CN110927611A - 一种自动报障电源、系统及故障检测方法 - Google Patents

一种自动报障电源、系统及故障检测方法 Download PDF

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陈镜波
钟丽
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Abstract

本发明公开了一种自动报障电源、系统及故障检测方法，通过输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块对开关电源的元器件的参数进行检测，并判断电气元件的参数是否在正常范围内，从而得出开关电源是否出现故障以及故障的类型，通过定位信息获取故障开关电源的位置，以达到故障快速处理，甚至提前预警的效果，提高用户体验；通过对开关电源各项参数进行分析管理，对于不良故障高发的位置会提出预警，以便采取针对性措施；通过对开关电源各项参数进行分析管理，得出开关电源的使用规律，便于后续的维护和管理。

Description

一种自动报障电源、系统及故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种电源，尤其涉及的是一种自动保障电源、系统及故障检测方法。
背景技术
开关电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，其功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%—30%，故目前它已成为稳压电源的主流产品，尤其在商场、展示陈列道具、酒店、医院中应用广泛。在目前使用过程中，如果开关电源出现故障，定位开关电源的位置是比较容易的，但一般不能马上定位到故障原因，导致影响用户的使用体验。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动报障电源、系统及故障检测方法，旨在解决现有的开关电源出现故障，不能马上定位到故障原因，影响用户使用体验的问题。
本发明的技术方案如下：一种自动报障电源，其中，包括开关电源、集成在开关电源上的检测电路，所述检测电路包括自动检测开关电源的输入电压波动是否在设计允许范围内的输入电压波动检测模块、用于检测开关电源内部元器件应力是否在正常范围内的元器件应力检测模块、用于检测开关电源内部元件器的电压波动是否在正常范围内的内部电压波动检测模块、用于检测开关电源内部元件器的工作温度是否在正常范围内的温度检测模块、用于检测开关电源的输出参数是否在正常范围内的输出参数检测模块和反馈驱动模块，所述输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块均与反馈驱动模块电连接，由反馈驱动模块将检测信息输出。
所述的自动报障电源，其中，所述输入电压波动检测模块包括线性比较器，所述线性比较器外接输入电压，线性比较器与反馈驱动模块连接，线性比较器与第二基准电压连接，线性比较器将输入电压与第二基准电压进行比较并反馈信息至反馈驱动模块。
所述的自动报障电源，其中，所述元器件应力检测模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和AND gate，所述第一运算放大器的输出端和AND gate连接，第二运算放大器的输出端和AND gate连接，AND gate与反馈驱动模块连接，所述第一运算放大器的反相输入端接入元器件的供电电压，第一运算放大器正向输入端和第二运算放大器正向输入端分别连接第一基准电压，第二运算放大器反相输入端连接第一输出控制端。
所述的自动报障电源，其中，所述内部电压波动检测模块包括第三运算放大器和NOR gate，所述第三运算放大器的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块连接，第三运算放大器的正相输入端与第三端基准电压连接，第三运算放大器的反相输入端连接反馈信号。
所述的自动报障电源，其中，所述温度检测模块包括第四运算放大器、定电圧模块和NOR gate，所述第四运算放大器的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块连接，第四运算放大器的反相输入端连接监控取样电压，第四运算放大器的正相输入端与定电圧模块连接，定电圧模块与稳压电压输出端连接。
所述的自动报障电源，其中，所述输出参数检测模块包括同步RS触发器和时间比较器，所述同步RS触发器的Q端和非Q端均与反馈驱动模块连接，同步RS触发器的S端与时间比较器连接，同步RS触发器的R端与第二输出控制端连接，时间比较器与GATE连接。
所述的自动报障电源，其中，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的定位模块，定位模块实时获取开关电源的位置信息。
所述的自动报障电源，其中，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的通讯模块，所述通讯模块与反馈驱动模块连接，所述通讯模块与外部通讯连接。
一种自动报障电源系统，其中，包括多个如上述任一所述的自动报障电源、用于分析管理自动报障电源的各项检测信息的自动报障电源管理模块和后台控制器，所述自动报障电源与后台控制器连接，后台控制器与自动报障电源管理模块连接。
一种自动报障电源的故障检测方法，其中，具体包括以下步骤：
步骤S1：通过输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块检测开关电源的各项参数是否在正常范围内；
步骤S2：对检测到的各项参数进行分析处理，得出开关电源是否出现故障以及故障的类型。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种自动报障电源、系统及故障检测方法，通过输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块对开关电源的元器件的参数进行检测，并判断电气元件的参数是否在正常范围内，从而得出开关电源是否出现故障以及故障的类型，通过定位信息获取故障开关电源的位置，以达到故障快速处理，甚至提前预警的效果，提高用户体验；通过对开关电源各项参数进行分析管理，对于不良故障高发的位置会提出预警，以便采取针对性措施；通过对开关电源各项参数进行分析管理，得出开关电源的使用规律，便于后续的维护和管理。
附图说明
图1是本发明中自动报障电源的连接示意图。
图2是本发明中自动报障电源系统的模块连接图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种自动报障电源，包括开关电源、集成在开关电源上的检测电路，所述检测电路包括自动检测开关电源的输入电压波动是否在设计允许范围内的输入电压波动检测模块100、用于检测开关电源内部元器件应力是否在正常范围内的元器件应力检测模块200、用于检测开关电源内部元件器的电压波动是否在正常范围内的内部电压波动检测模块300、用于检测开关电源内部元件器的工作温度是否在正常范围内的温度检测模块400、用于检测开关电源的输出参数是否在正常范围内的输出参数检测模块500和反馈驱动模块600，所述输入电压波动检测模块100、元器件应力检测模块200、内部电压波动检测模块300、温度检测模块400和输出参数检测模块500均与反馈驱动模块600电连接，由反馈驱动模块600将检测信息输出。
在某些具体实施例中，所述输入电压波动检测模块100包括线性比较器101，所述线性比较器101外接输入电压，线性比较器101与反馈驱动模块600连接，线性比较器101与第二基准电压
Figure DEST_PATH_IMAGE001
连接，线性比较器101将输入电压与第二基准电压
Figure 868298DEST_PATH_IMAGE001
进行比较并反馈信息至反馈驱动模块600。
进一步地，所述输入电压波动检测模块100还包括电容C，所述电容C连接输入电压和线性比较器101，所述电容C用于抗干扰，平滑外部信号，防止高频自激震荡。
在某些具体实施例中，所述元器件应力检测模块200包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和AND gate（与门），所述第一运算放大器A1的输出端和AND gate连接，第二运算放大器A2的输出端和AND gate连接，AND gate与反馈驱动模块600连接，所述第一运算放大器A1的反相输入端接入元器件的供电电压
Figure 254280DEST_PATH_IMAGE002
，第一运算放大器A1正向输入端和第二运算放大器A2正向输入端分别连接第一基准电压
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，第二运算放大器A2反相输入端连接第一输出控制端EN1。
在某些具体实施例中，所述内部电压波动检测模块300包括第三运算放大器A3和NOR gate（或非门），所述第三运算放大器A3的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块600连接，第三运算放大器A3的正相输入端与第三端基准电压
Figure 440542DEST_PATH_IMAGE004
连接，第三运算放大器A3的反相输入端连接反馈信号。
在某些具体实施例中，所述温度检测模块400包括第四运算放大器A4、定电圧模块401和NOR gate（或非门），所述第四运算放大器A4的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块600连接，第四运算放大器A4的反相输入端连接监控取样电压
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，第四运算放大器A4的正相输入端与定电圧模块401连接，定电圧模块401与稳压电压输出端连接。
在某些具体实施例中，所述输出参数检测模块500包括同步RS触发器501和时间比较器502，所述同步RS触发器501的Q端和非Q端均与反馈驱动模块600连接，同步RS触发器501的S端与时间比较器502连接，同步RS触发器501的R端与第二输出控制端EN2连接，时间比较器502与GATE（门）连接。其中，时间比较器502中的
Figure 39013DEST_PATH_IMAGE006
表示最大导通时间，时间比较器502中的
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示断开时间。
在某些具体实施例中，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的定位模块，定位模块实时获取开关电源的位置信息。
在某些具体实施例中，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的通讯模块，所述通讯模块与反馈驱动模块600连接，所述通讯模块与外部通讯连接。通过通讯模块与移动终端（如手机，PAD）连接，将检测信息和自动报障电源的位置信息发送至移动终端，以作警报提醒。
如图2所示，一种自动报障电源系统，包括多个如上述所述的自动报障电源S100、用于分析管理自动报障电源S100的各项检测信息的自动报障电源管理模块S200和后台控制器S300，所述自动报障电源S100与后台控制器S300连接，后台控制器S300与自动报障电源管理模块S200连接。通过接收多个自动报障电源S100反馈的各项检测信息，自动报障电源管理模块S200对这些检测信息进行分析处理，根据故障异常数据的汇总分析，对于不良故障高发的位置会提出预警，以便采取针对性措施，如：更换电源类型或是安装方式等；通过对检测信息的分析处理，可以得出开关电源的使用规律，如哪些位置是开关电源的故障高发位置，需要增加电源的供应，哪些位置开关电源的故障率角度，可以减少电源的供应，等，便于后期的维护和管理。
一种自动报障电源的故障检测方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：通过输入电压波动检测模块100、元器件应力检测模块200、内部电压波动检测模块300、温度检测模块400和输出参数检测模块500检测开关电源的各项参数是否在正常范围内；
步骤S2：对检测到的各项参数进行分析处理，得出开关电源是否出现故障以及故障的类型。
现列举以下常见的几种开关电源故障的检测进行说明：
实施例1
当开关电源的故障表现为：开关电源无输出，且保险管正常时，通过内部电压波动检测模块300实现检测，检测方法如下：这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。首先要测量开关电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电，若开关电源控制芯片正常，则经上述检查可以迅速查到故障；若开关电源控制芯片的启动脚有启动电压，则测量开关电源控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变，若无跳变，说明开关电源控制芯片已经损坏或外围振荡电路元件有问题或保护电路有问题，可先更换开关电源控制芯片，再检查外围元件和保护电路；若有跳变，一般为开关管接触不良或损坏。通过内部电压波动检测模块300检测上述各电气元件的各种参数是否在正常范围内，以确定故障的类型。
实施例2
当开关电源的故障表现为：保险烧坏或烧炸，则通过输入电压波动检测实现输入电压波动检测模块100实现检测，检测方法如下：主要检查300V上的大滤波电容、整流桥中各二极管及开关管等电气元件，抗干扰电路出问题也会导致保险烧坏、发黑。需要注意的是：因开关管击穿导致保险烧坏一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏；负温度系数热敏电阻也容易和保险一起被烧坏。通过输入电压波动检测模块100检测上述各电气元件的各种参数是否在正常范围内，以确定故障的类型。
实施例3
当开关电源的故障表现为：开关电源有输出电压，但输出电压过高，则通过元器件应力检测模块200实现检测，检测方法如下：这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路；在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路，任何一处出问题就会导致输出电压升高。通过元器件应力检测模块200检测上述各电气元件的各种参数是否在正常范围内，以确定故障的类型。
实施例4
当开关电源的故障表现为：开关电源输出电压过低， 则通过元器件应力检测模块200实现检测，检测方法如下：a. 除稳压控制电路会引起输出电压过低。b. 输出电压端整流二极管、滤波电容失效等会引起输出电压过低。c. 开关管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能力下降，引起输出电压过低。通过元器件应力检测模块200检测上述各电气元件的各种参数是否在正常范围内，以确定故障的类型。
本技术方案通过输入电压波动检测模块100、元器件应力检测模块200、内部电压波动检测模块300、温度检测模块400和输出参数检测模块500对开关电源的元器件的参数进行检测，并判断电气元件的参数是否在正常范围内，从而得出开关电源是否出现故障以及故障的类型，以达到故障快速处理，甚至提前预警的效果，提高用户体验。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动报障电源，其特征在于，包括开关电源、集成在开关电源上的检测电路，所述检测电路包括自动检测开关电源的输入电压波动是否在设计允许范围内的输入电压波动检测模块、用于检测开关电源内部元器件应力是否在正常范围内的元器件应力检测模块、用于检测开关电源内部元件器的电压波动是否在正常范围内的内部电压波动检测模块、用于检测开关电源内部元件器的工作温度是否在正常范围内的温度检测模块、用于检测开关电源的输出参数是否在正常范围内的输出参数检测模块和反馈驱动模块，所述输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块均与反馈驱动模块电连接，由反馈驱动模块将检测信息输出。
2.根据权利要求1所述的自动报障电源，其特征在于，所述输入电压波动检测模块包括线性比较器，所述线性比较器外接输入电压，线性比较器与反馈驱动模块连接，线性比较器与第二基准电压连接，线性比较器将输入电压与第二基准电压进行比较并反馈信息至反馈驱动模块。
3.根据权利要求1所述的自动报障电源，其特征在于，所述元器件应力检测模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和AND gate，所述第一运算放大器的输出端和AND gate连接，第二运算放大器的输出端和AND gate连接，AND gate与反馈驱动模块连接，所述第一运算放大器的反相输入端接入元器件的供电电压，第一运算放大器正向输入端和第二运算放大器正向输入端分别连接第一基准电压，第二运算放大器反相输入端连接第一输出控制端。
4.根据权利要求1所述的自动报障电源，其特征在于，所述内部电压波动检测模块包括第三运算放大器和NOR gate，所述第三运算放大器的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块连接，第三运算放大器的正相输入端与第三端基准电压连接，第三运算放大器的反相输入端连接反馈信号。
5.根据权利要求1所述的自动报障电源，其特征在于，所述温度检测模块包括第四运算放大器、定电圧模块和NOR gate，所述第四运算放大器的输出端与NOR gate连接，NOR gate与反馈驱动模块连接，第四运算放大器的反相输入端连接监控取样电压，第四运算放大器的正相输入端与定电圧模块连接，定电圧模块与稳压电压输出端连接。
6.根据权利要求1所述的自动报障电源，其特征在于，所述输出参数检测模块包括同步RS触发器和时间比较器，所述同步RS触发器的Q端和非Q端均与反馈驱动模块连接，同步RS触发器的S端与时间比较器连接，同步RS触发器的R端与第二输出控制端连接，时间比较器与GATE连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的自动报障电源，其特征在于，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的定位模块，定位模块实时获取开关电源的位置信息。
8.根据权利要求1-6任一项所述的自动报障电源，其特征在于，所述自动报障电源还包括集成在开关电源上的通讯模块，所述通讯模块与反馈驱动模块连接，所述通讯模块与外部通讯连接。
9.一种自动报障电源系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一所述的自动报障电源、用于分析管理自动报障电源的各项检测信息的自动报障电源管理模块和后台控制器，所述自动报障电源与后台控制器连接，后台控制器与自动报障电源管理模块连接。
10.一种自动报障电源的故障检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1：通过输入电压波动检测模块、元器件应力检测模块、内部电压波动检测模块、温度检测模块和输出参数检测模块检测开关电源的各项参数是否在正常范围内；
步骤S2：对检测到的各项参数进行分析处理，得出开关电源是否出现故障以及故障的类型。
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