CN109613968A - 带短路保护的电源冗余输出电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带短路保护的电源冗余输出电路，包括：电源冗余输出单元，所述电源冗余输出单元包括冗余控制芯片；保护单元，所述保护单元与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接。本发明的优点主要体现在以下几个方面：在传统冗余电路的基础上加入少许的器件，即可以有效地降低电源输出短路后功率MOSFET的损耗，减小MOSFET管V1失效的风险，提高电源的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电气控制领域，特别是一种带短路保护的电源冗余输出电路。
背景技术
在计算机或服务器电源系统中，为提高系统的可靠性，减少电源中功率器件的应力，通常采用N+m台电源并联冗余供电的方式。同时，为提高电源的功率密度，增强电源系统的稳定性，经常在电源设计中采用AC/DC或DC/DC模块加冗余电路的形式。AC/DC或DC/DC模块一般内置有短路保护的功能，常见为“打嗝”模式或恒流模式。冗余电路采用控制芯片加功率MOSFET的形式。在需要实现过压关机或远程开关机控制的电路中，功率MOSFET采用背靠背级联的方式。当电源的输出端发生短路时，经常会造成冗余电路中功率MOSFET因功耗过大而失效。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种提高电源的故障保护能力与可靠性的带短路保护的电源冗余输出电路。
为解决上述技术问题，本发明提供一种带短路保护的电源冗余输出电路，包括：电源冗余输出单元，所述电源冗余输出单元包括冗余控制芯片；保护单元，所述保护单元与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接；其中所述保护单元包括：保护电阻Ra，所述保护电阻Ra的一端与第一外接电源电连接；保护二极管D1，所述保护二极管D1的正极与所述保护电阻Ra的另一端电连接，所述保护二极管D1的负极与所述冗余控制芯片的 VCC引脚电连接；保护电阻Rb，所述保护电阻Rb的一端与第二外接电源电连接；保护二极管D2，所述保护二极管D2的正极与所述保护电阻Rb的另一端电连接，所述保护二极管D2的负极与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接。
优选地，所述保护单元还包括稳压二极管ZD，所述稳压二极管ZD的正极接地，所述稳压二极管ZD的负极与所述保护电阻Rb的另一端电连接。
优选地，所述电源冗余输出单元还包括：
转换模块，所述冗余控制芯片的VIN引脚与所述转换模块的第一接线端电连接，所述转换模块的第二接线端接地；
三极管Q，所述三极管Q的基极与PS_ON信号源连接，所述三极管Q的发射极接地；
电阻R1，所述电阻R1的一端与所述转换模块的第一接线端电连接，所述电阻R1 的另一端与所述三极管Q的基极电连接；
电阻R2，所述电阻R2的一端与所述转换模块的第一接线端电连接，所述电阻R2 的另一端与所述三极管Q的集电极电连接；
电阻R3，所述电阻R3的一端与所述转换模块的第一接线端电连接；
电阻R4，所述电阻R4的一端与所述电阻R3的另一端电连接，所述电阻R4的另一端接地；
MOSFET管V1，所述MOSFET管V1的栅极与所述冗余控制芯片的GATE引脚电连接，所述MOSFET管V1的漏极与所述转换模块的第一接线端电连接；
MOSFET管V2，所述MOSFET管V2的栅极与所述冗余控制芯片的GATE引脚电连接，所述MOSFET管V2的漏极与所述MOSFET管V1的源极电连接，所述MOSFET管V2的源极与所述冗余控制芯片的OUT引脚电连接；
所述冗余控制芯片的VCC引脚通过电容C2接地，所述冗余控制芯片的UV引脚与所述电阻R2的另一端及所述三极管Q的集电极电连接，所述冗余控制芯片的OV引脚与所述电阻R3的另一端及所述电阻R4的一端电连接，所述冗余控制芯片的REV引脚接地，所述冗余控制芯片的GND引脚接地，所述冗余控制芯片的source引脚与所述MOSFET管 V1的源极及所述MOSFET管V2的漏极电连接，所述冗余控制芯片的CPO引脚通过电容 C1与所述MOSFET管V1的源极及所述MOSFET管V2的漏极电连接。
优选地，所述转换模块为AC/DC模块或DC/DC模块。
优选地，所述稳压二极管ZD为5.1V稳压二极管。
优选地，所述冗余控制芯片的型号为LTC4352。
本发明的优点主要体现在以下几个方面：在传统冗余电路的基础上加入少许的器件，即可以有效地降低电源输出短路后功率MOSFET的损耗，减小MOSFET管V1 失效的风险，提高电源的可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明带短路保护的电源冗余输出电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改。
常用的计算机或服务器电源中，一般具有+12V/+5V/+3.3V三种电压需求，三路电压的结构形式基本相同，一般均采用AC/DC或DC/DC模块加冗余电路的结构形式，在需要过压关机或远程开关机控制的场合中，冗余电路的功率MOSFET采用背靠背级联的方式，其电路结构形式如图1所示。图1中，OV为冗余控制芯片(型号为LTC4352)的过压保护引脚，UV为欠压保护引脚，SOURCE为功率MOSFET的源极电压采样引脚，CPO为驱动 GATE快速充电引脚，VCC为控制芯片的供电电压引脚，REV为防止功率MOSFET电流倒灌引脚。当AC/DC或DC/DC模块的输出电压过压时，冗余控制芯片将功率MOSFET的驱动 GATE拉低，从而将模块的输出过压状态与电源输出端隔离开；电路中的PS_ON用来实现电源的远程开关机，PS_ON信号用来控制芯片的引脚UV的拉高与拉低，当PS_ON有效， UV拉高，电压输出，当PS_ON无效，UV拉低，电压不输出。常用的冗余控制芯片供电电压VCC由输入电压VIN转换而来，VCC具有一定的工作电压范围，当VCC电压低于其最低工作电压(VCCmin)时，芯片即关机，功率MOSFET随即关断。
当电源输出端发生短路时，AC/DC或DC/DC模块的电压迅速被拉低，原则上模块具有短路保护的功能，常见为“打嗝”模式或恒流模式，但当模块的输出电压低于VCC的工作电压(VCCmin)时，功率MOSFET即关断；MOSFET关断，模块的输出电压开始上升，当模块的输出电压高于VCC的最低工作电压时，MOSFET导通。因为在冗余电路中功率MOSFET处于快速开关的状态，随着短路状态的持续，以12V电压为例，将持续有很大的电流流经MOSFET管V1，V2，由于冗余控制芯片最低工作电压(VCCmin)的限制，AC/DC 或DC/DC模块的输出电压将在VCCmin附近与模块稳态输出电压(Vo)之间波动，V2自身体二极管具有箝位作用，V1上在承受较高电流的同时将承受较高的电压，V1最终将因功耗过大而烧坏。
本设计中所采用的电路结构在传统冗余电路的基础上加入一些器件，在实现过压保护、远程开关机、冗余控制的同时，可以有效地防止电源输出短路时背靠背级联MOSFET的损坏。
如图1所示，本发明带短路保护的电源冗余输出电路，包括：
电源冗余输出单元，电源冗余输出单元包括冗余控制芯片；
保护单元，保护单元与冗余控制芯片的VCC引脚电连接；其中
保护单元包括：
保护电阻Ra，保护电阻Ra的一端与第一外接电源电连接；
保护二极管D1，保护二极管D1的正极与保护电阻Ra的另一端电连接，保护二极管D1的负极与冗余控制芯片的VCC引脚电连接；
保护电阻Rb，保护电阻Rb的一端与第二外接电源电连接；
保护二极管D2，保护二极管D2的正极与保护电阻Rb的另一端电连接，保护二极管D2的负极与冗余控制芯片的VCC引脚电连接。
保护单元还包括稳压二极管ZD，稳压二极管ZD的正极接地，稳压二极管ZD的负极与保护电阻Rb的另一端电连接。
电源冗余输出单元还包括：
转换模块，冗余控制芯片的VIN引脚与转换模块的第一接线端电连接，转换模块的第二接线端接地；
三极管Q，三极管Q的基极与PS_ON信号源连接，三极管Q的发射极接地；
电阻R1，电阻R1的一端与转换模块的第一接线端电连接，电阻R1的另一端与三极管Q的基极电连接；
电阻R2，电阻R2的一端与转换模块的第一接线端电连接，电阻R2的另一端与三极管Q的集电极电连接；
电阻R3，电阻R3的一端与转换模块的第一接线端电连接；
电阻R4，电阻R4的一端与电阻R3的另一端电连接，电阻R4的另一端接地；
MOSFET管V1，MOSFET管V1的栅极与冗余控制芯片的GATE引脚电连接，MOSFET管 V1的漏极与转换模块的第一接线端电连接；
MOSFET管V2，MOSFET管V2的栅极与冗余控制芯片的GATE引脚电连接，MOSFET管 V2的漏极与MOSFET管V1的源极电连接，MOSFET管V2的源极与冗余控制芯片的OUT引脚电连接；
冗余控制芯片的VCC引脚通过电容C2接地，冗余控制芯片的UV引脚与电阻R2的另一端及三极管Q的集电极电连接，冗余控制芯片的OV引脚与电阻R3的另一端及电阻R4的一端电连接，冗余控制芯片的REV引脚接地，冗余控制芯片的GND引脚接地，冗余控制芯片的source引脚与MOSFET管V1的源极及MOSFET管V2的漏极电连接，冗余控制芯片的CPO引脚通过电容C1与MOSFET管V1的源极及MOSFET管V2的漏极电连接。
转换模块为AC/DC模块或DC/DC模块。
稳压二极管ZD为5.1V稳压二极管。
冗余控制芯片的型号为LTC4352。
其原理是在电源输出端发生短路时，通过一定的方式将冗余控制芯片继续处于工作的状态，使得功率MOSFET持续导通，降低MOSFET的损耗，从而达到既实现输出电路短路保护功能又确保MOSFET不会损坏的目的。图1中虚线框A、B、C内的器件即为添加的器件。虚线框A中电路以3.3V、5V电压作为输入，由电阻Ra、Rb，二极管D1、D2 组成，输出VCC电压给12V冗余控制芯片VCC引脚供电；虚线框B中电路以3.3V、12V 电压作为输入，由电阻Ra、Rb，二极管D1、D2，稳压管ZD组成，输出VCC电压给5V 冗余控制芯片VCC引脚供电；虚线框C中电路以5V、12V电压作为输入，由电阻Ra、Rb，二极管D1、D2，稳压管ZD组成，输出VCC电压给12V冗余控制芯片VCC引脚供电。在虚线框B、C中，由于冗余控制芯片的工作电压VCC一般低于12V，故12V电压通过5.1V 稳压管进行降压。
采用图1所示的电路后，将会有效地防止电源输出短路时功率MOSFET损坏的问题。当12V输出电压发生短路时，5V/3.3V电压通过虚线框A中的电路给12V冗余控制芯片 VCC进行供电，维持控制芯片的持续工作，MOSFET管V1，V2持续导通，12VAC/DC或DC/DC 模块由于输出端短路，持续工作于短路保护的状态；当5V输出电压发生短路时，12V/3.3V 电压通过虚线框B中的电路给5V冗余控制芯片VCC进行供电，维持控制芯片的持续工作，MOSFET管V1，V2持续导通，5VAC/DC或DC/DC模块由于输出端短路，持续工作于短路保护的状态；当3.3V输出电压发生短路时，12V/5V电压通过虚线框C中的电路给 3.3V冗余控制芯片VCC进行供电，维持控制芯片的持续工作，MOSFET管V1，V2持续导通，3.3VAC/DC或DC/DC模块由于输出端短路，持续工作于短路保护的状态。
由于AC/DC或DC/DC模块的输出短路保护一般为“打嗝”模式或恒流模式。“打嗝”模式即输出端短路时模块以一定的占空比周期性地开通与关断直到短路状态消失。恒流模式即输出端短路时模块以恒定的电流输出。采用图1所示的冗余电路结构后，当三路电压中其中一路发生短路后，冗余控制芯片将继续处于工作的状态，功率MOSFET持续导通，由于MOSFET的导通电阻很低，MOSFET的损耗将大为降低，从而避免其因功耗过大而损坏。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，包括：
电源冗余输出单元，所述电源冗余输出单元包括冗余控制芯片；
保护单元，所述保护单元与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接；其中
所述保护单元包括：
保护电阻Ra，所述保护电阻Ra的一端与第一外接电源电连接；
保护二极管D1，所述保护二极管D1的正极与所述保护电阻Ra的另一端电连接，所述保护二极管D1的负极与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接；
保护电阻Rb，所述保护电阻Rb的一端与第二外接电源电连接；
保护二极管D2，所述保护二极管D2的正极与所述保护电阻Rb的另一端电连接，所述保护二极管D2的负极与所述冗余控制芯片的VCC引脚电连接。
2.根据权利要求1所述的带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，所述保护单元还包括稳压二极管ZD，所述稳压二极管ZD的正极接地，所述稳压二极管ZD的负极与所述保护电阻Rb的另一端电连接。
3.根据权利要求1所述的带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，所述电源冗余输出单元还包括：
转换模块，所述冗余控制芯片的VIN引脚与所述转换模块的第一接线端电连接，所述转换模块的第二接线端接地；
三极管Q，所述三极管Q的基极与PS_ON信号源连接，所述三极管Q的发射极接地；
电阻R1，所述电阻R1的一端与所述转换模块的第一接线端电连接，所述电阻R1的另一端与所述三极管Q的基极电连接；
电阻R2，所述电阻R2的一端与所述转换模块的第一接线端电连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q的集电极电连接；
电阻R3，所述电阻R3的一端与所述转换模块的第一接线端电连接；
电阻R4，所述电阻R4的一端与所述电阻R3的另一端电连接，所述电阻R4的另一端接地；
MOSFET管V1，所述MOSFET管V1的栅极与所述冗余控制芯片的GATE引脚电连接，所述MOSFET管V1的漏极与所述转换模块的第一接线端电连接；
MOSFET管V2，所述MOSFET管V2的栅极与所述冗余控制芯片的GATE引脚电连接，所述MOSFET管V2的漏极与所述MOSFET管V1的源极电连接，所述MOSFET管V2的源极与所述冗余控制芯片的OUT引脚电连接；
所述冗余控制芯片的VCC引脚通过电容C2接地，所述冗余控制芯片的UV引脚与所述电阻R2的另一端及所述三极管Q的集电极电连接，所述冗余控制芯片的OV引脚与所述电阻R3的另一端及所述电阻R4的一端电连接，所述冗余控制芯片的REV引脚接地，所述冗余控制芯片的GND引脚接地，所述冗余控制芯片的source引脚与所述MOSFET管V1的源极及所述MOSFET管V2的漏极电连接，所述冗余控制芯片的CPO引脚通过电容C1与所述MOSFET管V1的源极及所述MOSFET管V2的漏极电连接。
4.根据权利要求3所述的带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，所述转换模块为AC/DC模块或DC/DC模块。
5.根据权利要求2所述的带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，所述稳压二极管ZD为5.1V稳压二极管。
6.根据权利要求1或3所述的带短路保护的电源冗余输出电路，其特征在于，所述冗余控制芯片的型号为LTC4352。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190412 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |