试的产品（待测设备，简称DUT）供电时，如果接线过程中接线错误，或是使用中人为造成负载短路，可能会造成电源损坏，或者导致电源输出不正常，最终导致DUT工作不正常或是有损坏的风险。为了满足应用需要，需要采用成本更高的程控电源或者根据需求自行设计相关的保护电路。但程控电源成本昂贵，体积大且不宜应用于批量生产的测试/测量设备中；而根据需求自行开发电源，开发周期长，可移植性差，既浪费成本和时间，又不具备通用性，造成资源浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种成本低、通用性广且控制精度高的带过压过流保护的电源分配模块。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括处理器、至少一路过压/欠压/浪涌电流保护电路以及至少一路过流监测及保护电路，

每路所述过压/欠压/浪涌电流保护电路包括依次连接的电压输入端、电压四线高精度采样电阻、电压场效应管和电压输出端，所述过压/欠压/浪涌电流保护电路还包括过压/欠压/浪涌电流控制器，所述电压输入端和所述电压四线高精度采样电阻之间设置有过压设定电路和欠压设定电路连接到所述过压/欠压/浪涌电流控制器上，所述电压四线高精度采样电阻与所述过压/欠压/浪涌电流控制器连接，所述电压四线高精度采样电阻连接有电源线到所述过压/欠压/浪涌电流控制器上，所述过压/欠压/浪涌电流控制器还设置有控制信号线分别与所述处理器及所述电压场效应管连接；

每路所述过流监测及保护电路包括依次连接的电流输入端、电流四线高精度采样电阻、电流场效应管组以及电流输出端，所述过流监测及保护电路还包括使能控制和加速关断单元，所述使能控制和加速关断单元设置有控制信号线分别与所述处理器及所述电流场效应管组相连接，所述电流四线高精度采样电阻与所述处理器之间还连接有电流监测输出电路。

上述方案可见，通过处理器连接至少一路过压/欠压/浪涌电流保护电路以及至少一路过流监测及保护电路，其中，过压/欠压/浪涌电流保护电路对电压进行监测，通过过压设定电路、欠压设定电路和电压四线高精度采样电阻完成对过压电压值、欠压电压值和浪涌电流值的设置，当处理器检测到电压或浪涌电流达到或超过设定的电压值或浪涌电流值时，则输出反向控制电压信号，从而关断电压场效应管，从而断开电压输入端和电压输出端的连接，实现电源关断；同样地，通过处理器连接至少一路过流监测及保护电路，通过电流四线高精度采样电阻进行压流采用，并通过电流监测输出电路对电流进行模数转换，当检测到电流处于正常值时，处理器输出高电平，电流场效应管组处于饱和导通状态，从电流输入端到电流输出端处于导通状态，电源正常输出；当检测到电流达到或超过设定的触发电流值时，处理器输出低电平，电流场效应管组的栅极电容快速充满并被快速截止，电源被快速关断，进而对待测试的产品进行保护；所以，本实用新型通过设置的过压/欠压/浪涌电流保护电路和过流监测及保护电路同时对电源的电压和电流进行监测，其成本低，且通过处理器可以根据需要设置不同的电压或电流值，实现不同的场合需求，且通过处理器可实现功能扩展，实现程控，也提高了其通用性；而通过场效应管的设置，能够实现快速的通断，提高了电源关断或接通的精度和效率。

进一步地，所述过压/欠压/浪涌电流保护电路设置有五路，所述过流监测及保护电路设置有六路。由此可见，根据需要处理器可设置多路过压/欠压/浪涌电流保护电路和过流监测及保护电路，实现扩展功能，实现同时对多路电源进行监测和控制。

再进一步地，所述过压设定电路包括依次连接的第一电阻和第二电阻，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器连接；所述欠压设定电路包括依次连接的第三电阻和第四电阻，所述第四电阻的另一端接地，所述第三电阻和所述第四电阻的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器连接。由此可见，通过过压/欠压/浪涌电流控制器的设置可便捷地实现过压值、欠压值或浪涌电流值的设置，提升了模块的控制精度和控制速度。

又进一步地，所述电流场效应管组包括由第一电流场效应管与第二电流场效应管组成的第一组电流场效应管和由第三电流场效应管和第四电流场效应管组成的第二组电流场效应管，所述第一组电流场效应管的电流场效应管的源极与所述第二组电流场效应管的电流场效应管的源极相连接，所述第一电流场效应管的栅极与所述第二电流场效应管的栅极连接，所述第二组电流场效应管的电流场效应管的漏极与所述电流输出端相连接。上述方案可见，采用场效应管组作为电源的通断开关，保证了模块的安全性和防止了二次击穿的现象，也降低了功耗和噪音。

再更进一步地，所述使能控制和加速关断单元包括三极管、第一使能场效应管、第二使能场效应管和第三使能场效应管，所述电流场效应管组的电流场效应管的栅极均与所述三极管的集电极相连接，所述电流场效应管组的源极均与所述三极管的发射极相连接，所述第一使能场效应管和所述第二使能场效应管的栅极均与所述处理器相连接，所述第一使能场效应管的源极和所述第二使能场效应管漏极相连接，所述第一使能场效应管的漏极与所述第三使能场效应管的栅极相连接，所述第二使能场效应管和所述第三使能场效应管的源极共地，所述三极管的基极与发射极之间通过第五电阻相连接，所述第三使能场效应管的漏极通过第六电阻与所述三极管的基极相连接。

由此可见，第一使能场效应管和第二使能场效应管根据接收到的处理器的输出，控制其自身处于饱和导通状态或者是截止状态，当第一使能场效应管和第二使能场效应管处于饱和导通状态时，第三使能场效应管和三极管则处于截止状态，此时电流场效应管组导通，电源能够正常输出；而当第一使能场效应管和第二使能场效应管接收到的处理器的输出超出设定的电流值时，第一使能场效应管和第二使能场效应管处于截止状态，而第三使能场效应管和三极管则处于饱和导通状态，此时电流场效应管组截止，电源被关断，从而实现电源的快速关断或连通，提高了电源的控制精度和通断效率。

又更进一步地，所述电流监测输出电路包括与所述电流四线高精度采样电阻两端相连接的运算放大器和与所述运算放大器相连接的ADC，所述运算放大器的输出端与所述处理器相连接。由此可见，通过电流监测输出电路的设置，能够将电流快速采集并通过运放器放大和ADC的模数转换，实现快速的电流采集并给出判断信号，使模块快速实现电源关断和连通，提高精度和效率。

附图说明

图1是本实用新型电路原理结构方框示意图；

图2是所述过压/欠压/浪涌电流保护电路的电路原理示意图；

图3是所述过流监测及保护电路的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括处理器1、五路过压/欠压/浪涌电流保护电路以及六路过流监测及保护电路。在本实施例中，所述处理器1由一般的单片机组成即可，无需特别的处理器。处理器是一般的常规器件。

每路所述过压/欠压/浪涌电流保护电路包括依次连接的电压输入端V-Input、电压四线高精度采样电阻2、电压场效应管3和电压输出端V-Output，所述过压/欠压/浪涌电流保护电路还包括过压/欠压/浪涌电流控制器4，所述电压输入端V-Input和所述电压四线高精度采样电阻2之间设置有过压设定电路和欠压设定电路连接到所述过压/欠压/浪涌电流控制器4上，所述电压四线高精度采样电阻2与所述过压/欠压/浪涌电流控制器4连接，所述电压四线高精度采样电阻2连接有电源线到所述过压/欠压/浪涌电流控制器4上，所述过压/欠压/浪涌电流控制器4还设置有控制信号线分别与所述处理器1及所述电压场效应管3连接。所述过压设定电路包括依次连接的第一电阻R0406和第二电阻R0414，所述第二电阻R0414的另一端接地，所述第一电阻（R0406）和所述第二电阻R0414的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器4连接；所述欠压设定电路包括依次连接的第三电阻R0405和第四电阻R0413，所述第四电阻R0413的另一端接地，所述第三电阻R0405和所述第四电阻R0413的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器4连接。

如图2所示，U0402为过压/欠压/浪涌电流控制器4，第三电阻R0405和第四电阻R0413设置欠压保护值，第一电阻R0406和第二电阻R0414设置过压保护值，R0402为电压四线高精度采样电阻2，用于设定浪涌电流值。正常工作情况下，过压/欠压/浪涌电流控制器4的GATE0输出高电平使电压场效应管3（Q0402）饱和导通，电源输出正常。当检测到过压/欠压和/或超过浪涌电流值，任意一个不满足设定的值，GATE0输出低电平，将Q0402截止，电源关闭。

每路所述过流监测及保护电路包括依次连接的电流输入端I-Input、电流四线高精度采样电阻5、电流场效应管组以及电流输出端I-Output，所述过流监测及保护电路还包括使能控制和加速关断单元6，所述使能控制和加速关断单元6设置有控制信号线分别与所述处理器1及所述电流场效应管组相连接，所述电流四线高精度采样电阻5与所述处理器1之间还连接有电流监测输出电路。所述电流场效应管组包括由第一电流场效应管Q0601A与第二电流场效应管Q0601B组成的第一组电流场效应管和由第三电流场效应管Q0602A和第四电流场效应管Q0602B组成的第二组电流场效应管，所述第一组电流场效应管的电流场效应管的源极与所述第二组电流场效应管的电流场效应管的源极相连接，所述第一电流场效应管Q0601A的栅极与所述第二电流场效应管Q0601B的栅极连接，所述第二组电流场效应管的电流场效应管的漏极与所述电流输出端I-Output相连接。所述使能控制和加速关断单元6包括三极管Q0606、第一使能场效应管Q0604、第二使能场效应管Q0605和第三使能场效应管Q0607，所述电流场效应管组的电流场效应管的栅极均与所述三极管Q0606的集电极相连接，所述电流场效应管组的源极均与所述三极管Q0606的发射极相连接，所述第一使能场效应管Q0604和所述第二使能场效应管Q0605的栅极均与所述处理器1相连接，所述第一使能场效应管Q0604的源极和所述第二使能场效应管Q0605漏极相连接，所述第一使能场效应管Q0604的漏极与所述第三使能场效应管Q0607的栅极相连接，所述第二使能场效应管Q0605和所述第三使能场效应管Q0607的源极共地，所述三极管Q0606的基极与发射极之间通过第五电阻R0619相连接，所述第三使能场效应管Q0607的漏极通过第六电阻R0620与所述三极管Q0606的基极相连接。所述电流监测输出电路包括与所述电流四线高精度采样电阻5两端相连接的运算放大器U0602和与所述运算放大器U0602相连接的ADCU0604，所述运算放大器U0602的输出端与所述处理器1相连接。

如图3所示，R0610为电流四线高精度采样电阻5，U0602为运算放大器，采样R0610电阻两端的电压差，当电流增大时电压差也增大，电流减小时电压差也随之减小。所以只要检测该电压差，就可以检测输入电流是多少。运算放大器U0602的输出将电压差信号转换为电平信号，经过ADC U0604再转为数字信号，由处理器最终计算出确切的电流值。由于电流值是实时监控的，所以可以根据需求，任意设定电流过流保护的触发电流值。

在正常工作情况下，由处理器输出的BATT_GATE和PP24V_PGOOD都为高电平，则第一使能场效应管Q0604和第二使能场效应管Q0605处于导通状态，而第三使能场效应管Q0607处于截止状态，所以三极管Q0606也处于截止状态，这样电流场效应管组（包括第一电流场效应管Q0601A、第二电流场效应管Q0601B和第三电流场效应管Q0602A、第四电流场效应管Q0602B）处于饱和导通状态，电源正常输出。当处理器判断检测电流大于设定的保护电流值，输出控制信号将BATT_GATE设置为低电平。这样第一使能场效应管Q0604截止，则第三使能场效应管Q0607导通同时三极管Q0606也开始导通，三极管Q0606的作用是导通时提供很大的电流可以快速将电流场效应管组（包括第一电流场效应管Q0601A、第二电流场效应管Q0601B和第三电流场效应管Q0602A、第四电流场效应管Q0602B）的G极电容充满，然后将其快速截止，这样就可快速地关断电源，进而保护了DUT。

经过测试，本模块电流关断响应速度快：小于2ms；截止保护电流可任意设定：1A～80A，并且响应速度快，可以满足一般测量设备的供电电源输入监测应用；成本低，整个模块成本在400RMB以内；体积小，相比标准仪器长X宽X高=400mmX200mmX100mm以上的体积，本实用新型尺寸仅为长X宽X高=80mmX50mmX5mm；集成度高，还可集成到测试/分析设备中，实现低成本、小体积，从而提高性价比，实现大规模应用。

Claims (6)

1.一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于：它包括处理器（1）、至少一路过压/欠压/浪涌电流保护电路以及至少一路过流监测及保护电路，

每路所述过压/欠压/浪涌电流保护电路包括依次连接的电压输入端（V-Input）、电压四线高精度采样电阻（2）、电压场效应管（3）和电压输出端（V-Output），所述过压/欠压/浪涌电流保护电路还包括过压/欠压/浪涌电流控制器（4），所述电压输入端（V-Input）和所述电压四线高精度采样电阻（2）之间设置有过压设定电路和欠压设定电路连接到所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）上，所述电压四线高精度采样电阻（2）与所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）连接，所述电压四线高精度采样电阻（2）连接有电源线到所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）上，所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）还设置有控制信号线分别与所述处理器（1）及所述电压场效应管（3）连接；

每路所述过流监测及保护电路包括依次连接的电流输入端（I-Input）、电流四线高精度采样电阻（5）、电流场效应管组以及电流输出端（I-Output），所述过流监测及保护电路还包括使能控制和加速关断单元（6），所述使能控制和加速关断单元（6）设置有控制信号线分别与所述处理器（1）及所述电流场效应管组相连接，所述电流四线高精度采样电阻（5）与所述处理器（1）之间还连接有电流监测输出电路。

2.根据权利要求1所述的一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于：所述过压/欠压/浪涌电流保护电路设置有五路，所述过流监测及保护电路设置有六路。

3.根据权利要求1所述的一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于： 所述过压设定电路包括依次连接的第一电阻（R0406）和第二电阻（R0414），所述第二电阻（R0414）的另一端接地，所述第一电阻（R0406）和所述第二电阻（R0414）的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）连接；所述欠压设定电路包括依次连接的第三电阻（R0405）和第四电阻（R0413），所述第四电阻（R0413）的另一端接地，所述第三电阻（R0405）和所述第四电阻（R0413）的连接点与所述过压/欠压/浪涌电流控制器（4）连接。

4.根据权利要求1所述的一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于：所述电流场效应管组包括由第一电流场效应管（Q0601A）与第二电流场效应管（Q0601B）组成的第一组电流场效应管和由第三电流场效应管（Q0602A）和第四电流场效应管（Q0602B）组成的第二组电流场效应管，所述第一组电流场效应管的电流场效应管的源极与所述第二组电流场效应管的电流场效应管的源极相连接，所述第一电流场效应管（Q0601A）的栅极与所述第二电流场效应管（Q0601B）的栅极连接，所述第二组电流场效应管的电流场效应管的漏极与所述电流输出端（I-Output）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于：所述使能控制和加速关断单元（6）包括三极管（Q0606）、第一使能场效应管（Q0604）、第二使能场效应管（Q0605）和第三使能场效应管（Q0607），所述电流场效应管组的电流场效应管的栅极均与所述三极管（Q0606）的集电极相连接，所述电流场效应管组的源极均与所述三极管（Q0606）的发射极相连接，所述第一使能场效应管（Q0604）和所述第二使能场效应管（Q0605）的栅极均与所述处理器（1）相连接，所述第一使能场效应管（Q0604）的源极和所述第二使能场效应管（Q0605）漏极相连接，所述第一使能场效应管（Q0604）的漏极与所述第三使能场效应管（Q0607）的栅极相连接，所述第二使能场效应管（Q0605）和所述第三使能场效应管（Q0607）的源极共地，所述三极管（Q0606）的基极与发射极之间通过第五电阻（R0619）相连接，所述第三使能场效应管（Q0607）的漏极通过第六电阻（R0620）与所述三极管（Q0606）的基极相连接。

6.根据权利要求1所述的一种带过压过流保护的电源分配模块，其特征在于：所述电流监测输出电路包括与所述电流四线高精度采样电阻（5）两端相连接的运算放大器（U0602）和与所述运算放大器（U0602）相连接的ADC（U0604），所述运算放大器（U0602）的输出端与所述处理器（1）相连接。

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