CN108649525A - 防串扰电源保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种防串扰电源保护电路，包括脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块、时间屏蔽模块以及启动调节模块。脉冲发生模块用以产生脉冲信号控制开关管的导通或关断，当开关管导通时产生一电压信号；阻抗检测模块用以检测电压信号，当电压大于设定电压阈值时产生时间检测信号；控制逻辑模块用以接收信号以控制开关管的导通或关断；时间屏蔽模块用以检测时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值，若是，则令开关管导通；若否，则令开关管关断；以及启动调节模块用以在设定启动时间内检测负载端是否接入正确；若是，则令开关管导通；若否，则令开关管关断及停止产生脉冲信号。
Description
技术领域
本发明涉及防串扰电源保护电路，尤指一种连接在电源及负载之间的防串扰电源保护电路。
背景技术
现有部分电源系统中，由于输入电压端子被安装在电源板的不同方位，即从不同方向进入电源内部电路，因此存在一端接入、一端悬空的情况。这种情况带来的问题是电源系统一头插入带电的插座后，另一头悬空时会通过内部电路带电,而使得悬空的一端造成触电的危险。
现有的解决方案是采用一种开关保护电路替代继电器开关的功能，但是现有的开关保护电路功能单一，且没有完善的保护功能避免保护电路在复杂的系统应用中发生误触发的现象，并且不能调节电源保护电路的启动时间，产生持续脉冲电流会对人体造成潜在的安全风险。
因此，如何提供一种能调节启动时间，且能避免误触发的防串扰电源保护电路，即为各家业者亟待解决的课题。
发明内容
鉴于现有技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种能调节启动时间，且能避免误触发的防串扰电源保护电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种防串扰电源保护电路，包括脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块、时间屏蔽模块以及启动调节模块，并具有负载端。
脉冲发生模块与一开关管连接，用以产生脉冲信号以控制开关管的导通或关断，其中，当脉冲信号令开关管导通时，开关管产生一电压信号；阻抗检测模块与脉冲发生模块及开关管连接，用以检测电压信号，当电压信号的电压大于设定电压阈值时，阻抗检测模块产生一时间检测信号；控制逻辑模块用以接收导通信号或关断信号以控制开关管的导通或关断；时间屏蔽模块与阻抗检测模块及控制逻辑模块连接，用以检测时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值，若是，则时间屏蔽模块产生第一导通信号至控制逻辑模块以令开关管导通；若否，则时间屏蔽模块产生第一关断信号至控制逻辑模块以令开关管关断；以及启动调节模块与控制逻辑模块连接，用以在设定启动时间内检测负载端是否接入正确；若是，则启动调节模块产生第二导通信号至控制逻辑模块以令开关管导通；若否，则启动调节模块产生第二关断信号至控制逻辑模块以令开关管关断及令脉冲发生模块停止产生脉冲信号。
在一实施例中，防串扰电源保护电路还包括过温保护模块，与控制逻辑模块连接，用以检测开关管的温度是否超过限定温度值，若是，则过温保护模块产生第三关断信号至控制逻辑模块以令开关管关断。
在一实施例中，防串扰电源保护电路还包括驱动模块，与控制逻辑模块及开关管连接，用以产生高压栅极控制信号控制开关管的开启与关断。
在一实施例中，防串扰电源保护电路还包括参考电压模块、电源保护模块以及过压检测模块。
在一实施例中，阻抗检测模块包括第一电压比较器以及第一参考电压。
在一实施例中，启动调节模块为内部启动调节模块，与脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块及时间屏蔽模块设置在同一芯片上。
在一实施例中，内部启动调节模块包括第一电阻、第一电容、第二参考电压以及第二电压比较器。
在一实施例中，启动调节模块为外部启动调节模块，设置在脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块及时间屏蔽模块所设置的芯片外。
在一实施例中，外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第二电容、开关控制管、电压钳位管以及放电二极管。
在一实施例中，外部启动调节模块包括第二电阻、第二电容、开关控制管、电压钳位管以及放电二极管。
在又一实施例中，外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第二电容、开关控制管以及放电二极管。
在另一实施例中，外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容、第三电压比较器、开关控制管以及放电二极管。
在一实施例中，外部启动调节模块还包括专用复位芯片，用以取代开关控制管。
在一实施例中，时间屏蔽模块包括第一基准电流源、第二基准电流源、第一开关、第二开关以及第三电容。
相较于现有技术，由于本发明的防串扰电源保护电路以阻抗检测模块采样开关管的电压信号并送出时间检测信号,时间屏蔽模块则检测时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值，若否，则令开关管关闭，因此可避免较大骚扰波动或浪涌而导致误触发；以及通过启动调节模块在设定启动时间内检测负载端是否接入正确，因此本发明的防串扰电源保护电路可以根据系统要求设定启动时间，若超过设定启动时间仍未解除保护，本发明的防串扰电源保护电路将维持保护并不再检测，降低产生持续脉冲电流对人体冲击的风险，充分克服了现有技术中所具有的问题。此外，启动调节模块还可视需求设计为具有更高集成度的内部启动调节模块或是具有更高调节空间的外部启动调节模块。
附图说明
图1为本发明一实施例的防串扰电源保护电路的架构示意图。
图2为本发明一实施例的具有内部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。
图3为本发明第一实施例的具有外部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。
图4为本发明第二实施例的具有外部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。
图5为本发明第三实施例的具有外部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。
图6为本发明第四实施例的具有外部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。
符号说明：
1 防串扰电源保护电路
1a 芯片
10 脉冲发生模块
11 阻抗检测模块
12 控制逻辑模块
13 时间屏蔽模块
14 启动调节模块
14a 内部启动调节模块
14b、14c 外部启动调节模块
14d、14e 外部启动调节模块
15 过温保护模块
16 驱动模块
17 参考电压模块
18 电源保护模块
19 过压检测模块
C1 第一电容
C2 第二电容
C3 第三电容
CMP1 第一电压比较器
CMP2 第二电压比较器
D1 放电二极管
DZ1 电压钳位管
L 负载端
M1 开关管
M2 开关控制管
RCS 电阻
R1 第一电阻
R2 第二电阻
R3 第三电阻
R4 第四电阻
S1 第一开关
S2 第二开关
VCC 高电位
VCS 电压信号
VREF1 第一参考电压
VREF2 第二参考电压
ICS 电流
I1 第一基准电流源
I2 第二基准电流源
GT.pulse 信号
SD.signal 信号
Trig.real 信号
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
请参阅图1，图1为本发明一实施例的防串扰电源保护电路的架构示意图。如图所示，本发明的防串扰电源保护电路1，包括脉冲发生模块10、阻抗检测模块11、控制逻辑模块12、时间屏蔽模块13以及启动调节模块14，并具有负载端L。
脉冲发生模块10与一开关管M1连接，用以产生脉冲信号以控制开关管M1的导通或关断，其中，当脉冲信号令开关管M1导通时，开关管M1产生一电压信号。
阻抗检测模块11与脉冲发生模块10及开关管M1连接，用以检测所述电压信号，当所述电压信号的电压大于设定电压阈值时，阻抗检测模块11产生一时间检测信号。在一实施例中，所述电压信号是开关管M1源级的电压VCS，阻抗检测模块11实时检测开关管M1源级的电压VCS，并以VCS电压幅度判断是否持续开启开关管M1以解除保护功能还是维持开关管M1关断状态。
控制逻辑模块12用以接收导通信号或关断信号以控制开关管M1的导通或关断。
时间屏蔽模块13与阻抗检测模块11及控制逻辑模块12连接，用以检测所述时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值T，若是，则时间屏蔽模块13产生第一导通信号至控制逻辑模块12以令开关管M1导通；若否，则时间屏蔽模块13产生第一关断信号至控制逻辑模块12以令开关管M1关断。
在电网有较大骚扰波动或者主电源系统切换、存在较大浪涌的情况下，输入电压会耦合进一个窄脉宽的尖峰电压，这将使现有技术的保护电路里的脉冲检测电路发生误触发，造成误判，将本不应导通的抗开关管M1开启，导致泄露电流急剧增大并超过安全范围，危及人体安全。
但本发明的防串扰电源保护电路1通过时间屏蔽模块13与阻抗检测模块11及控制逻辑模块12配合，检测时间检测信号的维持时间，窄脉宽的尖峰电压脉冲因为维持时间不足故时间屏蔽模块13不会产生第一导通信号，开关管M1也不会导通而导致泄露电流，因此可避免在串扰情况下发生误触发的问题。
启动调节模块14与控制逻辑模块12连接，用以在设定启动时间内检测负载端L是否接入正确；若是，则启动调节模块14产生第二导通信号至控制逻辑模块12以令开关管M1导通；若否，则启动调节模块14产生第二关断信号至控制逻辑模块12以令开关管M1关断及令脉冲发生模块10停止产生脉冲信号。
启动调节模块14可根据系统要求设定启动时间，若超过设定的启动时间后负载端L仍未接入正确，则令开关管M1关断不再继续进行阻抗检测动作，因此不会产生持续脉冲电流而对人体造成潜在的安全风险。
在一实施例中，防串扰电源保护电路1还可包括过温保护模块15，与控制逻辑模块12连接，用以检测开关管M1的温度是否超过限定温度值，若是，则过温保护模块15产生第三关断信号至控制逻辑模块12以令开关管M1关断。增加过温保护模块15可进一步确保电路安全，避免高温使开关管M1发生永久性损坏，同时还可引入温度保护迟滞，避免反复开启和关断。
在一实施例中，防串扰电源保护电路1还可包括驱动模块16，与控制逻辑模块12及开关管M1连接，用以产生高压栅极控制信号控制开关管M1的开启与关断。
在一实施例中，防串扰电源保护电路1还可包括参考电压模块17、电源保护模块18以及过压检测模块19，同样可进一步确保电路安全。
请参阅图2，图2为本发明一实施例的具有内部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。图2也包括其他模块的实施例细节。在一实施例中，阻抗检测模块11可包括第一电压比较器CMP1以及第一参考电压VREF1。第一电压比较器CMP1实时采样低阻抗的开关管M1流过的电流ICS，可实时输出VCS的真实信号。VCS的公式为：VCS＝ICS×RCS，其中，电阻RCS连接在开关管M1源极与地之间。
在一实施例中，阻抗检测模块11可包括第一电压比较器CMP1以及第一参考电压VREF1。阻抗检测模块11透过比较开关管M1源级电压与第一参考电压VREF1来判断是否产生时间检测信号。
在一实施例中，时间屏蔽模块13可包括第一基准电流源I1、第二基准电流源I2、第一开关S1、第二开关S2以及第三电容C3。
当脉冲信号GT.pulse控制开关管M1开启一个脉冲时间，开关管M1上的电流ICS流过电阻RCS产生VCS，当VCS超过第一参考电压VREF1后第一电压比较器CMP1翻高,第一电压比较器CMP1翻高后并不能直接控制开关管M1维持开启，而是要经过识别，识别时间也就是时间屏蔽模块13中设定的时间阈值T。
详细而言,第一电压比较器CMP1翻高后，第一开关S1开启，第一基准电流源I1对第三电容C3充电，当充电时间大于设定时间阈值T后，防串扰机制解除，得到真正的Trig.real信号，维持开关管M1开启。
对于由于开关管M1漏极的输入电压上因串扰引起的VCS电压，即使VCS电压超过第一参考电压VREF1，由于串扰电压的时间不会超过设定时间阈值T，所以无法得到Trig.real信号，有效的避免了在串扰情况下发生误触发的问题。
如图2所示，在一实施例中，启动调节模块14可为内部启动调节模块14a，与脉冲发生模块10、阻抗检测模块11、控制逻辑模块12及时间屏蔽模块13设置在同一芯片上，这样的设计具有更高的集成度。
在一实施例中，内部启动调节模块14a可包括第一电阻R1、第一电容C1、第二参考电压VREF2以及第二电压比较器CMP2。第一电阻R1与第一电容C1串联在VCC与地之间，第一电阻R1与第一电容C1的接点连接至第二电压比较器CMP2的正相输入端，以及第二参考电压VREF2连接至第二电压比较器CMP2的反相输入端。
在设定的启动时间内，部启动调节模块14a不参与开关管M1的控制，由信号GT.pulse控制开关管M1的开关，当超过启动时间后，信号SD.signal会关闭信号GT.pulse的控制。若Trig.real信号开启，开关管M1将维持关闭。
请同时参阅图3到6，图3到6分别为本发明第一到第四实施例的具有外部启动调节模块的防串扰电源保护电路的架构示意图。在一实施例中，启动调节模块14可为外部启动调节模块14b、14c、14d、14e，设置在脉冲发生模块10、阻抗检测模块11、控制逻辑模块12及时间屏蔽模块13所设置的芯片1a外，这样的设计具有更高的调节空间。
如图3所示，在第一实施例中，外部启动调节模块14b可包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、开关控制管M2、电压钳位管DZ1以及放电二极管D1。
在设定的启动时间内，开关控制管M2不会将芯片1a的信号关闭，当超过启动时间后，开关控制管M2导通，将芯片1a的信号关闭，防串扰电源保护电路1将不再开启开关管M1进行检测。电压钳位管DZ1用于保护开关控制管M2的栅极，放电二极管D1用于在输入AC电源关闭后将第二电容C2上的电压进行泄放。第三电阻R3同样用于在输入AC电源关闭后迅速把开关控制管M2的栅极拉低(此时开关控制管M2关闭)，避免输入AC电源再次开启的时候发生误触发时间调节机制的情况。
如图4所示，在第二实施例中，外部启动调节模块14c可包括第二电阻R2、第二电容C2、开关控制管M2、电压钳位管DZ1以及放电二极管D1。
在设定的启动时间内，开关控制管M2不会将芯片1a的信号关闭，当超过启动时间后，开关控制管M2导通，将芯片1a的信号关闭，防串扰电源保护电路1将不再开启开关管M1进行检测。放电二极管D1用于在系统关闭后将第二电容C2上的电压进行泄放。
如图5所示，在第三实施例中，外部启动调节模块14d可包括第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容C2、开关控制管M2以及放电二极管D1。
在设定的启动时间内，开关控制管M2不会将芯片1a的信号关闭，当超过启动时间后，开关控制管M2导通，将芯片1a的信号关闭，防串扰电源保护电路1将不再开启开关管M1进行检测。放电二极管D1用于在系统关闭后将第二电容C2上的电压进行泄放。与图3及图4中的实施例相比，图5中的外部启动调节模块14d可以省去电压钳位管DZ1，并且第二电容C2可以使用低耐压的电容。
如图6所示，在第四实施例中，外部启动调节模块14e可包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第三电压比较器CMP3、开关控制管M2以及放电二极管D1。
在一实施例中，外部启动调节模块14b、14c、14d、14e还可包括专用复位芯片，用以取代图3到图6中的开关控制管M2。
在设定的启动时间内，第三电压比较器CMP3输出为低，开关控制管M2不导通，不会将芯片1a的信号关闭，当超过启动时间后，第三电压比较器CMP3输出翻高，开关控制管M2导通，将芯片1a的信号关闭，防串扰电源保护电路1将不再开启开关管M1进行检测。放电二极管D1用于在系统关闭后将第二电容C2上的电压进行泄放。
综上所述，由于本发明的防串扰电源保护电路以阻抗检测模块采样开关管的电压信号并送出时间检测信号,时间屏蔽模块则检测时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值，若否，则令开关管关闭，因此可避免较大骚扰波动或浪涌而导致误触发；以及通过启动调节模块在设定启动时间内检测负载端是否接入正确，因此本发明的防串扰电源保护电路可以根据系统要求设定启动时间，若超过设定启动时间仍未解除保护，本发明的防串扰电源保护电路将维持保护并不再检测，降低产生持续脉冲电流对人体冲击的风险，充分克服了现有技术中所具有的问题。
藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求书所列。
Claims (14)
1.一种防串扰电源保护电路，具有负载端，其特征在于，所述防串扰电源保护电路包括：
脉冲发生模块，与一开关管连接，用以产生脉冲信号以控制所述开关管的导通或关断，其中，当所述脉冲信号令所述开关管导通时，所述开关管产生一电压信号；
阻抗检测模块，与所述脉冲发生模块及所述开关管连接，用以检测所述电压信号，当所述电压信号的电压大于设定电压阈值时，所述阻抗检测模块产生一时间检测信号；
控制逻辑模块，用以接收导通信号或关断信号以控制所述开关管的导通或关断；
时间屏蔽模块，与所述阻抗检测模块及所述控制逻辑模块连接，用以检测所述时间检测信号的维持时间是否大于设定时间阈值，若是，则所述时间屏蔽模块产生第一导通信号至所述控制逻辑模块以令所述开关管导通；若否，则所述时间屏蔽模块产生第一关断信号至所述控制逻辑模块以令所述开关管关断；以及
启动调节模块，与所述控制逻辑模块连接，用以在设定启动时间内检测所述负载端是否接入正确；若是，则所述启动调节模块产生第二导通信号至所述控制逻辑模块以令所述开关管导通；若否，则所述启动调节模块产生第二关断信号至所述控制逻辑模块以令所述开关管关断及令所述脉冲发生模块停止产生所述脉冲信号。
2.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述防串扰电源保护电路还包括过温保护模块，与所述控制逻辑模块连接，用以检测所述开关管的温度是否超过限定温度值，若是，则所述过温保护模块产生第三关断信号至所述控制逻辑模块以令所述开关管关断。
3.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述防串扰电源保护电路还包括驱动模块，与所述控制逻辑模块及所述开关管连接，用以产生高压栅极控制信号控制所述开关管的开启与关断。
4.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述防串扰电源保护电路还包括参考电压模块、电源保护模块以及过压检测模块。
5.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述阻抗检测模块包括第一电压比较器以及第一参考电压。
6.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述启动调节模块为内部启动调节模块，与所述脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块及时间屏蔽模块设置在同一芯片上。
7.如权利要求6所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述内部启动调节模块包括第一电阻、第一电容、第二参考电压以及第二电压比较器。
8.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述启动调节模块为外部启动调节模块，设置在所述脉冲发生模块、阻抗检测模块、控制逻辑模块及时间屏蔽模块所设置的芯片外。
9.如权利要求8所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第二电容、开关控制管、电压钳位管以及放电二极管。
10.如权利要求8所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述外部启动调节模块包括第二电阻、第二电容、开关控制管、电压钳位管以及放电二极管。
11.如权利要求8所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第二电容、开关控制管以及放电二极管。
12.如权利要求8所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述外部启动调节模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容、第三电压比较器、开关控制管以及放电二极管。
13.如权利要求9到12所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，所述外部启动调节模块还包括专用复位芯片，用以取代所述开关控制管。
14.如权利要求1所述的防串扰电源保护电路，其特征在于，时间屏蔽模块包括第一基准电流源、第二基准电流源、第一开关、第二开关以及第三电容。
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