CN100555788C - 多电压监控和保护电路的实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电压监控和保护电路的实现装置及方法。现有电路中存在的由于电源加电/断电可能对电路板上电子器件带来的损伤问题。为解决上述问题，本发明多电压监控和保护电路的实现方法，包括以下步骤：(1)产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压；(2)当电路板上正常运行的各器件的电源中有一个或一个以上电压低于基准电压时，上报告警，同时顺序关断电路板上各器件的电源，再顺序为电路板上各器件的电源上电，如果顺序断电或顺序上电失败则上报告警。本发明与现有技术相比，采用较少的电路，实现了对有上电/断电顺序要求的多电压监视、控制和保护的功能，节省了资源，提高了对单板电源的监控能力。

Description

多电压监控和保护电路的实现装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电路上多电压监控和保护的实现装置及方法，主要是涉及电子设备上有上电顺序要求的电路板上多电源电压检测、控制和保护的实现装置及方法。

背景技术

当前电子技术的发展，专有电子器件以及集成电路功能、构造越来越复杂，对供电电源的监控及保护也提出了更高的要求，否则，将影响器件内部的配置，导致器件不能正常执行固有的功能、电路无法正常工作。另外，在电路板上由于物理特性和电路设计的原因，各器件的启动和关闭往往是有先后顺序的，如果次序错乱会影响电路板的使用及各器件的寿命。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种多电压监控和保护电路的实现装置及方法，解决现有电路中存在的由于电源加电/断电可能对电路板上电子器件带来的损伤问题。

为了达到上述发明目的，本发明多电压监控和保护电路的实现方法，包括以下步骤：

(1)产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压；

(2)当电路板上正常运行的各器件的电源中有一个或一个以上电压低于基准电压时，上报告警，同时按照系统对各类电源断电的先后顺序依次关断电路板上各器件的电源，断电过程中要求检测先关断的电源状态正常后方可进行后续的断电操作，再按照系统对各类电源上电的先后顺序依次为电路板上各器件的电源上电，上电过程中要求检测先上电电源的状态正常后方可进行后续的上电操作，如果顺序断电或顺序上电失败则上报告警。

上述的多电压监控和保护电路的实现方法中，所述步骤(2)中顺序断电或顺序上电失败是指顺序断电或顺序上电无效，或者是顺序断电或顺序上电没有在规定的时间内进行。

上述的多电压监控和保护电路的实现方法中，在步骤(1)与步骤(2)之间还包括：

(A)向电路板上各器件的电源上电时，按照系统对各类电源上电的先后顺序依次向各器件的电源上电，上电过程中要求检测先上电电源的状态正常后方可进行后续的上电操作。

上述的多电压监控和保护电路的实现方法中，所述步骤(A)进一步包括：

(A1)按照上电顺序向电路板上一个器件的电源上电；

(A2)延时一段时间后，检测所述器件的电源是否已经正常上电，如果是则按照上电顺序向电路板上的下一个器件的电源上电；否则重复步骤(A2)，如果在系统设定的规定时间内所述器件的电源一直无法正常上电，停止重复步骤(A2)，将已上电的各器件电源顺序断电，上报上电失败告警。

上述的多电压监控和保护电路的实现方法中，在步骤(2)之后还包括：

(B)将电路板上各器件的电源断电时，按照系统对各类电源断电的先后顺序依次将各器件的电源断电，断电过程中要求检测先关断的电源状态正常后方可进行后续的断电操作。

上述的多电压监控和保护电路的实现方法中，所述步骤(B)进一步包括：

(B1)按照断电顺序将电路板上一个器件的电源断电；

(B2)延时一段时间后，检测所述器件的电源是否已经正常断电，如果是则按照断电顺序将电路板上的下一个器件的电源断电；否则重复步骤(B2)，如果在系统设定的规定时间内所述器件的电源一直无法正常断电，停止重复步骤(B2)，上报断电失败告警。

一种多电压监控和保护电路的实现装置，包括：

一次电源模块：电路板上的总电源，将电源供电转化为直流电，不受上电顺序控制；

二次电源模块：将直流电转化为电路板上各器件的电源；

基准电压产生电路：产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压；

电压比较模块：将电路板上各器件的电源电压与基准电压比较；

电源监控及保护控制逻辑模块：对电路板上各器件的电源进行控制；

其中，一次电源模块将民用电转化为直流电，二次电源模块将一次电源模块提供的直流电转化为电路板上各器件的电源，之后，基准电压产生电路产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压，并将基准电压输送给电压比较模块，电压比较模块将电路板上各器件的电源电压与基准电压比较，并将比较结果输入电源监控及保护控制逻辑模块，电源监控及保护控制逻辑模块根据电压比较模块输送的比较结果对电路板上各器件的电源进行控制。

采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，采用较少的电路，实现了对有上电/断电顺序要求的多电压监视、控制和保护的功能，节省了资源，提高了对单板电源的监控能力。

附图说明

图1为控制电路上电流程图；

图2为控制电路断电流程图；

图3为电源保护流程图；

图4为相关硬件原理框图；

图5为可编程逻辑器件外围设计图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明所述单板多电压监控和保护电路的实现装置由以下几部分组成：一次电源模块、带电源输出使能的二次电源模块、基准电压产生电路、电压比较模块、电源监控及保护控制逻辑模块。

电路板上器件一般采用多次电源供电方式，首先使用一次电源模块将民用电或机房48V电源转换为单板可以使用的较低的直流电源，再使用低压电源转换器件(二次电源模块)产生集成电路要求的多种高精度电源。

控制电路板上器件的加电和断电顺序就是按要求依次供给/断开各相关电源，主要由电源监控及保护控制逻辑模块控制二次电源模块使能端实现。单板电源保护电路主要根据对电源电压检测电路(由基准电压产生电路、分压电阻网络与电压比较器组成)的检测结果，如果发现各电源加电稳定后的电压低于单板器件的正常工作电压，则触发中断及告警，并按照断电次序要求进行断电操作。

本发明所述电源监控及保护的方法如下：

核心方法是：

第一步电路上各种电源状态采集

本步骤又可以包括下列步骤：

1、基准电压产生：要求由一次电源产生的(或再经降压处理到合适电平)、不受上电顺序控制的电压为基准点，利用高精度的电阻(1％)分压产生与各个二次电源模块输出进行比较的基准电压，基准电压一般低于实际二次电源模块输出的电压0.1V左右(可以根据情况如电路正常工作的电压范围进行调整)；

2、电压状态监视：主要由电压比较电路实现，电压比较电路不能直接使用普通的运算放大器，必须使用带磁滞回线并且功耗较低的专用电源比较器，否则将容易造成通断控制信号的振荡或失控。

3、可编程逻辑器件采集电源状态：电压比较电路将比较结果输入到可编程器件，由可编程器件提供软件接口、由软件根据需求对当前电源状态作出判断和操作(此步操作也可有逻辑器件自身实现)。

第二步多电源电压上电/断电/保护控制

1、设定延时参数：此参数要求满足不小于电路所要求的顺序上电最小时间间隔，具体实现上可以通过计数器做延时实现。

2、上电控制过程：由可编程逻辑器件使能先上电的二次电源模块，同时由电压监测电路对其上电状态进行监视，延时一段时间(延时参数设定)由电源监控及保护控制逻辑模块采集该二次电源模块是否已正常上电，如已正常上电则打开后续二次电源模块使能让其输出，否则继续延时相同时间再进行同样判断。具体如图1所示，按照电源1、2....n的顺序上电。

同时为了防止某二次电源模块出现问题，总是无法正常上电，陷于循环等待的死循环，需要在使能二次电源1以后设定顺序上电超时计数器，如果在规定时间(具体需综合模块断电时间以及延时参数设定，可稍长)内没有上电成功则顺序断电并上报上电失败告警。

3、断电控制过程：如图2所示，由可编程逻辑器件关断要求先断电的二次电源模块，同时由电压监测电路对其上电状态进行监视，延时一段时间(延时参数设定)由逻辑采集状态判断该二次电源模块是否已正常断电，如已正常断电则断开后续二次电源模块，否则继续延时相同时间再进行同样判断。具体如图2所示，按照电源n、n-1....1的顺序断电。

同样为了电路故障等导致二次电源无法断电，需要设置超时计时器，当关断二次电源N的时候使能计时器，在设定时间(具体需综合模块断电时间以及延时参数设定，可稍长)内未完成断电，则上报断电失败告警。

4、电源保护控制过程：主要由可编程逻辑器件或者软件控制可编程器件实现，实现方法如图3所示，当发现单板正常运行的多电源中某一电压或几个电压低于单板正常工作所需的最小电压(也即设置的基准电压)时，上报告警，同时就会顺序关断单板各个电源，然后再顺序上电。如果顺序上电或断电失败(超时)，则上报相关告警。

下面举一个实际的例子。

电路部分采用的核心芯片(二次电源模块)要求上电顺序满足.2V上电->3.3V上电->2.5V，断电顺序要求满足2.5V先断电->3.3V断电->1.2V断电。电路硬件部分由一次电源模块、带电源输出使能的二次电源模块、基准电压产生电路、分压电阻网络、电压比较器、电源监控及保护控制逻辑模块组成，具体电路结构可见图4。其中：

一次电源模块完成输入的48V电源->5V/3.3V转换，注意其中的3.3V电源直接给CPU系统以及电源监控部分电路供电；

带使能控制的二次电源模块分别完成5V->ORN_1.2V、5V->ORN_3.3V、3.3V->ORN_2.5V的转换；

基准电压产生电路：由于单板上5V电压功耗较大，电压基准在5V电压上(而非在3.3V上)，采用5V->3.3V的小功耗LDO(无需使能)产生3.3V的基准电压，再采用精度为1％的电阻分压产生1.1V、2.4V、3.2V的基准比较电压。(实际中电路正常工作的最小电压极限为1.08V、2.375V、3.135V)

电压比较器采用微功耗的RAIL-TO-RAIL比较器(规格型号可以为LMC7215IM5//NCS2200SN1T1)，主要的技术参数有：带PUSH/PULL输出、工作电压+2V～+8V、传输延时25uS、High output current drive(@VS＝5V)45mA封装为SOT23-5。

电源监控及保护控制逻辑模块采用EPLD(CPLD)，外带1.4MHz的晶振产生定时信号，同时提供各个电源状态检测及二次电源控制引脚。具体可见图5。

可编程逻辑器件部分由电源状态检测、上电顺序控制、断电控制以及CPU接口部分组成。具体实现机制可见上文技术方案描述。

软件部分功能主要是完成电源状态信号上报、产生告警、电路的上电/断电控制以及保护控制功能，具体实现机制也可见上文技术方案描述。

总之，本发明可以低成本、高可靠的满足在对电源上电/断电控制及电源保护要求严格的大规模电路，上电/断电过程利用对前一级电源状态的监视实现可靠的上/断电，电源保护利用对所有电压状态的监视可将由于电源电压浮动变化等对单板器件的损伤减小的最低限度。

Claims (5)

1、一种多电压监控和保护电路的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压；

(2)当电路板启动并需要向电路板上各器件的电源上电时，按照系统对各类电源上电的先后顺序依次向各器件的电源上电，上电过程中要求检测先上电电源的状态正常后方可进行后续的上电操作；

(3)当电路板上正常运行的各器件的电源中有一个或一个以上电压低于基准电压时，上报告警，同时按照系统对各类电源断电的先后顺序依次关断电路板上各器件的电源，断电过程中要求检测先关断的电源状态正常后方可进行后续的断电操作，再按照系统对各类电源上电的先后顺序依次为电路板上各器件的电源上电，上电过程中要求检测先上电电源的状态正常后方可进行后续的上电操作，如果顺序断电或顺序上电失败则上报告警；

(4)当电路板停止并需要将电路板上各器件的电源断电时，按照系统对各类电源断电的先后顺序依次将各器件的电源断电，断电过程中要求检测先关断的电源状态正常后方可进行后续的断电操作。

2、根据权利要求1所述的多电压监控和保护电路的实现方法，其特征在于：所述步骤(3)中顺序断电或顺序上电失败是指顺序断电或顺序上电没有在规定的时间内进行。

3、根据权利要求1所述的多电压监控和保护电路的实现方法，其特征在于：所述步骤(2)进一步包括：

(A1)按照上电顺序向电路板上一个器件的电源上电；

(A2)延时一段时间后，检测所述器件的电源是否已经正常上电；

(A3)如果是则按照上电顺序向电路板上的下一个器件的电源上电；否则重复步骤(A2)，如果在系统设定的规定时间内所述器件的电源一直无法正常上电，停止重复步骤(A2)，将已上电的各器件电源顺序断电，上报上电失败告警。

4、根据权利要求1所述的多电压监控和保护电路的实现方法，其特征在于：所述步骤(4)进一步包括：

(B1)按照断电顺序将电路板上一个器件的电源断电；

(B2)延时一段时间后，检测所述器件的电源是否已经正常断电；

(B3)如果是则按照断电顺序将电路板上的下一个器件的电源断电；否则重复步骤(B2)，如果在系统设定的规定时间内所述器件的电源一直无法正常断电，停止重复步骤(B2)，上报断电失败告警。

5、一种多电压监控和保护电路的实现装置，其特征在于：包括：

一次电源模块：将民用电或者机房48V电源转化为直流电，不受上电顺序控制；

二次电源模块：将直流电转化为电路板上各器件的电源；

基准电压产生电路：产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压；

电压比较模块：将电路板上各器件的电源电压与基准电压比较；

电源监控及保护控制逻辑模块：按照系统对各类电源上电的先后顺序依次向各器件的电源上电，上电过程中要求检测先上电电源的状态正常后方可进行后续的上电操作，或者系统对各类电源断电的先后顺序依次断开各相关电源，断电过程中要求检测先关断的电源状态正常后方可进行后续的断电操作；

其中，一次电源模块将民用电转化为直流电，二次电源模块将一次电源模块提供的直流电转化为电路板上各器件的电源，之后，基准电压产生电路产生用于与电路板上各器件的电源进行比较的基准电压，并将基准电压输送给电压比较模块，电压比较模块将电路板上各器件的电源电压与基准电压比较，并将比较结果输入电源监控及保护控制逻辑模块，电源监控及保护控制逻辑模块根据电压比较模块输送的比较结果对电路板上各器件的电源进行控制。

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