CN109301791A - 电源保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种电源保护电路，包括脉冲发生模块、阻抗检测模块以及时间屏蔽模块。脉冲发生模块用以产生脉冲信号以控制一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，用以检测电压信号的电压是否大于设定电压阈值，若是，则阻抗检测模块产生一时间检测信号；以及时间屏蔽模块与阻抗检测模块及开关管连接，用以判断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一导通信号以令开关管导通，若否，则时间屏蔽模块产生一关断信号以令开关管关断。

Description

电源保护电路
技术领域
本发明涉及电源保护电路，尤指一种防串扰的电源保护电路。
背景技术
在现有的电源系统中，其中一种常见的电源系统电路架构是将输入电压端子被安装在电源板的不同方位，对于这样的电路架构而言，当电源系统一端接入电网后，另一端悬空时会通过内部电路带电。这种状况将带来严重的问题，当用户在安装此架构的电源系统时如果没有辨别清楚是否已经切断电源，而使此架构的电源系统一端接入电网，悬空的另一端将带电且可能令接触到的用户触电。
现有技术中解决上述问题的主要方法有两种，其中之一是采用继电器开关实现插座与电源内部的物理隔离，但这样带来的负面影响是系统成本与体积的增大。另一种方法是在电源系统中加入保护电路，如图1所示，现有技术的保护电路1直接检测节点VBUS+的主通路电压，通过判断电压是否大于设定阈值来决定开启开关管M以解除保护功能或是维持开关管M为关断状态。然而，当电网有较大骚扰波动或者主电源系统切换而存在较大浪涌的情况下，节点VBUS+的主通路会耦合进一个窄脉宽的尖峰电压，致使现有技术的保护电路1发生误触发，造成误判，将本不应导通的开关管M开启了，这时候泄露电流会急剧增大，并超过安全范围，对用户造成触电的危险。
因此，如何能提供一种成本低，且可避免因为误判而对用户造成触电危险的电源保护电路，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，即在于提供一种成本低，且可避免因为误判而对用户造成触电危险的电源保护电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种电源保护电路，包括脉冲发生模块、阻抗检测模块以及时间屏蔽模块。脉冲发生模块用以产生脉冲信号以控制一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，用以检测电压信号的电压是否大于设定电压阈值，若是，则阻抗检测模块产生一时间检测信号；以及时间屏蔽模块与阻抗检测模块及开关管连接，用以判断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一导通信号以令开关管导通，若否，则时间屏蔽模块产生一关断信号以令开关管关断。
在一实施例中，电源保护电路还包括逻辑与驱动模块，与开关管连接，用以接收外部命令并依据外部命令控制开关管的导通或关断。
在一实施例中，电源保护电路还包括过压保护模块，与逻辑与驱动模块连接，用以判断一外部电压是否大于设定过压阈值，若是，则过压保护模块产生一过压保护命令以令逻辑与驱动模块关断开关管。
在一实施例中，电源保护电路还包括过流保护模块，与逻辑与驱动模块连接，用以判断流过开关管的平均电流是否大于设定过流阈值，若是，则过流保护模块产生一过流保护命令以令逻辑与驱动模块关断开关管。
在一实施例中，电源保护电路还包括过温保护模块，与逻辑与驱动模块连接，用以判断开关管的温度是否大于设定过温阈值，若是，则过温保护模块产生一过温保护命令以令逻辑与驱动模块关断开关管。
在一实施例中，脉冲发生模块包括逻辑闸。
在一实施例中，阻抗检测模块包括比较器、参考电压源以及反相器。
在一实施例中，时间屏蔽模块包括电流源、开关、电容以及反相器。
相较于现有技术，由于本发明的电源保护电路的阻抗检测模块并非直接与主通路串联，而是通过旁路进行检测，故能避开存在较大浪涌冲击的路径，并藉由时间屏蔽模块设定设定时间阈值，只有当时间检测信号的维持时间大于设定时间阈值时才会令开关管导通，解除保护状态，这能避免电源保护电路在串扰情况下发生误触发的问题。此外，本发明的电源保护电路还能附加过压保护模块、过流保护模块或过温保护模块，以进一步提高工作的可靠性。本发明的电源保护电路兼具集成度高、外围元器件简单、设计灵活及系统应用成本低等优点，充分克服了现有技术中所具有的问题。
附图说明
图1为现有技术的保护电路的架构示意图。
图2为本发明第一实施例的电源保护电路的架构示意图。
图3为本发明第二实施例的电源保护电路的架构示意图。
符号说明：
1 现有技术的保护电路
2 电源保护电路
20 脉冲发生模块
21 阻抗检测模块
22 时间屏蔽模块
23 逻辑与驱动模块
24 过压保护模块
25 过流保护模块
26 过温保护模块
M 开关管
VBUS+ 节点
VC、VCS 节点
VREF 参考电压源
GND 接地
NAND1 逻辑闸
NAND2 逻辑闸
N1、N2、N3 反相器
CC 电容
CMP 比较器
IU、ID 电流源
SU、SD 开关
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2，图2为本发明第一实施例的电源保护电路的架构示意图。如图所示，本发明的电源保护电路2包括脉冲发生模块20、阻抗检测模块21以及时间屏蔽模块22。
脉冲发生模块20用以产生脉冲信号以控制一开关管M的导通或关断，举例来说，当脉冲信号为高电平时，开关管M瞬间导通。其中，当脉冲信号令开关管M导通时，开关管M产生一电压信号，也就是节点VCS的电压。
阻抗检测模块21与脉冲发生模块20及开关管M连接，用以检测电压信号的电压VCS是否大于设定电压阈值，若是，则阻抗检测模块21产生一时间检测信号。阻抗检测模块21不直接与VBUS+到GND的主通路串联，而是检测属于旁路的电压信号VCS，故能避免主通路因存在较大浪涌的情况而造成的误触发。
时间屏蔽模块22与阻抗检测模块21及开关管M连接，用以判断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22产生一导通信号以令开关管M导通，若否，则时间屏蔽模块22产生一关断信号以令开关管M关断。
进一步来说，藉由时间屏蔽模块22可设定设定时间阈值T，若在时间屏蔽模块22设定的设定时间阈值T时间窗口内，VCS电压幅度大于设定电压阈值，则保护状态不解除或是维持开关管M关断状态；若在时间屏蔽模块22设定的设定时间阈值T时间窗口外，VCS电压幅度大于设定电压阈值，则开启开关管M以解除保护功能。
在一实施例中，电源保护电路2还可包括逻辑与驱动模块23，与开关管M连接，用以接收外部命令并依据外部命令控制开关管M的导通或关断。
在一实施例中，电源保护电路2还可包括过压保护模块24，与逻辑与驱动模块23连接，用以判断一外部电压是否大于设定过压阈值，若是，则过压保护模块24产生一过压保护命令以令逻辑与驱动模块23关断开关管M。举例来说，外部电压可以是VBUS+电压，过压保护模块24实现VBUS+电压的实时检测，在VBUS+电压长时间处于非正常的高电压状态时，产生一过压保护命令以令逻辑与驱动模块23关闭开关管M并重启，防止电源保护电路2发生永久性损坏。
在一实施例中，电源保护电路2还可包括过流保护模块25，与逻辑与驱动模块23连接，用以判断流过开关管M的平均电流是否大于设定过流阈值，若是，则过流保护模块25产生一过流保护命令以令逻辑与驱动模块23关断开关管M。同样的，过流保护模块25可防止电源保护电路2发生永久性损坏。
在一实施例中，电源保护电路2还可包括过温保护模块26，与逻辑与驱动模块23连接，用以判断开关管M的温度是否大于设定过温阈值，若是，则过温保护模块26产生一过温保护命令以令逻辑与驱动模块23关断开关管。过温保护模块26可防止电源保护电路2发生永久性损坏，此外，过温保护模块26还可引入温度保护迟滞，避免反复开启和关断。
请参阅图3，图3为本发明第二实施例的电源保护电路的架构示意图。如图所示，在一实施例中，脉冲发生模块20可包括逻辑闸NAND1、NAND2。
在一实施例中，阻抗检测模块21可包括比较器CMP、参考电压源VREF以及反相器N1、N2。
在一实施例中，时间屏蔽模块22可包括电流源IU、ID、开关SU、SD、电容CC以及反相器N3。
进一步来说，当脉冲发生模块20产生脉冲信号以控制开关管M导通，开关管M产生电压信号VCS，当VCS大于参考电压源VREF后，比较器CMP的输出翻高，但比较器CMP的输出翻高后并不能直接控制开关管M的栅极维持开启，而是要经过防串扰的识别，识别时间为设定时间阈值T：
比较器CMP的输出翻高后，开关SU开启，电流源IU对电容CC充电，当充电时间大于设定时间阈值T后，防串扰机制解除，得到真正的导通信号，维持开关管M开启。
对于由于VBUS+上因串扰引起的VCS电压，即使VCS电压大于VREF，由于串扰电压的时间不会超过设定时间阈值T时间，所以无法得到导通信号，有效的避免了电源保护电路2在串扰情况下发生误触发的问题。
综上所述，由于本发明的电源保护电路的阻抗检测模块并非直接与主通路串联，而是通过旁路进行检测，故能避开存在较大浪涌冲击的路径，并藉由时间屏蔽模块设定设定时间阈值，只有当时间检测信号的维持时间大于设定时间阈值时才会令开关管导通，解除保护状态，这能避免电源保护电路在串扰情况下发生误触发的问题。此外，本发明的电源保护电路还能附加过压保护模块、过流保护模块或过温保护模块，以进一步提高工作的可靠性。本发明的电源保护电路兼具集成度高、外围元器件简单、设计灵活及系统应用成本低等优点，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 (8)

1.一种电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路包括：
脉冲发生模块，用以产生脉冲信号以控制一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的电压是否大于设定电压阈值，若是，则所述阻抗检测模块产生一时间检测信号；以及
时间屏蔽模块，与所述阻抗检测模块及所述开关管连接，用以判断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一导通信号以令所述开关管导通，若否，则所述时间屏蔽模块产生一关断信号以令所述开关管关断。
2.如权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括逻辑与驱动模块，与所述开关管连接，用以接收外部命令并依据所述外部命令控制所述开关管的导通或关断。
3.如权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括过压保护模块，与所述逻辑与驱动模块连接，用以判断一外部电压是否大于设定过压阈值，若是，则所述过压保护模块产生一过压保护命令，以令所述逻辑与驱动模块关断所述开关管。
4.如权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括过流保护模块，与所述逻辑与驱动模块连接，用以判断流过所述开关管的平均电流是否大于设定过流阈值，若是，则所述过流保护模块产生一过流保护命令，以令所述逻辑与驱动模块关断所述开关管。
5.如权利要求2所述的电源保护电路，其特征在于，所述电源保护电路还包括过温保护模块，与所述逻辑与驱动模块连接，用以判断所述开关管的温度是否大于设定过温阈值，若是，则所述过温保护模块产生一过温保护命令，以令所述逻辑与驱动模块关断所述开关管。
6.如权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述脉冲发生模块包括逻辑闸。
7.如权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述阻抗检测模块包括比较器、参考电压源以及反相器。
8.如权利要求1所述的电源保护电路，其特征在于，所述时间屏蔽模块包括电流源、开关、电容以及反相器。
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