CN101053135A - 具有过载保护的电源装置 - Google Patents

Abstract

具有过载保护的电源装置，包括：开关(1)，响应于输入信号(6)，在用于从电力源向负载(4)供应电流的开启状态和用于中断到负载的电流供应的关闭状态之间进行切换；以及保护装置(5、7、8)，响应于过载条件，将开关切换为关闭状态。保护装置(5、7、8)在开关(1)切换到开启状态后的初始阶段(10)期间响应于第一过载条件(OCHI、OVT)，将开关切换回关闭状态，并且使开关保持在所述关闭状态。随后，如果在初始阶段期间没有检测到第一过载条件，保护装置响应于第二过载条件(OCLO)，将开关切换到关闭状态，在一段时间间隔之后，将开关切换回开启状态。保护装置在检测第一过载条件(OCHI)中响应于电流超过第一阈值，并且在检测第二过载条件(OCLO)中响应于电流超过第二阈值，第二阈值低于第一阈值。保护装置在检测至少第一过载条件(OVT)中响应于开关的温度超过温度阈值。

Description

具有过载保护的电源装置

技术领域

本发明涉及具有过载保护的电源装置，更具体涉及具有用于在过载不过度的时候重新启动电源的功能的电源装置。

背景技术

具有过载保护的电源装置，这里称为“智能电源开关”，用于许多应用中，包括汽车装备，例如尤其用于控制车辆照明。本发明尤其，但不排除其他情况，在这样的应用中可用。

智能电源开关通常需要包括自动重新启动功能，也就是说，用于在过载不过度的情况下重新启动开关。操作中，智能电源开关将其自身切换到关闭状态，以响应过载。如果过载在持续时间和幅度上都不过度，因而对于开关本身或对于线路和其他系统部件来说并不危险的话，智能电源开关自动在较短时间间隔后再次将其自身调整到启动状态，如果过载是零星的或者瞬间的，提供恢复全部电力的机会，如果过载条件的原因持续存在，提供紧急状况电力程度。

集成智能电源开关可使用各种保护策略，以响应于过载条件，考虑开关电容性负载或白炽灯泡的特性，例如，这二者都会在电流稳定到较低的稳定幅度之前表现出高的初始电流“涌入”(inrush)。

一种常用的策略是过热关闭，其在开关中高电力耗散的情况下，尤其是在高环境温度时，保护开关。该策略所遇到的问题在于，其不会防止可能适度高的永久结温度使半导体开关退化并最终毁坏。

另一种保护策略使用线性电流限制，其限制开关电流为安全值。该策略在电容性负载或白炽灯泡开启阶段在开关中引入了大量电力耗散。因此，由于监督智能在过载时(例如输出短路)防止毁坏，开关必须被关闭。

还有一种保护策略，使用过电流关闭特征，根据负载类型，具有一个或多个电流等级。当严重或零星故障条件时，由于过电流关闭特征，开关被关闭。因此，智能控制单元，诸如微控制器，有必要监督开关，并且在零星故障条件时重新开启开关以便提供输出的高可用性。

所有这些保护策略都存在着“微控制器的监督智能有必要提供开关的高可用性同时还要保护开关”的问题。在这个微控制器故障时，开关不再安全，可能会由于过载条件而毁坏。而且，这样的智能控制单元太昂贵。

发明内容

本发明提供具有过载保护的电源装置，如所附权利要求中所述。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的智能电源开关的示意框图，以举例方式示出，

图2是图1开关所开关操作的典型负载中电流作为时间函数的图线，

图3是图1开关中过载保护阈值作为时间函数的图线，

图4是在初始保护阶段严重短路情况下图1开关中过载保护阈值和负载电流作为时间函数的图线，

图5是在初始保护阶段电阻性短路情况下图1开关中过载保护阈值和负载电流作为时间函数的图线，

图6在后续保护阶段电阻性过载情况下图1开关中过载保护阈值和负载电流作为时间函数的图线，

图7是在初始保护阶段电阻性过载情况下图1开关中过载保护阈值和负载电流作为时间函数的图线。

具体实施方式

附图1中所示的智能电源开关装置包括开关1，用于对由电力源(未示出)供应的电流进行开关操作，电力源例如汽车应用中的蓄电池和交流发电机，开关1连接到电源端子2和负载4，负载4在端子2和地3之间串联连接开关1。开关1优选采用金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的形式。

通过响应于输入6处的输入信号的驱动器5，开关1在其开启和关闭状态之间进行切换。电流及温度检测单元7检测流入开关1和负载4的电流，以及开关1的工作温度。检测电路7提供过载信号OCHI、OCLO和OVT给保护控制单元8，如果相关参数超过各自阈值的话，过载信号就会被声明(assert)。保护控制单元8通过驱动器5控制开关1并且能够在过载条件的情况下使驱动器将开关1切换到关闭状态而不考虑6处的输入信号。

例如，6处的输入信号可能由供应额外照明控制功能的微处理器提供。但是，重要的是，图1中所示的智能电源开关能够通过过载保护起作用，甚至在响应于简单开/关输入信号的微处理器故障时。

当负载电流被切换为开启时，在电流随后达到较低的稳定幅度之前，电容性负载或白炽灯泡都表现出高的初始电流“涌入”。这可以在图2中以55瓦白炽灯泡的例子示出，可以看出，峰值电流9在十分之一毫秒内达到高于稳态电流的数量级。这个涌入电流具有短的持续时间，就此方面来说，其不会对电源系统或灯泡造成损害。

在图1的智能电源的操作中，如图4中所示，保护控制单元8响应于过载信号OCHI和/或OVT的声明，该过载信号表示开关1切换到开启状态后的初始阶段10期间的第一过载条件，由此将开关装置切换回关闭状态，然后通过闭锁驱动器5使开关装置保持关闭状态。特别地，如图4中所示，如果负载电流在初始阶段10期间达到第一阈值，这是关于涌入电流的不正常事件，如12所示，过载信号OCHI被声明，开关1永久关闭，如13所示。而且，如图5所示，如果温度在任意时刻达到过热阈值，即使负载电流甚至在初始阶段期间内没有达到过载阈值，如14所示，开关1也会被永久关闭，如13所示。

但是，如果初始保护阶段成功度过，而没有检测到触发过载保护的过载条件的话，保护控制单元8随后响应于过载信号OCLO的声明，将开关1切换为关闭状态，然后，在一段时间间隔之后，将开关1切换回开启状态。该功能构成了自动重启尝试。

触发过载信号OCLO的过载阈值大致小于触发过载信号OCHI的过载阈值，因此保护了系统免于小于涌入电流但仍将有害于系统(如果持续相当长的时间)的过载。但是，触发过载信号OCLO的过载阈值并非通过利用不适度低的最大稳态电流来限制智能电源开关的电流承载能力。如图6所示，在初始阶段10期间，正常涌入电流达到峰值等级，保持低于将触发过载信号OCHI的阈值，如15所示。但是，如果稳态电流随后达到触发过载信号OCLO的阈值，如16所示，检测单元7声明过载信号OCLO并且保护控制单元8将开关1切换到关闭状态。

在自动重启时间间隔之后，当保护控制单元8将开关1切换回开启状态时，响应于OCHI，重复相同保护周期的初始阶段17，之后是响应于OCLO的阶段，如18所示。但是，如果重启间隔短到足以使灯泡保持温暖，灯泡的涌入时期短于冷开关开启，因此，关于重启的初始阶段17短于首个初始阶段10。

即使初始保护阶段10和17都成功度过，而没有检测到触发过载保护的过载条件，过载信号OVT的声明，表示检测到过度工作温度，将使得保护控制单元8将开关1关闭，并且保持关闭直到结温度达到重启温度(滞后现象)。

而且，如图7所示，如果电流涌入持续时间长于初始时期10或17，而没有触发OCHI，如19和20所示，过载信号OCLO在初始阶段结束时立即被声明，触发开关1关闭，之后是自动重启尝试。

该自动重启特征起作用不需要额外的微处理，因此即使存在微处理器故障时也能提供电源和保护功能。特别地，在零星故障情况下，没有故障时可以恢复电流供应的完整性能。即使故障持续，如果过载适度，也可以提供减少了的性能，保护控制单元8重复关闭和开启开关1。自动重启模式的占空比被控制为足够低的值(例如5％)，从而限制自动重启模式期间开关中的电力耗散，而且提供足够的能量来在解除故障条件之后重启灯泡。因此，没有必要限制自动重启尝试的次数。

Claims (4)

1.具有过载保护的电源装置，包括：开关装置(1)，响应于输入信号(6)，在用于从电力源向负载(4)供应电流的开启状态和用于中断到负载的电流供应的关闭状态之间进行切换；以及保护装置(5、7、8)，响应于过载条件，将所述开关装置切换为所述关闭状态，

其特征在于，

所述保护装置(5、7、8)在所述开关装置(1)切换到所述开启状态后的初始阶段(10)期间响应于第一过载条件(OCHI、OVT)，将所述开关装置切换回所述关闭状态，并且使所述开关装置保持在所述关闭状态，随后，如果在所述初始阶段期间没有检测到所述第一过载条件，响应于第二过载条件(OCLO)，将所述开关装置切换到所述关闭状态，随后，在一段时间间隔之后，将所述开关装置切换回所述开启状态。

2.如权利要求1所述的电源装置，其中所述保护装置在检测所述第一过载条件(OCHI)中响应于所述电流超过第一阈值，并且在检测所述第二过载条件(OCLO)中响应于所述电流超过第二阈值，所述第二阈值低于所述第一阈值。

3.如权利要求1或2所述的电源装置，其中所述保护装置在检测至少所述第一过载条件(OVT)中响应于所述开关装置的温度超过温度阈值。

4.如上述任意权利要求所述的电源装置，其中，在所述的一段时间间隔之后，所述开关装置(1)切换回所述开启状态时的进一步的阶段(17)期间，所述保护装置再次响应于所述第一过载条件(OCHI、OVT)，将所述开关装置切换回关闭状态，并且使所述开关装置保持在所述关闭状态，所述的进一步的阶段具有比所述初始阶段短的持续时间。

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