CN107465181A - 一种带sense自检保护功能的大功率直流电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,属于直流电源的技术领域。该直流电源包括:电压差分采样单元、电压误差放大器、电流传感器、SENSE自检保护功能单元、PWM产生器、SENSE接反界面。电源在开机时采集负载输入端电压以及负载电流,在SENSE线接反时关断PWM以避免迅速饱和的电压误差信号导致直流电源工作在最大电压输出模式下,进而避免SENSE电阻因过功率而烧毁,在负载电流超过其设定值时提醒用户减小负载电流设定值并再次自检,直至通过SENSE自检整机才允许用户进行相关设定和输出工作。
Description
技术领域
本发明公开了一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,属于直流电源的技术领域。
背景技术
如图1所示,传统大功率直流电源通过电线给负载供电,电线本身存在的一定阻抗在供电电流很大时会产生一定的压降,这导致直流电源显示的电压只能精确地表示本地电压而不能精确地表示远端(负载端)电压。假设负载需要提供Vo的电压,在直流电源上设置输出电压为Vo,但连接直流电源和负载的线缆上的线损使得加载在负载两端的电压却不一定是Vo,负载输入端的电压Vi为其需要提供的电压与导线压降的差值。通常在直流电源输出端对其输出电压进行测试,假设全部传输线上的阻抗Rcable(导线电阻)是0.5欧姆,直流电源输出端的电压是5V,传输线上的电流是1A,则负载输入端的电压是4.5V,可见,负载输入端的电压与直流电源上设定的输出电压有10%的误差。
为了补偿导线的压降,测试电源一般都会提供如图2所示的SENSE补偿功能。SENSE补偿功能的原理如下:首先,SENSE端子如同万用表的触笔测量负载输入端的(远端)电压Vi;然后,对比Vi与Vo之间的差异并在内部调节直流电源的输出电压直到Vi与Vo一致。可见,利用SENSE远端回读负载输入端的电压(而不是直流电源输出端口的电压)以调整直流电源输出端的电压,保证负载输入端的电压精确达到直流电源输出电压的设定值。
然而,在实际操作中会出现将SENSE线接反的情况,上述SENSE补偿在SENSE线接反时就无法正常工作,导致直流电源输出电压不准确,甚至会烧毁SENSE电阻以至于整机无法正常工作。如何才能判断或检测直流电源的SENSE线是否正常接入一直困扰很多工程师尤其是系统应用工程师。本发明旨在提出一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源以实现SENSE线的防接反/漏接。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足,提供了一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,实时检测负载输入端电压以及负载电流并由负载输入端电压与直流电源输出电压的误差以及负载电流与电流设定值的误差判断SENSE线接反并生成驱动直流电源的PWM,实现了直流电源SENSE线接反的检测并防止整机在错误接线情况下误输出,解决了现有技术中工程师难以判断或检测直流电源SENSE线是否正常接入的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案:
一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,包括:
电压差分采样单元,实时采集并输出负载输入端电压;
电压误差放大器,其输入端接电压差分采样单元的输出端,检测并输出负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差;
电流传感器,实时采集并输出负载电流;
SENSE自检保护功能单元,其一输入端接电压差分采样单元的输出端,其另一输入端接电流传感器的输出端,在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值且负载电流小于其设定值时输出SENSE自检通过的提示信号,在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值但负载电流大于其设定值时输出减小负载电流设定值的提示信号后再次进行SENSE自检,在负载输入端电压小于当前给定的电压设定值时输出SENSE接反的提示信号以及PWM关断信号,所述当前给定的电压设定值小于直流电源输出电压设定值;及,
PWM产生器,其第一输入端接电压误差放大器的输出端,其第二输入端接SENSE自检保护功能单元输出的PWM关断信号,根据负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差以及给定信号生成驱动直流电源的PWM。
作为一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源的进一步优化方案,直流电源还包括:
交互设备,读入SENSE自检保护功能单元输出的SENSE自检通过的提示信号、SENSE接反的提示信号、减小负载电流设定值的提示信号,向SENSE自检保护功能单元写入当前给定的电压设定值、直流电源输出电压设定值、负载电流设定值。
作为一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源的进一步优化方案,电压误差放大器的输出端和PWM产生器的第一输入端之间接有防反二极管。
作为一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源的进一步优化方案,SENSE自检保护功能单元包括:
电流误差放大器,其同相输入端接负载电流设定值的电信号,其反相输入端接负载电流,其输出端接PWM产生器的第一输入端,在负载电流大于其设定值时输出减小负载电流设定值的提示信号;及,
电压比较器,其同相输入端接当前给定的电压设定值的电信号,其反相输入端接负载输入端电压,其输出端接PWM产生器的第二输入端,在负载输入端电压小于当前给定的电压设定值时输出SENSE接反的提示信号以及PWM关断信号。
再进一步的,一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源中,电流误差放大器的输出端和PWM产生器的第一输入端之间接有防反二极管。
本发明采用上述技术方案,具有以下有益效果:
(1)通过设计SENSE自检保护功能单元,在开机时采集负载输入端电压以及负载电流,在SENSE线接反时关断PWM以避免迅速饱和的电压误差信号导致直流电源工作在最大电压输出模式下,进而避免SENSE电阻因过功率而烧毁,在负载电流超过其设定值时提醒用户减小负载电流设定值并再次自检,直至通过SENSE自检整机才允许用户进行相关设定和输出工作。
(2)在电压误差放大器输出端和PWM产生器输入端之间接入的防反二极管,在SENSE接反时可以切断PWM产生器输出PWM信号,进而防止整机在错误接线情况下的误输出。
附图说明
图1为大功率直流电源向负载供电的示意图。
图2为具有SENSE远端补偿功能的直流电源向负载供电的示意图。
图3为传统大功率直流电源的系统框图。
图4为本发明带SENSE自检保护功能的大功率直流电源的系统框图。
图5为SENSE线防反接自检方案的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
传统的大功率直流电源如图3所示,包括:电压差分采样单元、误差放大器、PWM产生器。电压差分采样单元对负载输入端电压进行差分采样,误差放大器检测负载输入端电压VS与直流电源输出电压设定值VSET的误差VE,PWM产生器根据误差放大器输出的误差信号VE并结合给定的斜坡信号VRAMP生成调整直流电源输出电压的PWM以驱动直流电源。
由常识可知Rsense的阻值设计原则是用表达式VOMAX*K/I确定,工程上K取1%,I取1mA,那么Rsense=VOMAX*1%/1mA=10VOMAX,设计Rsense电阻的功率PRSET为:PRSET=1mA*1mA*Rsense=0.00001VOMAX。由图2可知,当用户将SENSE线接反时,VS<0,若用户设置VSET且VSET的值大于零,此时若机器开启工作,那么负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差会很快增大到饱和值,导致直流电源以能够输出的最大电压值输出,那么Rsense电阻上的压降为1/2VOMAX,则Rsense电阻上的功率PR为:PR=(1/2VOMAX)^2/Rsense=(1/2VOMAX)^2/10VOMAX=0.025VOMAX>>0.00001VOMAX,即在用户将SENSE线接反时,会导致Rsense电阻的过功率而烧毁,进而造成整机无法正常工作。
本发明提出如图4所示的带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,该直流电源包括:电压差分采样单元、电压误差放大器、电流传感器、SENSE自检保护功能单元、PWM产生器、SENSE接反界面。电压误差放大器的输入端接电压差分采样单元的输出端,SENSE自检保护功能单元的一输入端接电压差分采样单元的输出端,SENSE自检保护功能单元的另一输入端接电流传感器的输出端,SENSE自检保护功能单元的输出端通过I/O端口与SENSE接反界面连接。电压差分采样单元实时采集并输出负载输入端电压。电压误差放大器检测并输出负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差。电流传感器实时采集并输出负载电流。SENSE自检保护功能单元在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值且负载电流小于其设定值时输出SENSE自检通过的提示信号,在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值但负载电流大于其设定值时输出减小负载电流设定值的提示信号并再次进行SENSE自检,再次SENSE自检过程中在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值时输出SENSE自检通过的提示信号,在负载输入端电压小于当前给定的电压设定值时输出SENSE接反的提示信号以及PWM关断信号,所述当前给定的电压设定值小于直流电源输出电压设定值。PWM产生器根据负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差以及给定信号生成驱动直流电源的PWM。SENSE接反界面读入SENSE自检保护功能单元输出的SENSE自检通过的提示信号、SENSE接反的提示信号、减小负载电流设定值的提示信号,向SENSE自检保护功能单元写入当前给定的电压设定值、直流电源输出电压设定值、负载电流设定值。SENSE线防反接自检方案的逻辑如图5所示。
SENSE自检保护功能单元包括电流误差放大器和电压比较器。电流误差放大器的同相输入端接负载电流设定值的电信号,电流误差放大器的反相输入端接负载电流,电流误差放大器的输出端接PWM产生器的第一输入端。电压比较器的同相输入端接当前给定的电压设定值的电信号,电压比较器的反相输入端接负载输入端电压,电压比较器的输出端接PWM产生器的第二输入端。电压误差放大器的输出端和PWM产生器的第一输入端之间接有防反二极管。电流误差放大器输出端和PWM产生器输入端之间接有防反二极管。
在整机上电时,系统会启动SENSE自检保护功能,当SENSE自检保护功能通过后,整机才允许用户进行相关设定和输出工作。
SENSE自检保护功能设计说明如下。
VSET-1V为使直流电源输出为1V时的电压设定值,VSET-1V在工程应用上通常设置为0.5VSET,也可以将VSET-1V设置为小于VSET的任意数值,将ISET-1mA设置为直流电源最大输出电流为1mA时的电压。当用户没有将SENSE线接反(VS>VSET-1V)并且负载电流小于1mA时,本机电源为空载电压正常输出,由于负载电流小于1mA,Rcable上几乎没有线压降,那么VS≈VO=1V,此时,SENSE自检保护功能通过,接着整机允许用户进行相关设定和输出工作。用户没有将SENSE线接反(VS>VSET-1V)但负载电流大于1mA时候,本机电源进入CC工作模式,此时会通过SENSE接反界面显示提醒用户将负载电流设置为小于1mA的数值,再次进行SENSE自检直到通过为止。
当用户将SENSE线接反时,VS<0,那么,VS<VSET-1V,此时电压比较器输出为高电平(SENSE自检保护功能会立即向PWM产生器发出PWM关断信号),VE值会很快往饱和值增大,但是由于ISET此时设置为直流电源最大输出电流1mA,那么整机输出电压会以最大电流为1mA的速度给输出电容充电,而大功率直流电源输出电容容量一般都是至少100UF以上,由电容充电电流公式IC=C*DU/DT可知:DU/DT≤IC/C=1mA/100UF=10V/S=10mV/mS,由于输出电压只能以≤10mV/mS的斜率爬升,这样便有足够的反应时间响应电压比较器输出的PWM关断信号进而确保整机无输出电压,同时通过SENSE接反界面显示提醒用户SENSE接错,直到用户接对SENSE自检通过,整机才允许用户进行相关设定和输出工作。
Claims (5)
1.一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,其特征在于,包括:
电压差分采样单元,实时采集并输出负载输入端电压;
电压误差放大器,其输入端接电压差分采样单元的输出端,检测并输出负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差;
电流传感器,实时采集并输出负载电流;
SENSE自检保护功能单元,其一输入端接电压差分采样单元的输出端,其另一输入端接电流传感器的输出端,在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值且负载电流小于其设定值时输出SENSE自检通过的提示信号,在负载输入端电压大于当前给定的电压设定值但负载电流大于其设定值时输出减小负载电流设定值的提示信号后再次进行SENSE自检,在负载输入端电压小于当前给定的电压设定值时输出SENSE接反的提示信号以及PWM关断信号,所述当前给定的电压设定值小于直流电源输出电压设定值;及,
PWM产生器,其第一输入端接电压误差放大器的输出端,其第二输入端接SENSE自检保护功能单元输出的PWM关断信号,根据负载输入端电压与直流电源输出电压设定值的误差以及给定信号生成驱动直流电源的PWM。
2.根据权利要求1所述一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,其特征在于,直流电源还包括:
交互设备,读入SENSE自检保护功能单元输出的SENSE自检通过的提示信号、SENSE接反的提示信号、减小负载电流设定值的提示信号,向SENSE自检保护功能单元写入当前给定的电压设定值、直流电源输出电压设定值、负载电流设定值。
3.根据权利要求1所述一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,其特征在于,所述电压误差放大器的输出端和PWM产生器的第一输入端之间接有防反二极管。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,其特征在于,所述SENSE自检保护功能单元包括:
电流误差放大器,其同相输入端接负载电流设定值的电信号,其反相输入端接负载电流,其输出端接PWM产生器的第一输入端,在负载电流大于其设定值时输出减小负载电流设定值的提示信号;及,
电压比较器,其同相输入端接当前给定的电压设定值的电信号,其反相输入端接负载输入端电压,其输出端接PWM产生器的第二输入端,在负载输入端电压小于当前给定的电压设定值时输出SENSE接反的提示信号以及PWM关断信号。
5.根据权利要求4所述一种带SENSE自检保护功能的大功率直流电源,其特征在于,所述电流误差放大器的输出端和PWM产生器的第一输入端之间接有防反二极管。
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