CN105610233B - 多电源并联供电系统及电源短路保护电路 - Google Patents

多电源并联供电系统及电源短路保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多电源并联供电系统及电源短路保护电路，其中多电源并联供电系统，包括：至少两个电源装置，所述电源装置通过并联在所述电源装置与负载设备之间形成若干条供电通路；分别在每条供电通路上串联受控开关以控制所述供电通路是否导通；控制装置，所述控制装置根据每个电源装置的状态确定导通信号并向所述受控开关发送控制信号，控制至多一条供电通路导通。本发明防止了并联的电源装置之间出现的短路情况，保证了电源装置供电的稳定性。

Description

多电源并联供电系统及电源短路保护电路
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种多电源并联供电系统及电源短路保护电路。
背景技术
在电源管理应用中，将多电池并联起来使用可以增加系统稳定性，同时可以获得更多的电量，增加电池的持续供电时间。但是现实应用中将多个电池并联后直接连接负载设备，会存在电流倒灌的问题，例如采用两块电池，其中两块电池的生产厂家或者使用状态不同，可能电池与电池之间可能存在较大的压差，这样便会发生高电压电池向低电压电池冲击的问题，即发生电流倒灌问题而损害电池。
现有技术中有采用如图1所示的方式来避免多电池并联下出现的上述问题，多电池并联后同时为负载设备供电，但在每个电池与负载设备之间串联一个二极管，二极管正极的一端与电池连接，二极管负极的一端与负载设备连接。由于二极管的单向导通性，这样从电压高的电池向负载设备放电，直到电压均衡，多个电池同时放电，在整个放电过程中，任意两个电池之间不会出现短路的情况。
虽然上述设置二极管的方式可以避免并联的电池与电池之间的短路，但是二极管本身的物理特性，会存在导通损耗，尤其在系统需求的电流较大时，问题会变得非常突出。这样做一方面降低了电池的利用率，另一方面，为了控制二极管的损耗引起的发热量，不得不额外采用大体积的散热片，增加了成本，降低了可靠性，同时也限制了产品的体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多电源并联供电系统，在不引起较大损耗的情况下解决了多电源并联供电短路的技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种电源短路保护电路，解决了控制装置中处理器失控情况下的多电源并联供电短路的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的一种多电源并联供电系统，包括：
至少两个电源装置，所述电源装置通过并联在所述电源装置与负载设备之间形成若干条供电通路；
分别在每条供电通路上串联受控开关以控制所述供电通路是否导通；
控制装置，所述控制装置根据每个电源装置的状态确定导通信号并向所述受控开关发送控制信号，控制至多一条供电通路导通。
作为本发明上述多电源并联供电系统的进一步改进，所述受控开关包括第一MOS管及第二MOS管，所述第一MOS管的源极连接所述电源装置，所述第二MOS管的源极连接负载设备，所述第一MOS管的漏极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的栅极和所述第二MOS管的栅极并联同时接收所述控制装置的控制信号。
作为本发明上述多电源并联供电系统的进一步改进，所述控制装置包括与若干个受控开关对应的若干个输出控制单元，每个输出控制单元包括接收导通信号的第一输入端、接收选通信号的第二输入端及向对应的受控开关发送控制信号的第一输出端，所述第一输入端和第二输入端接收的信号都为有效时，所述第一输出端控制对应的受控开关导通，所述控制装置至多向一个输出控制单元的第二输入端提供有效的选通信号。
作为本发明上述多电源并联供电系统的进一步改进，所述控制装置还包括与若干个输出控制单元对应的若干个选通控制单元，每个选通控制单元包括：
第三输入端，所述第三输入端接收的导通信号与对应的输出控制单元第一输入端接收的导通信号相同；
与其他输出控制单元数量对应的第二输出端，每个第二输出端分别为对应的一个输出控制单元提供选通信号；
所述第三输入端接收的导通信号为有效时，所述第二输出端提供的选通信号都为无效。
作为本发明上述多电源并联供电系统的进一步改进，所述输出控制单元包括第一NMOS管，所述第一输入端通过第一电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极还连接所述第二输入端，所述第一NMOS管的源极接地，同时通过第二电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一输出端。
作为本发明上述多电源并联供电系统的进一步改进，所述选通控制单元包括第二NMOS管，所述第三输入端通过第三电阻与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地，同时通过第四电阻连接所述第二NMOS管的栅极，每个第二输出端通过二极管连接所述第二NMOS管的漏极，二极管正极一端连接所述第二输出端，二极管负极一端连接所述第二NMOS管的漏极。
为了解决上述技术问题，本发明的一种电源短路保护电路，包括若干个输出控制单元，每个输出控制单元包括接收导通信号的第一输入端、接收选通信号的第二输入端及发送控制信号的第一输出端，所述第一输入端和第二输入端接收的信号都为有效时，所述第一输出端发送可驱动受控开关导通的控制信号，所述电源短路保护电路至多向一个输出控制单元的第二输入端提供有效的选通信号。
作为本发明上述电源短路保护电路的进一步改进，所述电源短路保护电路还包括与若干个输出控制单元对应的若干个选通控制单元，每个选通控制单元包括：
第三输入端，所述第三输入端接收的导通信号与对应的输出控制单元第一输入端接收的导通信号相同；
与其他输出控制单元数量对应的第二输出端，每个第二输出端分别为对应的一个输出控制单元提供选通信号；
所述第三输入端接收的导通信号为有效时，所述第二输出端提供的选通信号都为无效。
作为本发明上述电源短路保护电路的进一步改进，所述输出控制单元包括第一NMOS管，所述第一输入端通过第一电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极还连接所述第二输入端，所述第一NMOS管的源极接地，同时通过第二电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一输出端。
作为本发明上述电源短路保护电路的进一步改进，所述选通控制单元包括第二NMOS管，所述第三输入端通过第三电阻与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地，同时通过第四电阻连接所述第二NMOS管的栅极，每个第二输出端通过二极管连接所述第二NMOS管的漏极，二极管正极一端连接所述第二输出端，二极管负极一端连接所述第二NMOS管的漏极。
与现有技术相比，本发明通过控制装置控制并联的若干条供电通路上的受控开关，调度不同供电通路上的受控开关之间的导通关系，保证只有一个受控开关导通。本发明防止了并联的电源装置之间出现的短路情况，保证了电源装置供电的稳定性。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中多电源并联供电系统示意图。
图2为本发明一实施方式中多电源并联供电系统示意图。
图3为本发明一实施方式中电源短路保护电路模块图。
图4为本发明一实施方式中输出控制单元示意图。
图5为本发明一实施方式中选通控制单元示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各实施方式中所提到的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”也并不代表结构或功能上的绝对区分关系，这些仅仅是为了描述的方便。
如图2所示，本发明一实施方式中多电源并联供电系统示意图。多电源并联供电系统包括至少两个电源装置101，即若干个电源装置101，电源装置101可以采用电池或电池包，在更多的实施方式中也可以采用电压源。若干个电源装置101通过并联分别为负载设备103供电，负载设备103可以是任何种使用电能而耗电的设备，例如超声便携式设备等。因为电源装置101是并联设置，所以若干个电源装置101与负载设备103之间形成若干条供电通路。在每条供电通路上都串联一个受控开关102，即与若干个电源装置101对应的若干个受控开关102。每个受控开关102都与控制装置104连接，由控制装置104控制每个受控开关102是否导通。
优选地，控制装置104连接检测装置105，检测装置105分别连接若干个电池101，检测装置105可以检测每一个电池101的状态，控制装置104根据每个检测装置105提供的电源装置101的状态来确定导通信号，导通信号指示哪一条供电通路上的受控开关102导通，然后向受控开关102发送控制信号，控制信号用来驱动特定的受控开关打开还是关闭。控制装置104通过控制保证至多一条供电通路导通。这样电源装置与电源装置之间就不存在短路的现象发生。
在具体的实施方式中，受控开关可以为MOS管，所述MOS管的栅极与控制装置104的输出端连接，接收控制装置的控制信号，MOS管的源极和漏极串联在供电通路上。在本实施方式中，受控开关102包括第一MOS管及第二MOS管，第一MOS管的源极连接电源装置101，第二MOS管的源极连接负载设备103，第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接，第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极并联同时接收控制装置104的控制信号。第一MOS管和第二MOS管都为PMOS管，当控制装置的一输出端向连接该输出端的两个PMOS管发送逻辑“0”，PMOS管被导通，对应的供电通路导通。第一MOS管和第二MOS管也可以都是NMOS管，根据需要可以在栅极上串接一个反相器。采用两个MOS管串接是防止等效的体二极管造成只能实现单向的关断。
为了防止控制装置出现异常而向多个受控开关发送导通的控制信号，控制装置包括与若干个受控开关对应的若干个输出控制单元，即一个输出控制单元与一个受控开关相对应，每个输出控制单元包括第一输入端、第二输入端及第一输出端，第一输入端用于接收导通信号，通过接收的导通信号判断是否导通对应的受控开关。第二输入端用于接收选通信号，通过接收的选通信号决定是否对这个输出控制单元选通进行工作，即这个输出控制单元是否可以根据导通信号输出驱动对应受控开关的控制信号。第一输出端与对应的受控开关连接，具体地，与MOS管的栅极连接，用于驱动MOS管的打开或关闭。第一输入端和第二输入端接收的信号都为有效时，即导通信号和选通信号都为有效时，第一输出端控制与之连接的受控开关导通，只要导通信号和选通信号任一个为无效时，与之连接的受控开关就处于截止关闭状态。需要说明的是，有效是指可以导通或可以选通的电平，无效是指相对于有效的另一电平。控制装置至多向一个输出控制单元的第二输入端提供有效的选通信号，选通信号的作用在于导通信号出现异常的时候作为保险保证若干个输出控制单元中至多只有一个输出控制单元被选通可以工作。
优选地，控制装置还包括与若干个输出控制单元对应的若干个选通控制单元，即一个输出控制单元与一个选通控制单元对应，上述的选通信号由选通控制单元提供。每个选通控制单元包括第三输入端，第三输入端接收导通信号，它和与之对应的输出控制单元的第一输入端接收的导通信号为同一信号，即相同的。每个选通控制单元还包括第二输出端，第二输出端的数量与除对应的输出控制单元以外的输出控制单元数量对应，即如果若干个输出控制单元为3个，其中一个输出控制单元是与一个选通控制单元是对应的，那么该选通控制单元的第二输出端就有2个，分别与其余的2个输出控制单元一一对应，每个第二输出端分别为对应的一个输出控制单元提供选通信号。任何一个选通控制单元的第三输入端接收的导通信号为有效时，该选通控制单元的所有第二输出端提供的选通信号就都为无效，即与该选通控制单元对应的输出控制单元以外的输出控制单元都不能被选通工作。
具体的实施方式参照以下所述的电源短路保护电路。
如图3所示，本发明一实施方式中电源短路保护电路模块图。在本实施方式中，电源短路保护电路中包括三个输出控制单元和三个选通控制单元，输出控制单元与选通控制单元一一对应。三个输出控制单元分别为第一输出控制单元21、第二输出控制单元22、第三输出控制单元23，三个选通控制单元分别为第一选通控制单元31、第二选通控制单元32、第三选通控制单元33。每个输出控制单元都包括第一输入端IN1、第二输入端IN2及第一输出端OUT1,每个选通控制单元都包括第三输入端IN3及第二输出端OUT21、OUT22。第一输出控制单元21与第一选通控制单元31对应，控制对应的一个受控开关，第一输出控制单元21的第一输出端OUT1向对应的受控开关发送控制信号。第一输出控制单元21的第一输入端IN1与第一选通控制单元31的第三输入端IN3接收同样的导通信号，第二输出端口OUT21、OUT22分别连接第二输出控制单元22、第三输出控制单元23的第二输入端IN2。第一输出控制单元21的第二输入端IN2接收的选通信号由第二选通控制单元32、第三选通控制单元33提供，只要一个选通控制单元提供的选通信号为无效时即为无效。其它依此类推。
如图4、图5所示，以四个输出控制单元及对应的四个选通控制单元为例。每个输出控制单元包括第一NMOS管201，第一输入端通过第一电阻202连接第一NMOS管201的栅极，第一NMOS管201的栅极还连接第二输入端，第一NMOS管201的源极接地GND，同时通过第二电阻203连接第一NMOS管201的栅极，第一NMOS管201的漏极连接第一输出端。第一电阻202的阻值比第二电阻203的阻值小，优选地，第一电阻202的阻值为10千欧姆，第二电阻203的阻值为100千欧姆。四个输出控制单元的第一输入端分别接收导通信号BAT1_OUT_C、BAT2_OUT_C、BAT3_OUT_C、BAT4_OUT_C,该信号可以由控制装置提供。四个输出控制单元的第二输入端分别接收选通信号BAT1_LOCK、BAT2_LOCK、BAT3_LOCK、BAT4_LOCK。四个输出控制单元的第一输出端分别发送控制信号BAT1_OUT、BAT2_OUT、BAT3_OUT、BAT4_OUT驱动对应的受控开关。第一输出控制单元与导通信号BAT1_OUT_C、选通信号BAT1_LOCK、控制信号BAT1_OUT对应，第二、第三、第四输出控制单元依此类推。
每个选通控制单元包括第二NMOS管301，第三输入端通过第三电阻302与第二NMOS管301的栅极连接，第二NMOS管301的源极接地GND，同时通过第四电阻303连接第二NMOS管301的栅极，每个第二输出端通过二极管304连接第二NMOS管301的漏极，二极管304正极一端连接第二输出端，二极管304负极一端连接第二NMOS管301的漏极。第三电阻302的阻值比第四电阻303的阻值小，优选地，第三电阻302的阻值为10千欧姆，第四电阻303的阻值为100千欧姆。在实际的电路应用环境中，为了满足抵抗电磁干扰的需要，每个二极管304的正极一端通过电容305接地。每个选通控制单元的第三输入端接收与输出控制单元对应的导通信号BAT1_OUT_C、BAT2_OUT_C、BAT3_OUT_C、BAT4_OUT_C，通过第二输出端向其他输出控制单元发送选通信号BAT1_LOCK、BAT2_LOCK、BAT3_LOCK、BAT4_LOCK。
以第一输出控制单元为例，导通信号BAT1_OUT_C和选通信号BAT1_LOCK都为“1”时，控制信号BAT1_OUT会驱动第一输出控制单元对应的受控开关导通。只要其中任一个信号不为逻辑“1”时，所对应的受控开关就不导通。
系统正常工作时，导通信号BAT1_OUT_C、BAT2_OUT_C、BAT3_OUT_C、BAT4_OUT_C中只有一个信号为逻辑“1”。假设当BAT1_OUT_C为逻辑“1”，其他为逻辑“0”。此时选通信号BAT1_LOCK也为有效的逻辑“1”。保证第一输出控制单元对应的受控开关导通。如果控制装置出现了异常，例如电源不稳定，程序跑飞等，使得导通信号BAT2_OUT_C也输出为"1"。由于导通信号BAT1_OUT_C在之前已经有效，选通信号BAT2_LOCK、BAT3_LOCK、BAT4_LOCK已被锁死为逻辑“0”，所以控制信号BAT2_OUT无法驱动受控开关导通。这样在出现异常的情况下，仍然能保证电源装置与电源装置之间不会发生短路。
如果是系统启动上电的的时候，同时输出多个逻辑“1”，例如导通信号BAT1_OUT_C、BAT2_OUT_C、BAT3_OUT_C、BAT4_OUT_C同时为“1”。这样选通信号BAT1_LOCK、BAT2_LOCK、BAT3_LOCK、BAT4_LOCK都被锁死为逻辑“0”，此时所有受控开关都无法导通。为了保证电源装置能够通过供电通路正常供电，或者在电源装置与电源装置之间正常切换，需要进行解锁，解锁的方式如下：将导通信号全部设置为逻辑“0”，此时选通信号BAT1_LOCK、BAT2_LOCK、BAT3_LOCK、BAT4_LOCK将被设置为无效，然后就可以设置合适的导通信号。从上述的方式可以看出，解锁的方式也是极其简单。
综上所述，本发明通过控制装置控制并联的若干条供电通路上的受控开关，调度不同供电通路上的受控开关之间的导通关系，保证只有一个受控开关导通。本发明防止了并联的电源装置之间出现的短路情况，保证了电源装置供电的稳定性。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多电源并联供电系统，其特征在于，包括：
至少两个电源装置，所述电源装置通过并联在所述电源装置与负载设备之间形成若干条供电通路；
分别在每条供电通路上串联受控开关以控制所述供电通路是否导通；
控制装置，所述控制装置根据每个电源装置的状态确定导通信号并向所述受控开关发送控制信号，控制至多一条供电通路导通；
所述控制装置包括与若干个受控开关对应的若干个输出控制单元，每个输出控制单元包括接收导通信号的第一输入端、接收选通信号的第二输入端及向对应的受控开关发送控制信号的第一输出端，所述第一输入端和第二输入端接收的信号都为有效时，所述第一输出端控制对应的受控开关导通，所述控制装置至多向一个输出控制单元的第二输入端提供有效的选通信号。
2.根据权利要求1所述的多电源并联供电系统，其特征在于，所述控制装置还包括与若干个输出控制单元对应的若干个选通控制单元，每个选通控制单元包括：
第三输入端，所述第三输入端接收的导通信号与对应的输出控制单元第一输入端接收的导通信号相同；
与其他输出控制单元数量对应的第二输出端，每个第二输出端分别为对应的一个输出控制单元提供选通信号；
所述第三输入端接收的导通信号为有效时，所述第二输出端提供的选通信号都为无效。
3.根据权利要求1所述的多电源并联供电系统，其特征在于，所述输出控制单元包括第一NMOS管，所述第一输入端通过第一电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极还连接所述第二输入端，所述第一NMOS管的源极接地，同时通过第二电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一输出端。
4.根据权利要求2所述的多电源并联供电系统，其特征在于，所述选通控制单元包括第二NMOS管，所述第三输入端通过第三电阻与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地，同时通过第四电阻连接所述第二NMOS管的栅极，每个第二输出端通过二极管连接所述第二NMOS管的漏极，二极管正极一端连接所述第二输出端，二极管负极一端连接所述第二NMOS管的漏极。
5.一种用于多电源并联供电系统的电源短路保护电路，所述多电源并联供电系统包括至少两个电源装置，所述电源装置通过并联在所述电源装置与负载设备之间形成若干条供电通路；分别在每条供电通路上串联受控开关以控制所述供电通路是否导通；其特征在于，包括：
若干个输出控制单元，每个输出控制单元包括接收导通信号的第一输入端、接收选通信号的第二输入端及发送控制信号的第一输出端，所述第一输入端和第二输入端接收的信号都为有效时，所述第一输出端发送可驱动受控开关导通的控制信号，所述电源短路保护电路至多向一个输出控制单元的第二输入端提供有效的选通信号。
6.根据权利要求5所述的电源短路保护电路，其特征在于，所述电源短路保护电路还包括与若干个输出控制单元对应的若干个选通控制单元，每个选通控制单元包括：
第三输入端，所述第三输入端接收的导通信号与对应的输出控制单元第一输入端接收的导通信号相同；
与其他输出控制单元数量对应的第二输出端，每个第二输出端分别为对应的一个输出控制单元提供选通信号；
所述第三输入端接收的导通信号为有效时，所述第二输出端提供的选通信号都为无效。
7.根据权利要求5所述的电源短路保护电路，其特征在于，所述输出控制单元包括第一NMOS管，所述第一输入端通过第一电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的栅极还连接所述第二输入端，所述第一NMOS管的源极接地，同时通过第二电阻连接所述第一NMOS管的栅极，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一输出端。
8.根据权利要求6所述的电源短路保护电路，其特征在于，所述选通控制单元包括第二NMOS管，所述第三输入端通过第三电阻与所述第二NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极接地，同时通过第四电阻连接所述第二NMOS管的栅极，每个第二输出端通过二极管连接所述第二NMOS管的漏极，二极管正极一端连接所述第二输出端，二极管负极一端连接所述第二NMOS管的漏极。
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