CN107817453A - 一种监测电源系统稳定性的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子检测技术领域，更具体地说，公开了一种监测电源系统稳定性的方法与装置。其包括电源芯片、纹波取样电路、积分电路、比较电路、控制电路、触发电路。电源芯片为电路提供供电电压；纹波取样电路对供电电压信号进行持续取样；控制电路发出积分电路工作信号，积分电路接收纹波采样电路的输出信号进行积分，并比较积分电路的输出值与阈值电压之间的大小；控制电路发出积分电路停止信号，积分电路停止积分，并恢复积分电容两侧电压值；在阈值比较时，如果积分电路输出电压大于阈值电压，发出触发信号，并通知电源模块供电稳定性出现问题。本发明通过对电源芯片输出电压的纹波进行监控，来反映电源输出的稳定性，提供电源失效的预警。
Description
技术领域
本发明涉及电子检测技术领域，更具体地说，涉及一种监测电源系统稳定性的方法与装置。
背景技术
开关电源是电子设备正常工作的基础，是整个电子系统的心脏。一旦电源发生故障，会使得整个电子设备瘫痪，无法完成其应有功能，甚至造成巨大的经济损失和人员伤亡。随着信息化智能化进程的加快，电子信息系统在整个装备中的占比也不断增加，因此，对于开关电源稳定性与可靠性的要求也越来越高。然而，由于开源电源承受着系统中最大的电压和功率，往往是整个系统中最容易发生故障的部分，所以，对电源模块输出电压纹波进行监控，及早发现电源模块的潜在故障，对提高供电系统的可靠性具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种监测电源系统稳定性的方法与装置，以解决电源模块的潜在故障未被及时发现的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种监测电源系统稳定性的装置，它包括：
电源芯片，用于为整个系统供电；
纹波采样电路，用于从电源芯片的输出端采样纹波信号；
控制电路，用于控制整体模块的工作状态，控制积分电路工作；
积分电路，用于当控制电路控制输出为积分状态时，接收纹波采样电路的输出信号进行积分；
比较电路，用于接收积分电路信号，比较积分电路的输出值与阈值电压之间的大小；
触发电路，用于当比较电路释放触发信号时，接收触发信号，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题；
上述中所述电源芯片、纹波采样电路、积分电路、比较电路与触发电路依次连接，所述控制电路分别与积分电路，比较电路，触发电路连接。
进一步地，所述纹波采样电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一放大器OP1以及变压器T1；
所述第一电容C1与变压器T1左侧输入串联；
所述第二电容C2与变压器T1右侧输出串联，并接入第一放大器OP1的第一输入端；
所述第一电阻R1一端与第三电容C3串联，第一电阻R1另一端与第二电容C2连接；
所述第二电阻R2一端与第四电容C4串联，第二电阻R2另一端接入第一放大器OP1的第二输入端；
所述第三电阻R3一端与第一放大器OP1的第二输入端相连，另一端与第一放大器OP1输出端相连。
进一步地，所述积分电路包括积分控制开关K1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二放大器OP2以及第五电容C5；
所述控制开关K1一端与第四电阻R4一端连接，控制开关K1另一端接收输入信号；
所述第四电阻R4另一端分别与第二放大器OP2阴极与第六电阻R6一端以及第五电容C5一端连接；
所述第六电阻R6与第五电容C5与第二放大器OP2两两并联；
所述第五电阻R5与第二放大器OP2阳极连接，第五电阻R5另一端接地端。
一种采用上述的装置来监测电源系统稳定性的方法，所述监测电源系统稳定性的方法包括以下步骤：
(1)系统上电后，电源芯片开始为整个系统供电，系统处于初始状态；
(2)纹波采样电路从电源的输出端采样并放大纹波信号；
(3)在起始时刻，控制电路发出积分电路开始工作信号，积分电路对采样电路的输出电压进行积分；
(4)比较电路比较积分电压与阈值电压的大小；
(5)在测定时刻，控制电路发出积分电路停止工作信号，积分电路停止对采样电路输出电压信号积分，并将积分电压进行释放，使其恢复到初始积分电压；
(6)当比较电路释放触发信号时，触发电路工作，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题，发出故障信号，通知人员进行维护与更换。
进一步地，所述的步骤(6)之前具体步骤还包括：
(7)如果在起始时刻到测定时刻这段时间内，积分电压始终小于阈值电压，表明此时电路处于正常状态，如果在起始时刻到测定时刻这段时间内，积分电压始终大于阈值电压，表明此时电路已经处于初始退化状态，并通知系统电源模块进入初始退化阶段；
(8)电路工作模式进行切换，缩短积分周期，重复步骤(3)～(5)，进行纹波电压的监控；
(9)进行步骤(7)～(8)的输出结果判决，如果积分电压始终小于阈值电压，此时处于初始退化状态如果积分电压始终大于阈值电压，则表明电路退化增加，发出电源模块退化加剧信号，再次将积分周期进行缩短，重复执行步骤(3)～(5)的测量工作和步骤(7)～(8)的输出结果判决；
(10)随着电路退化的增加，积分间隔不断缩短，当积分间隔小于故障阈值时，发出电源模块即将发生故障信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)采用纹波信号作为电源芯片输出信号监控的目标，并利用积分电路来检测长时间内的纹波信号积分值，避免了短时间噪声对测量的影响，从而降低了系统的误警概率，提升系统的可靠性。
(2)电路采用可控周期检测的方式实现，能够有效的降低检测电路的系统功耗，避免对整个供电网络的影响。
(3)提出的方法结构简单，实现成本较低，能够有效提升电源系统的安全性。
附图说明
图1为本发明检测电路结构框图；
图2为纹波采样电路图；
图3为带控制信号的积分电路图；
图4为本实施例中的比较电路图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步描述：
参考图1是本发明检测电路结构框图，本发明提出了一种监测电源系统稳定性的方法与装置，它包括：
电源芯片，用于为整个系统供电，输出电信号，同时，电源芯片也是被测元件；
纹波采样电路，用于从电源芯片的输出端采样纹波信号，并进行放大；
控制电路，用于控制整体模块的工作状态，控制积分电路工作；
积分电路，用于当控制电路控制输出为积分状态时，接收纹波采样电路的输出信号进行积分；
比较电路，用于接收积分电路信号，比较积分电路的输出值与阈值电压之间的大小；
触发电路，用于当比较电路释放触发信号时，接收触发信号，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题；
上述中所述电源芯片、纹波采样电路、积分电路、比较电路与触发电路依次连接，所述控制电路分别与积分电路，比较电路，触发电路连接。
参考图2为纹波取样电路图，在本实施例中，作为优选，所述纹波采样电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一放大器OP1以及变压器T1；
所述第一电容C1与变压器T1左侧输入串联；
所述第二电容C2与变压器T1右侧输出串联，并接入第一放大器OP1的第一输入端；
所述第一电阻R1一端与第三电容C3串联，第一电阻R1另一端与第二电容C2连接；
所述第二电阻R2一端与第四电容C4串联，第二电阻R2另一端接入第一放大器OP1的第二输入端；
所述第三电阻R3一端与第一放大器OP1的第二输入端相连，另一端与第一放大器OP1输出端相连。
进一步地，如图3是本实施例中的积分电路图，它包括积分控制开关K1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二放大器OP2以及第五电容C5；
所述控制开关K1一端与第四电阻R4一端连接，控制开关K1另一端接收输入信号；
所述第四电阻R4另一端分别与第二放大器OP2阴极与第六电阻R6一端以及第五电容C5一端连接；
所述第六电阻R6与第五电容C5与第二放大器OP2两两并联；
所述第五电阻R5与第二放大器OP2阳极连接，第五电阻R5另一端接地端。
参考图1中的检测电路结构框图，本发明还提供了应用于上述装置进行监测电源系统稳定性的方法，所述监测电源系统稳定性的方法包括以下步骤：
在本实施例中，设t0为起始时刻，T0，T1，T2(T0<T1<T2)为设置的周期。
(1)系统上电后，电源芯片开始为整个系统供电，系统处于初始状态。此时，积分电路输出保持在初始电平状态；
(2)纹波采样电路从电源的输出端采样纹波信号，并隔离直流信号，去除电源输出的直流信号，并将纹波信号平移、放大，检测更加准确；
(3)在t0时刻，控制电路发出积分电路开始工作信号，积分电路对采样电路的输出电压进行积分，此时积分电路输出的积分电压开始升高；
(4)比较电路实时比较积分电压与阈值电压的大小，参考图4为比较电路图，本实施例中，比较电路采用一个电压比较器实现，其输入信号分别为前级积分电路输出信号和预先设定的阈值信号；
(5)在t0+T0时刻，控制电路发出积分电路停止工作信号，积分电路停止对采样电路输出电压信号积分，并将积分电压进行释放，使其恢复到初始积分电压；
(6)当比较电路释放触发信号时，触发电路工作，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题，发出故障信号，通知人员进行维修或更换。
进一步地，所述的步骤(6)之前具体步骤还包括：
(7)如果在t0到t0+T0这段时间内，积分电压始终小于阈值电压，则表明该电源芯片的输出电压纹波积分小于设定的监控阈值，此时电路处于正常状态；
(8)如果在t0到t0+T0这段时间内，积分电压大于阈值电压，则表明该电源芯片的输出电压纹波大于设定的监控阈值，此时电路已经处于初始退化状态，并通知系统电源模块进入初始退化阶段。此时电路工作模式进行切换，缩短积分间隔T0到积分间隔T1，重复步骤(3)～(5)，进行纹波电压的监控；
(9)进行步骤(7)～(8)的输出结果判决，如果积分电压始终小于阈值电压，则表明该电源芯片的输出电压纹波小于设定的监控阈值(对应于积分间隔T1)，此时处于初始退化状态。如果积分电压始终大于阈值电压，则表明电路退化增加，发出电源模块退化加剧信号，再次将积分间隔进行缩短，积分间隔T1到积分间隔T2。重复执行步骤(3)～(5)的测量工作和步骤(7)～(8)的输出结果判决；
(10)随着电路退化的增加，积分间隔不断缩短，从T0、T1、T2到Tn。当积分周期Tn小于预设的故障阈值Tfail时，发出电源模块即将发生故障信号。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，例如改变电路中的纹波检测电路，采用光耦隔离的方式对纹波进行采样，同样可以实现电路的相关功能。都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种监测电源系统稳定性的装置，其特征在于，它包括：
电源芯片，用于为整个系统供电；
纹波采样电路，用于从电源芯片的输出端采样纹波信号；
控制电路，用于控制整体模块的工作状态，控制积分电路工作；
积分电路，用于当控制电路控制输出为积分状态时，接收纹波采样电路的输出信号进行积分；
比较电路，用于接收积分电路信号，比较积分电路的输出值与阈值电压之间的大小；
触发电路，用于当比较电路释放触发信号时，接收触发信号，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题；
上述中所述电源芯片、纹波采样电路、积分电路、比较电路与触发电路依次连接，所述控制电路分别与积分电路，比较电路，触发电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种监测电源系统稳定性的装置，其特征在于，所述纹波采样电路包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一放大器(OP1)以及变压器(T1)；
所述第一电容(C1)与变压器(T1)左侧输入串联；
所述第二电容(C2)与变压器(T1)右侧输出串联，并接入第一放大器(OP1)的第一输入端；
所述第一电阻(R1)一端与第三电容(C3)串联，第一电阻(R1)另一端与第二电容(C2)连接；
所述第二电阻(R2)一端与第四电容(C4)串联，第二电阻(R2)另一端接入第一放大器(OP1)的第二输入端；
所述第三电阻(R3)一端与第一放大器(OP1)的第二输入端相连，另一端与第一放大器(OP1)输出端相连。
3.根据权利要求1所述的一种监测电源系统稳定性的装置，其特征在于，所述积分电路包括积分控制开关(K1)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第二放大器(OP2)以及第五电容(C5)；
所述控制开关(K1)一端与第四电阻(R4)一端连接，控制开关(K1)另一端接收输入信号；
所述第四电阻(R4)另一端分别与第二放大器(OP2)阴极与第六电阻(R6)一端以及第五电容(C5)一端连接；
所述第六电阻(R6)与第五电容(C5)与第二放大器(OP2)两两并联；
所述第五电阻(R5)与第二放大器(OP2)阳极连接，第五电阻(R5)另一端接地端。
4.一种采用权利要求1至3任一项中所述的装置来监测电源系统稳定性的方法，其特征在于，所述监测电源系统稳定性的方法包括以下步骤：
(1)系统上电后，电源芯片开始为整个系统供电，系统处于初始状态；
(2)纹波采样电路从电源的输出端采样并放大纹波信号；
(3)在起始时刻，控制电路发出积分电路开始工作信号，积分电路对采样电路的输出电压进行积分；
(4)比较电路比较积分电压与阈值电压的大小；
(5)在测定时刻，控制电路发出积分电路停止工作信号，积分电路停止对采样电路输出电压信号积分，并将积分电压进行释放，使其恢复到初始积分电压；
(6)当比较电路释放触发信号时，触发电路工作，并通知系统电源模块供电稳定性出现问题，发出故障信号，通知人员进行维护与更换。
5.根据权利要求4所述的一种监测电源系统稳定性的方法，其特征在于，所述的步骤(6)之前具体步骤还包括：
(7)如果在起始时刻到测定时刻这段时间内，积分电压始终小于阈值电压，表明此时电路处于正常状态，如果在起始时刻到测定时刻这段时间内，积分电压始终大于阈值电压，表明此时电路已经处于初始退化状态，并通知系统电源模块进入初始退化阶段；
(8)电路工作模式进行切换，缩短积分周期，重复步骤(3)～(5)，进行纹波电压的监控；
(9)进行步骤(7)～(8)的输出结果判决，如果积分电压始终小于阈值电压，此时处于初始退化状态如果积分电压始终大于阈值电压，则表明电路退化增加，发出电源模块退化加剧信号，再次将积分周期进行缩短，重复执行步骤(3)～(5)的测量工作和步骤(7)～(8)的输出结果判决；
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Address after: 510000 Guangdong Guangzhou city Guangzhou high tech Industrial Development Zone Science City Yushu Industrial Park, Yushu Industrial Park, No. 2, house J, No. 103 Applicant after: GUANGDONG KEJIAN DETECTION ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD. Applicant after: China Science (Shenzhen) Technology Service Co.,Ltd. Address before: 510000 Guangdong Guangzhou city Guangzhou high tech Industrial Development Zone Science City Yushu Industrial Park, Yushu Industrial Park, No. 2, house J, No. 103 Applicant before: GUANGDONG KEJIAN DETECTION ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD. Applicant before: SHENZHEN YUNMAI INTELLIGENT TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20230428 Address after: 510663 room 103, building J, 2 Jingye Third Street, Yushu Industrial Park, Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee after: GUANGDONG KEJIAN DETECTION ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 510000 room 103, building J, 2 Jingye Third Street, Yushu Industrial Park, Science City, Guangzhou high tech Industrial Development Zone, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: GUANGDONG KEJIAN DETECTION ENGINEERING TECHNOLOGY CO.,LTD. Patentee before: China Science (Shenzhen) Technology Service Co.,Ltd. |