CN107706906A - 防倒灌电路及电源冗余电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防倒灌电路及电源冗余电路，所述电源冗余电路包括多个并联的电压输出电路，其中一电压输出电路的输出端输出第一电压，所述电压输出电路的输出端通过所述防倒灌电路电连接电源输出总线，所述电源输出总线输出第二电压，所述防倒灌电路包括开关电路与比较器，其中，所述电压输出电路的输出端电连接所述开关电路的第一引脚和所述比较器的第一信号输入引脚，所述电源输出总线电连接所述开关电路的第二引脚和所述比较器的第二信号输入引脚，所述比较器的输出引脚电连接所述开关电路的第三引脚，当所述第一电压小于所述第二电压时，所述比较器输出低电平，所述开关电路截止，所述电压输出电路的输出端与所述电源输出总线之间不导通。

Description

防倒灌电路及电源冗余电路
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种防倒灌电路及电源冗余电路。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
对于电子产品来说，电源是不可或缺的部分，很多电子产品的设计，尤其是工业电子设计中，往往单路电源无法实现功率的要求，需要多路电源并联实现大功率输出；另外，在工业设计与一些安全要求比较高的设计中，电源作为核心部分，往往采用多路电源冗余设计，以避免单路电源损坏导致设备停止工作的问题发生。而在多路电源并联冗余设计中，无法做到多路电源电压一致，如直接末端并联，会产生高电压电源往低电压电源倒灌电流的问题，不但损失了电源效率，同时对部分单向电流器件也有一定的影响，降低电源的稳定性与安全性。
发明内容
本发明针对电源冗余电路中不同电源之间电压不均从而产生高电压往低电压电源倒灌电流的问题，提供一种防倒灌电路及电源冗余电路。
一种防倒灌电路，应用于电源冗余电路，所述电源冗余电路包括多个并联的电压输出电路，其中一电压输出电路的输出端输出第一电压，所述电压输出电路的输出端通过所述防倒灌电路电连接电源输出总线，所述电源输出总线输出第二电压，所述防倒灌电路包括开关电路与比较器，其中，所述电压输出电路的输出端电连接所述开关电路的第一引脚和所述比较器的第一信号输入引脚，所述电源输出总线电连接所述开关电路的第二引脚和所述比较器的第二信号输入引脚，所述比较器的输出引脚电连接所述开关电路的第三引脚，
当所述第一电压小于所述第二电压时，所述比较器输出低电平，所述开关电路截止，所述电压输出电路的输出端与所述电源输出总线之间不导通。
进一步地，当所述第一电压大于所述第二电压时，所述比较器输出高电平，所述开关电路导通，所述电压输出电路的输出端与所述电源输出总线电连接。
进一步地，所述开关电路至少包括一场效应管，所述开关电路的第一引脚为所述场效应管的源极，所述开关电路的第二引脚为所述场效应管的漏极，所述开关电路的第三引脚为所述场效应管的栅极。
进一步地，所述防倒灌电路还包括升压电路，所述升压电路的输出端与所述开关电路的第三引脚相连以控制所述场效应管的栅极电压。
进一步地，所述升压电路的输出引脚与所述比较器的输出引脚之间还设置有分压电阻。
进一步地，所述电压输出电路的输出端与所述比较器的负电源引脚及所述升压电路的电源输入引脚相连，所述升压电路的输出引脚与所述比较器的正电源引脚相连。
进一步地，所述升压电路的电压输入引脚与电压输出引脚之间设置有稳压二极管。
进一步地，所述场效应管为N沟道结型场效应管或N沟道增强型场效应管，所述比较器的第一信号输入引脚为正向输入端，所述比较器的第二信号输入引脚为反向输入端。
一种电源冗余电路，包括多个并联的电压输出电路，其中一电压输出电路的输出端输出第一电压，所述电压输出电路的输出端通过如上所述任意一项所述的防倒灌电路电连接电源输出总线，所述电源输出总线输出第二电压。
进一步地，所述电源冗余电路还包括处理器，所述处理器与所述升压电路的控制引脚连接以调整所述升压电路输出引脚的输出电压。
本发明实施例提供的所述防倒灌电路有效避免了所述电源总线向所述电压输出电路灌电流，提高了所述电源冗余电路的稳定性与安全性。
附图说明
图1为电源冗余电路的功能模块图。
图2为如图1所示的防倒灌电路的一种实施方式示意图。
图3为如图2所示的开关电路的一种实施方式示意图。
图4为如图2所示的防倒灌电路的一种实施方式示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为电源冗余电路10的功能模块图。本发明提供的电源冗余电路10能够为应用电源冗余电路10的电路系统中的其他功能模块电路提供稳定的输出电压。
电源冗余电路10包括三个并联的电压输出电路200、300、400。电压输出电路200、300、400同为AC/DC或DC/DC电源电路。电压输出电路200、300、400的输入端201、301、401电连接至电源输入总线11，输入总线11用于为电压输出电路200、300、400提供供电电压Vbusin。可以理解的是，输入总线11可以与所述电路系统的输入电压接口的电源引脚相连。电压输出电路200、300、400的输出端202、302、402用于输出第一电压Vout，并电连接至输出总线12，以向所述电路系统中的其他功能模块电路提供稳定的第二电压Vbusout。当电压输出电路300、或电压输出电路300、400同时失效时，由于电压输出电路200仍然正常工作，整个电源冗余电路10的输出总线12输出的第二电压Vbusout并不会中断，这样很好的解决了电源系统的可靠性问题。可以理解的是，在电源冗余电路10的一种实施方式中，电压输出电路的数量不限于三个，所述电压输出电路的数量可以根据实际需要进行调整。
如图1所示，电压输出电路200的输出端202通过防倒灌电路100电连接电源输出总线12。具体地，防倒灌电路100的第一引脚101电连接电压输出电路200的输出端202，防倒灌电路100的第二引脚102电连接输出总线12。
当第一电压Vout小于第二电压Vbusout时，防倒灌电路100断开，电压输出电路200的输出端202与输出总线12之间不导通；当第一电压Vout大于第二电压Vbusout时，防倒灌电路100导通，电压输出电路200的输出端202与电源输出总线12电连接。防倒灌电路100有效避免了由于电压输出电路200导致的电流倒灌，提高了电源冗余电路10的稳定性与安全性。本实施方中，电压输出电路200、300、400分别通过防倒灌电路100电连接至输出总线12。在其他实施方式中，可以选择在部分电压输出电路与输出总线12之间设置防倒灌电路100。
请参阅图2，为如图1所示的防倒灌电路100的一种实施方式示意图。防倒灌电路100包括开关电路110、比较器120及升压电路130。其中，防倒灌电路100的第一引脚101电连接开关电路110的第一引脚111和比较器120的第一信号输入引脚121，防倒灌电路100的第二引脚102电连接开关电路的第二引脚112和比较器120的第二信号输入引脚122，比较器的输出引脚123电连接开关电路110的第三引脚113。
供电方面，电压输出电路200的输出端202与比较器120的负电源引脚125及升压电路130的电源输入引脚131相连，升压电路130的输出引脚132与比较器120的正电源引脚124相连。即比较器120输出的高电平即为输出引脚132提供的基准电压VG，比较器120输出的低电平为第一电压Vout。
升压电路130的输出引脚132与开关电路110的第三引脚113相连以提供基准电压VG。升压电路130的电源输入引脚131与电压输出引脚132之间设置有稳压二极管，以将基准电压VG与第一电压Vout之间的电压差稳定在预设值，本实施例中，基准电压VG大于第一电压Vout。
电源冗余电路10还包括处理器15，处理器15可以是DSP或单片机。比较器的输出引脚123与处理器15的第一引脚15a电连接，处理器15的第二引脚15b与升压电路130的控制引脚133连接，以根据输出引脚123的输出电平调整升压电路130输出引脚132的输出的基准电压VG。升压电路130的输出引脚132与比较器120的输出引脚123之间还设置有分压电阻。
当第一电压Vout小于第二电压Vbusout时，比较器120的输出引脚123向开关电路110的第三引脚113输出第一电压Vout，开关电路110截止，第一引脚111与第二引脚112断开连接，电压输出电路200的输出端202与电源输出总线12断开连接；
当第一电压Vout大于第二电压Vbusout时，比较器120的输出引脚123向开关电路110的第三引脚113输出基准电压VG，处理器15的第一引脚15a检测到输入的基准电压VG后，控制第二引脚15b向升压电路130输出控制信号，使得升压电路130的输出引脚132稳定输出基准电压VG，从而开关电路110导通，第一引脚111与第二引脚112电连接，电压输出电路200的输出端202与电源输出总线12电连接。
具体地，开关电路110至少包括场效应管Q1，开关电路110的第一引脚111为场效应管Q1的源极S，开关电路110的第二引脚112为场效应管Q1的漏极D，开关电路110的第三引脚113为场效应管Q1的栅极G。
本实施方式中，场效应管Q1为N沟道结型场效应管或N沟道增强型场效应管，比较器120的第一信号输入引脚121为正向输入端，比较器120的第二信号输入引脚122为反向输入端。
当场效应管Q1的栅极电压大于漏极电压时，比较器120的正向输入端的电压值大于反向输入端，比较器120的输出引脚123输出高电平；处理器15第二引脚15b输出控制信号，使得升压电路130输出引脚132输出能够使得场效应管Q1导通的栅极电压，当场效应管Q1的栅极G与源极S之间的电压差VGS大于场效应管Q1的开启电压时场效应管Q1导通，源极S与漏极D之间有电流流过，防倒灌电路100的第一引脚101与第二引脚102之间导通，一般地，源极S与漏极D之间产生较小压降。
本种实施方式中，如图2所示，处理器15的第二引脚15b为PWM模块的输出引脚，用于输出脉宽调制信号作为所述控制信号。处理器15可以通过调整所述脉宽调制信号的占空比来动态调整输出的基准电压VG，操作灵活方便，兼容性强。可以理解的是，处理器15可以根据升压电路130的控制方式选择输出信号的类型及输出引脚。在一种实施方式中，栅极G直接与一电源输出端连接，所述电源输出端用于为栅极G提供稳定的电压。
当场效应管Q1的源极电压小于漏极电压时，比较器120的正向输入端的电压值小于反向输入端，比较器120的输出引脚123输出第一电压Vout，同时，由于输出引脚123与栅极G电连接，使得场效应管Q1的源极电压与栅极电压相等，场效应管Q1截止，源极S与漏极D之间不导通，电压输出电路200的输出端202与电源输出总线12之间不导通。处理器15的第一引脚15a的输入电压为第一电压Vout时，第二引脚15b输出控制信号接近于0，升压电路130输出第一电压Vout。
本发明实施例提供的防倒灌电路100有效避免了输出总线12向电压输出电路200的灌电流，提高了电源冗余电路10的稳定性与安全性。
请参阅图3，为如图2所示的开关电路110的一种实施方式示意图。开关电路610设置两个相同类型的场效应管Q2、Q3，以为前级的电压输出电路扩流。本实施例中，场效应管Q2、Q3同为N沟道结型场效应管或N沟道增强型场效应管。场效应管Q2、Q3的相同引脚连接在一起，即场效应管Q2、Q3的源极S连接在一起，漏极D连接在一起，栅极G连接在一起。可以理解的是，开关电路610可以设置其他数量相同类型的场效应管并联。
请参阅图4，为如图2所示的防倒灌电路700的一种实施方式示意图。本实施方式中，电源冗余电路70中防倒灌电路700包括开关电路710、比较器720及降压电路730。其中，包括开关电路710场效应管Q4，场效应管Q4为P沟道结型场效应管或P沟道增强型场效应管，比较器720的第一信号输入引脚721为反向输入端，比较器720的第二信号输入引脚722为正向输入端。防倒灌电路700的第一引脚701与降压电路730的电源输入引脚731及比较器的正电源引脚724相连，降压电路730的输出引脚732与比较器的负电源引脚725相连。本实施例中，第一电压Vout大于降压电路730的输出引脚732输出的基准电压VG。防倒灌电路700的其他器件及连接方式与防倒灌电路100相同，不做赘述。
当场效应管Q4的源极电压大于漏极电压时，比较器720的反向输入端的电压值大于正向输入端，比较器720的输出引脚723输出基准电压VG；处理器75第二引脚75b输出控制信号，使得降压电路730输出引脚732输出能够使得场效应管Q4导通的基准电压VG，当场效应管Q4的栅极G与源极S之间的电压差VGS大于场效应管Q4的开启电压时场效应管Q4导通，源极S与漏极D之间有电流流过，电压输出电路900的输出端902与电源输出总线72电连接，一般地，源极S与漏极D之间产生较小压降。
当场效应管Q4的源极电压小于漏极电压时，比较器720的正向输入端的电压值大于反向输入端，比较器720的输出引脚723输出第一电压Vout，由于输出引脚723与栅极G电连接，使得场效应管Q4截止，源极S与漏极D之间不导通，电压输出电路900的输出端902与电源输出总线72之间不导通。
本实施例提供的防倒灌电路700有效避免了输出总线72向电压输出电路900的灌电流，提高了电源冗余电路70的稳定性与安全性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种防倒灌电路，应用于电源冗余电路，所述电源冗余电路包括多个并联的电压输出电路，其中一电压输出电路的输出端输出第一电压，其特征在于，所述电压输出电路的输出端通过所述防倒灌电路电连接电源输出总线，所述电源输出总线输出第二电压，所述防倒灌电路包括开关电路与比较器，其中，所述电压输出电路的输出端电连接所述开关电路的第一引脚和所述比较器的第一信号输入引脚，所述电源输出总线电连接所述开关电路的第二引脚和所述比较器的第二信号输入引脚，所述比较器的输出引脚电连接所述开关电路的第三引脚，
当所述第一电压小于所述第二电压时，所述比较器输出低电平，所述开关电路截止，所述电压输出电路的输出端与所述电源输出总线之间不导通。
2.如权利要求1所述的防倒灌电路，其特征在于，当所述第一电压大于所述第二电压时，所述比较器输出高电平，所述开关电路导通，所述电压输出电路的输出端与所述电源输出总线电连接。
3.如权利要求1或2任意一项所述的防倒灌电路，其特征在于，所述开关电路至少包括一场效应管，所述开关电路的第一引脚为所述场效应管的源极，所述开关电路的第二引脚为所述场效应管的漏极，所述开关电路的第三引脚为所述场效应管的栅极。
4.如权利要求3所述的防倒灌电路，其特征在于，所述防倒灌电路还包括升压电路，所述升压电路的输出端与所述开关电路的第三引脚相连以控制所述场效应管的栅极电压。
5.如权利要求4所述的防倒灌电路，其特征在于，所述升压电路的输出引脚与所述比较器的输出引脚之间还设置有分压电阻。
6.如权利要求4所述的防倒灌电路，其特征在于，所述电压输出电路的输出端与所述比较器的负电源引脚及所述升压电路的电源输入引脚相连，所述升压电路的输出引脚与所述比较器的正电源引脚相连。
7.如权利要求6所述的防倒灌电路，其特征在于，所述升压电路的电压输入引脚与电压输出引脚之间设置有稳压二极管。
8.如权利要求1所述的防倒灌电路，其特征在于，所述场效应管为N沟道结型场效应管或N沟道增强型场效应管，所述比较器的第一信号输入引脚为正向输入端，所述比较器的第二信号输入引脚为反向输入端。
9.一种电源冗余电路，包括多个并联的电压输出电路，其中一电压输出电路的输出端输出第一电压，其特征在于，所述电压输出电路的输出端通过如权利要求1-8任意一项所述的防倒灌电路电连接电源输出总线，所述电源输出总线输出第二电压。
10.如权利要求9所述的电源冗余电路，其特征在于，所述电源冗余电路还包括处理器，所述处理器与所述升压电路的控制引脚连接以调整所述升压电路输出引脚的输出电压。
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