CN104917153A - 一种用于并联电源的短路保护电路 - Google Patents

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本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种用于并联电源的短路保护电路。所述短路保护电路包括电源模块、过流保护模块、比较模块、开关模块和负载模块；所述电源模块的输出端与所述过流保护模块的输入端电学连接，且所述电源模块的输出端与所述比较模块的第一输入端电学连接；所述过流保护模块的输出端与开关模块的第一输入端电学连接；所述开关模块的输出端分别与一负载模块电学连接，以及与所述比较模块的第二输入端电学连接；所述比较模块的输出端与所述开关模块的第二输入端电学连接。

Description

一种用于并联电源的短路保护电路
技术领域
本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种用于并联电源的短路保护电路。
背景技术
如图1所示，现有的一种用于并联电源的短路保护电路，包括电源模块M110、同步整流模块M120、滤波模块M130、过流保护模块M140、比较模块M150、开关模块M160、负载模块M170。所述电源模块M110的输出端与所述同步整流模块M120的输入端电学连接。所述同步整流模块M120的输出端与所述滤波模块M130的输入端电学连接。所述滤波模块M130的输出端与所述过流保护模块M140的输入端电学连接。所述过流保护模块M140的输出端分别与比较模块M150的第一输入端电学连接，以及与开关模块M160的第一输入端电学连接。所述开关模块M160的输出端分别与一负载模块M170电学连接，以及与所述比较模块M150的第二输入端电学连接。所述比较模块M150的输出端与所述开关模块M160的第二输入端电学连接。
如图2所示，该现有的一种用于并联电源的短路保护电路包括电源模块M110、同步整流模块M120、滤波模块M130、过流保护模块M140、比较模块M150、开关模块M160和负载模块M170。所述电源模块M110的输出端与所述同步整流模块M120的输入端电学连接。其中，所述同步整流模块M120包括第三二极管D278、第六电阻R204、稳压二极管ZD201、第七电阻R203和第二场效应管Q201。所述同步整流模块M120的输入端通过第三二极管D278与第二场效应管Q201的漏极电学连接；外部电源+12V_LG通过串联的第六电阻R204和稳压二极管ZD201后接地；所述第七电阻R203与所述稳压二极管ZD201并联；所述第二场效应管Q201的栅极和源极分别与所述第七电阻R203的两端电学连接。所述同步整流模块M120的输出端与所述滤波模块M130的输入端电学连接。所述滤波模块M130包括电感L200、第二电容C212和第三电容C209。所述滤波模块M130的输入端通过电感L200以及并联的第二电容C212和第三电容C209后接地。所述滤波模块M130的输出端与所述过流保护模块M140电学连接。所述过流保护模块M140包括第四电阻R206A，也称为sense电阻。所述第四电阻R206A的一端与所述滤波模块M130的输出端电学连接，所述第四电阻R206A的另一端分别与所述开关模块M160的第一输入端电学连接，以及与所述比较模块M150的第一输入端电学连接。所述开关模块M160包括串联的第五电阻R206B1和第一场效应管Q202；所述开关模块M160的第一场效应管Q202的输出端分别与负载模块M170电学连接，以及通过所述比较模块M150的第二电阻R359电学连接至比较器LM393的反向输入端。所述比较模块M150包括第一电阻R268、第二电阻R359、第一电容C289、第一二极管D274、第二二极管D277、第三电阻R317和比较器LM393；所述比较模块M150的第一输入端通过第一电阻R268与所述比较器LM393的同向输入端电学连接；所述第一电容C289并联在所述比较器LM393的同向输入端和反向输入端；所述比较器LM393的输出端通过依次串联的第一二极管D274、第二二极管D277和第三电阻R317电学连接至所述比较器LM393的同向输入端；且所述比较器LM393的输出端通过第一二极管D274电学连接至一或门控制模块(ORing-Control)。所述或门控制模块模块(ORing-Control)与一或门模块(ORing)通信。其中，所述ORing-Control与ORing非直接电学连接，即ORing-Control通过与其他电路的电学连接后，再与ORing电学连接。ORing-Control的输入电压控制ORing的输出电压。所述ORing的输出端与所述开关模块M160的第二输入端电学连接。所述负载模块M170的输出端电压设置为+12V_BUS。
在多台开关电源并联时，其中一台电源内部由于某种原因发生短路，通常的保护装置都是利用比较器LM393比较ORing MOSFET(MetalOxideSemicoductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)两端的电压差(ΔV＝Id*Rdson＝12V_BUS-12VL)以关闭ORing MOSFET。即电源内部VIN发生短路(例如，在图2中，Q201或C209发生短路)时，大电流从外部总线通过ORing MOSFET(Q202)倒灌到内部，只有当电流大到一定程度时，比较器LM393才能检测到足够大的电压差(ΔV＝Id*Rdson)以关掉ORingMOSFET驱动，从而使得电源实现保护。电源内部短路控制框图参见图1所示，电路图参见图2所示。
但是，现在为了达到节能目的，需要提高效率，所以选择ORing MOSFET的导通电阻Rdson越来越小。这样，当利用比较器比较的电压差值(ΔV＝Id*Rdson＝12V_BUS-12VL)以关掉ORing MOSFET时，就需要较大的反向电流Id流过ORing MOSFET才能将其关断，其结果会引起12V_BUS电压压降(dip)较深，同时ORing MOSFET关断瞬间引起12V_BUS有很高脉冲(spike)电压。这样，在电源发生断电时，不仅短路保护线路动作迟缓，而且输出的12V_BUS电压有跌落，且ORing MOSFET场效应管(Q202)关闭瞬间会引起输出电压产生尖峰。
发明内容
本申请目的在于解决上述问题，提供一种用于并联电源的短路保护电路，有效实现并联电源的快速短路保护功能，且很好的维持输出电压的稳定。
为了解决上述问题，本申请采用以下技术方案。
一种用于并联电源的短路保护电路，包括电源模块、过流保护模块、比较模块、开关模块和负载模块；所述电源模块的输出端与所述过流保护模块的输入端电学连接，且所述电源模块的输出端与所述比较模块的第一输入端电学连接；所述过流保护模块的输出端与开关模块的第一输入端电学连接；所述开关模块的输出端分别与一负载模块电学连接，以及与所述比较模块的第二输入端电学连接；所述比较模块的输出端与所述开关模块的第二输入端电学连接。
进一步，所述短路保护电路进一步包括一同步整流模块，所述电源模块的输出端与所述同步整流模块的输入端电学连接；所述同步整流模块的输出端分别与所述过流保护模块的输入端以及比较模块的第一输入端电学连接。
进一步，短路保护电路进一步包括一滤波模块；所述同步整流模块的输出端与所述滤波模块的输入端电学连接，所述滤波模块的输出端分别与所述过流保护模块的输入端以及比较模块的第一输入端电学连接。
进一步，所述比较模块包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三电阻和比较器；所述比较模块的第一输入端通过第一电阻与所述比较器的同向输入端电学连接；所述第一电容并联在所述比较器的同向输入端和反向输入端；所述比较器的输出端通过依次串联的第一二极管、第二二极管和第三电阻电学连接至所述比较器的同向输入端；且所述比较器的输出端通过第一二极管电学连接至一或门控制模块；所述或门控制模块与一或门模块通信；所述或门模块的输出端与所述开关模块的第二输入端电学连接；所述过流保护模块包括第四电阻，所述过流保护模块的第四电阻的一端与所述开关模块的第一输入端电学连接；所述开关模块包括串联的第五电阻和第一场效应管；所述开关模块的第一场效应管的输出端分别与负载模块电学连接，以及通过所述比较模块的第二电阻电学连接至所述比较器的反向输入端。
进一步，所述同步整流模块包括第三二极管、第六电阻、稳压二极管、第七电阻和第二场效应管；所述同步整流模块的输入端通过第三二极管与第二场效应管的漏极电学连接；外部电源通过串联的第六电阻和稳压二极管后接地；所述第七电阻与所述稳压二极管并联；所述第二场效应管的栅极和源极分别与所述第七电阻的两端电学连接。
进一步，所述滤波模块包括电感、第二电容和第三电容；所述滤波模块的输入端通过电感以及并联的第二电容和第三电容后接地。
本申请的优点在于，利用本申请所述短路保护电路不仅使得输出电压更加稳定，而且允许使用更小Rdson的ORing MOSFET，使电源的效率得到优化。此外，本申请可以弥补比较器输入端误差电压大而引起电路动作延时或动作精确度不足的缺陷。本申请所述短路保护电路相对于以前的电路设计，也不需要增加其它元器件，且价格便宜。
附图说明
图1是现有电源内部短路控制框图；
图2是现有电源内部短路控制电路图；
图3是本申请所述短路保护电路的具体实施方式结构框图；
图4是本申请较佳实施例所述短路保护电路的电路示意图；
图5是采用现有技术的波形效果示意图；
图6是采用本申请技术的波形效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请提供的一种用于并联电源的短路保护电路的具体实施方式做详细说明。
参见图3所示，一种用于并联电源的短路保护电路，包括电源模块M310、同步整流模块M320、滤波模块M330、过流保护模块M340、比较模块M350、开关模块M360、负载模块M370。所述电源模块M310的输出端与所述同步整流模块M320的输入端电学连接。所述同步整流模块M320的输出端与所述滤波模块M330的输入端电学连接。所述滤波模块M330的输出端分别与所述过流保护模块M340的输入端以及比较模块M350的第一输入端电学连接。所述滤波模块M330用于将转换后的直流电进行滤波，即将大脉动的直流电压中的谐波分量去除，得到干扰较少的平滑的直流电压。所述过流保护模块M340的输出端与开关模块M360的第一输入端电学连接。所述开关模块M360的输出端分别与一负载模块M370电学连接，以及与所述比较模块M350的第二输入端电学连接。所述比较模块M350的输出端与所述开关模块M360的第二输入端电学连接。
参见图4所示，本申请较佳实施例所述用于并联电源的短路保护电路包括：电源模块M310、同步整流模块M320、滤波模块M330、过流保护模块M340、比较模块M350、开关模块M360和负载模块M370。所述电源模块M310的输出端与所述同步整流模块M320的输入端电学连接。其中，所述电源模块M310的输出电压(即VIN)可设置为变压器次级电压，例如，次级电压为13伏的方波电压。所述同步整流模块M320包括第三二极管D278、第六电阻R204、稳压二极管ZD201、第七电阻R203和第二场效应管Q201。所述同步整流模块M320的输入端通过第三二极管D278与第二场效应管Q201的漏极电学连接；外部电源+12V_LG通过串联的电阻第六R204和稳压二极管ZD201后接地；所述第七电阻R203与所述稳压二极管ZD201并联；所述第二场效应管Q201的栅极和源极分别与所述第七电阻R203的两端电学连接。所述同步整流模块M320的输出端与所述滤波模块M330的输入端电学连接。所述滤波模块M330包括电感L200、第二电容C212和第三电容C209。所述滤波模块M330的输入端通过电感L200以及并联的第二电容C212和第三电容C209后接地。在本申请的其他实施例中，所述滤波模块M330除了采用LC式滤波，也可以采用其他式滤波，例如RC式无源滤波、RC式有源滤波、特殊元件构成的无源滤波。所述滤波模块M330的输出端分别与所述过流保护模块M310和比较模块M350的第一输入端电学连接。所述过流保护模块M340包括第四电阻R206A，也称为sense电阻，用于对所述用于并联电源的短路保护电路起过流保护(Over Current Protection，简称OCP)作用。所述第四电阻R206A的一端与所述滤波模块M330的输出端电学连接，所述第四电阻R206A的另一端与所述开关模块M360的第一输入端电学连接。所述开关模块M360包括串联的第五电阻R206B1和第一场效应管Q202。所述开关模块M360的第一场效应管Q202的输出端分别与负载模块M370电学连接，以及通过所述比较模块M350的第二电阻R359电学连接至比较器LM393的反向输入端(2)。所述比较模块M350包括第一电阻R268、第二电阻R359、第一电容C289、第一二极管D274、第二二极管D277、第三电阻R317和比较器LM393。所述比较模块M350的第一输入端通过第一电阻R268与所述比较器LM393的同向输入端(3)电学连接；所述第一电容C289并联在所述比较器LM393的同向输入端(3)和反向输入端(2)。所述比较器LM393的输出端(1)通过依次串联的第一二极管D274、第二二极管D277和第三电阻R317电学连接至所述比较器LM393的同向输入端(3)，且所述比较器LM393的输出端(1)通过第一二极管D274电学连接至一或门控制模块(ORing-Control)。所述或门控制模块(ORing-Control)与一或门模块(ORing)通信。其中，所述ORing-Control与ORing非直接电学连接，即ORing-Control通过与其他电路的电学连接后，再与ORing电学连接。ORing-Control的电压输入控制ORing的电压输出。所述ORing的输出端与所述开关模块M360的第二输入端电学连接。所述负载模块M370的输入端电压设置为+12V_BUS。
参见图2和图4所示，本申请将原有的电路中的比较器LM393的正端电压监测点由+12VL改为+12VZ，即将sense电阻R206A也等效为MOSFET的导通阻抗Rdson(如图2所示)，在图4中，比较器LM393通过检测+12V_BUS和+12VZ的电压差ΔV＝I d*(Rdson+R206A)＝(+12V_BUS)-(+12VZ)以关闭ORing MOSFET(Q202)从而实现短路保护。因为比较器LM393的两端的等效电阻(Rdson+R206A)增大，而改进之前的等效电阻为Rdson，所以当电源内部发生异常短路，例如场效应管Q201或电容C209短路，只需要较小的反向电流Id流过ORing MOSFET，比较器LM393就能较快地检测出较大的压差ΔV以快速控制ORingFET的开关，这样输出12V_BUS电压的压降(dip)就更小，同时ORingMOSFET关断瞬间12V_BUS电压产生的脉冲(spike)电压也会变得更小，使得输出电压更加稳定。
以下将通过图5和图6分别用于说明采用现有技术的波形效果示意图，以及采用本申请的波形效果示意图。
对于所述有并联电源系统的用户来说，希望要求电源系统在大多数条件下输出的BUS电压保持稳定，以保证用户系统的稳定性。即使是在其中一电源发生短路时，也要求输出的BUS电压也不能有很大的波动。两个电源并联使用，当其中一电源发生短路时，测得改进前后(现有技术和本申请)实验波形如图5和图6所示。
图5为采用现有技术的波形效果示意图，即改进前的波形。波形中一实线(5μs1V)为12V_BUS电压的实际信号，另一实线(5μs 5V)表示抓取波形时所用的触发信号，也就是ORing MOSFET栅极端电压信号(参见图2所示的第一场效应管Q202)，图中X轴表示时间，Y轴表示电压的单位刻度。从图5中可以看到，当短路发生时，12V_BUS的电压波动很大，最大值为13.4V，最小值为11.18V。这样，对用户系统会造成影响。
图6为采用本申请技术的波形效果图，即改进后的波形。波形中一实线(5μs1V)为12V_BUS电压的实际信号，另一实线(5μs 5V)表示抓取波形时所用的触发信号，也就是ORing MOSFET栅极端电压信号(参见图4所示的第一场效应管Q202)。从图6中可以看到，当短路发生时，12V_BUS的电压波动减少了很多，最大值为12.03V，最小值为11.66V，满足较高要求的用户系统使用。因此，利用本申请所述短路保护电路不仅使得输出电压更加稳定，而且允许使用更小Rdson的ORing MOSFET，使电源的效率得到优化。此外，本申请可以弥补比较器由于电压大引起电路动作延时或动作精确度不足缺陷。本申请所述短路保护电路相对于以前的电路设计，也不需要增加其它元器件。

Claims (3)

1.一种用于并联电源的短路保护电路，其特征在于，包括电源模块、过流保护模块、比较模块、开关模块和负载模块；所述电源模块的输出端与所述过流保护模块的输入端电学连接，且所述电源模块的输出端与所述比较模块的第一输入端电学连接；所述过流保护模块的输出端与开关模块的第一输入端电学连接；所述开关模块的输出端分别与一负载模块电学连接，以及与所述比较模块的第二输入端电学连接；所述比较模块的输出端与所述开关模块的第二输入端电学连接。
2.如权利要求1所述的用于并联电源的短路保护电路，其特征在于，进一步包括一同步整流模块，所述电源模块的输出端与所述同步整流模块的输入端电学连接；所述同步整流模块的输出端分别与所述过流保护模块的输入端以及比较模块的第一输入端电学连接。
3.如权利要求2所述的用于并联电源的短路保护电路，其特征在于，进一步包括一滤波模块；所述同步整流模块的输出端与所述滤波模块的输入端电学连接，所述滤波模块的输出端分别与所述过流保护模块的输入端以及比较模块的第一输入端电学连接。
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