CN111834981B - 一种过流保护电路以及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过流保护电路，包括：第一电源；过流保护芯片，所述过流保护芯片的输出端配置为对外输出；三极管，所述三极管的发射极与所述过流保护芯片的输入端连接，集电极与所述第一电源连接；运算放大器，所述运算放大器的正输入端与所述第一电源连接，负输入端与所述过流保护芯片的输出端连接；控制器，所述控制器的输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述控制器的输出端与所述三极管的基级连接；其中，所述控制器配置为根据所述运算放大器的输出端输出的电平向所述三极管的基级发送相应的电平以控制所述三极管的导通或闭合，进而控制所述过流保护芯片的对外输出。本发明还公开了一种系统。

Description

一种过流保护电路以及系统
技术领域
本发明涉及过流保护领域，具体涉及一种过流保护电路以及系统。
背景技术
信息技术设备在进行安规设计时，需要符合安全标准GB4943的要求。从着火方面考虑，在设备的内部和外测，应通过采用适当的材料和元器件以及适当的结构来减小引燃危险和火焰蔓延。例如，设计能够限制元器件温度或限制功率输出的电路来减小引燃危险。采用阻燃材料或足够的空间减小火焰蔓延，必要时使用防火防护外壳。GB4943标准中规定受限制电源内的元器件、由限制电源供电但未安装在V-1级材料上的二次电路上的元器件、由非受限制电源供电的二次电路上的元器件等部件具有着火危险，需要防火防护外壳；而由受限制电源供电的二次电路中的连接器和上的安装在V-1级材料上的元器件等，部件则不需要防火防护外壳。
但是对于可以连接附加设备或附件(如扫描仪、鼠标、键盘等)的设备，在无法事先确认这些外设的外壳是否符合防火要求的情况下，依据标准GB4943，连接这些外设的数据接口应当由受限制电源供电。
在标准GB4943中将受限制电源明确分为无过流保护装置和有过流保护装置两类。对于由交流电网供电或由可充电电池供电但同时由交流电网充电的受限制电源，应该用隔离变压器同交流电网隔离。
目前服务器主板的受限制电源的实施措施为增加限流保护芯片。GB4943中要求，当受限制电源接口在断开所有的负载电路，所测得的输出电压小于30V时，接口带上任意的非容性负载(包括短路)测得的最大输出电流不应超过8A。
服务器主板的受限制电源的过流保护芯片，能够在拉载电流超过一定数值的情况下，切断输出电路的电流输出。例如，超过过载电流3A的情况下，接口断路保护。但是法规中同样规定了，受限制电源必须在单一故障条件下，同样要满足最大输出电流不应超过8A。单一故障测试条件下，过流保护芯片会被做短路处理，在短路的情况下，过流保护芯片就会失效。此时，受限制电源接口在拉载大电流的情况下，就会存在超过8A电流的情况，使受限制电源测试失败。
因此，可以看出，只靠单一的过流保护芯片是无法满足GB4943受限制电源测试的条件。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提出一种过流保护电路，包括：
第一电源；
过流保护芯片，所述过流保护芯片的输出端配置为对外输出；
三极管，所述三极管的发射极与所述过流保护芯片的输入端连接，集电极与所述第一电源连接；
运算放大器，所述运算放大器的正输入端与所述第一电源连接，负输入端与所述过流保护芯片的输出端连接；
控制器，所述控制器的输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述控制器的输出端与所述三极管的基级连接；
其中，所述控制器配置为根据所述运算放大器的输出端输出的电平向所述三极管的基级发送相应的电平以控制所述三极管的导通或闭合，进而控制所述过流保护芯片的对外输出。
在一些实施例中，所述控制器还配置为响应于接收到的所述运算放大器的输出电平为高电平，向所述三极管的基级发送高电平以控制所述三极管导通，以使所述过流保护芯片正常对外输出。
在一些实施例中，过流保护芯片配置为若是检测到电流大于阈值，通过OCB输出端向所述控制器发送信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述信号，向所述三极管的基级发送低电平以控制所述三极管断开，以使所述过流保护芯片停止对外输出。
在一些实施例中，所述运算放大器配置为当所述过流保护芯片的输入端与输出端短路，向所述控制器发送低电平信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述低电平信号且预设时间段后仍接收到所述低电平信号，向所述三极管的基级发送低电平以控制所述三极管断开，以使所述过流保护芯片停止对外输出。
在一些实施例中，还包括：
第一稳压电容，所述第一稳压电容的一端与所述发射极连接，另一端接地；
第二稳压电容，所述第二稳压电容的一端与所述过流保护芯片的输出端连接，另一端接地。
在一些实施例中，所述控制器为CPLD或FPGA。
在一些实施例中，还包括：
第一电阻，所述第一电阻一端与所述第一电源连接，另一端与所述过流保护芯片的使能端连接。
在一些实施例中，还包括：
第二电源，所述第二电源与所述运算放大器的电源端连接。
在一些实施例中，还包括：
第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二电源连接，另一端与所述运算放大器的电源端连接。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种过流保护系统，包括如上实施例所述的任一项过流保护电路。
本发明具有以下有益技术效果之一：本发明通过判断过流保护芯片是否发生故障，以及一旦过流保护芯片发生故障，造成短路后的保护机制，保证服务器用于对外输出的供电系统(受限制电源)的正常工作，避免在过流保护芯片失效时，造成对外输出电流过大，造成着火的危险。特别是机房密集使用服务器的环境下，可以有效的保持电源输出接口稳定、安全的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明的实施例提供的过流保护芯片的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的过流保护电路的结构连接示意图；
图3为本发明的实施例提供的过流保护系统的结构示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
在本发明的实施例中，过流保护芯片可以是SOT23-5，如图1所示，Pin脚1为电源输出端，Pin脚2为GND端，Pin脚3为过流保护信号输出端，Pin脚4为使能信号端，Pin脚5为电源输入端。正常情况下，通过此过流保护芯片进行过流保护。VCC1为初始输出电源，VCC OUT为对外输出电源，整体构成受限制电源。
根据本发明的一个方面，本发明的实施例提出一种过流保护电路，如图2所示，其可以包括：
第一电源VCC1；
过流保护芯片OCP，所述过流保护芯片OCP的输出端OUT配置为对外输出；
三极管M1，所述三极管M1的发射极与所述过流保护芯片OCP的输入端IN连接，集电极与所述第一电源VCC1连接；
运算放大器U1，所述运算放大器U1的正输入端与所述第一电源VCC1连接，负输入端与所述过流保护芯片OCP的输出端OUT连接；
控制器(未图示)，所述控制器的输入端与所述运算放大器U1的输出端连接，所述控制器的输出端与所述三极管M1的基级连接；
其中，所述控制器配置为根据所述运算放大器U1的输出端输出的电平向所述三极管M1的基级发送相应的电平以控制所述三极管M1的导通或闭合，进而控制所述过流保护芯片OCP的对外输出。
本发明提出的除过流保护芯片OCP以外，同时配合服务器的控制器,进行识别是否过流保护芯片OCP失效，以此达到即使在流保护芯片发生故障后，依然能够满足受限制电源测试的要求。进而能够保证服务器用于对外输出的供电系统(受限制电源)的正常工作，避免在过流保护芯片OCP失效时，造成对外输出电流过大，造成着火的危险。特别是机房密集使用服务器的环境下，可以有效的保持电源输出接口稳定、安全的运行。
在一些实施例中，所述控制器还配置为响应于接收到的所述运算放大器U1的输出电平为高电平，向所述三极管M1的基级发送高电平以控制所述三极管M1导通，以使所述过流保护芯片OCP正常对外输出。
具体的，在过流保护芯片OCP的输入端与输出端之间，存在大约100毫欧的阻抗。可利用过流保护芯片OCP内部的100毫欧的第二电阻来侦测过流保护芯片OCP的输入端和输出端是否被短接失效。当过流保护芯片OCP的输入端和输出端未短接，运算放大器U1的正输入端与负输入端存在电压差，因此运算放大器U1输出的CPLD_OUT2信号有电平，即高电平。当控制器接收到运算放大器U1的输出的高电平后，则向所述三极管M1的基级发送高电平以控制所述三极管M1导通，即此时的CPLD_IN为高电平信号。第一电源VCC1对后端电源输出电流，电流通过过流保护芯片OCP输出到后端，即输出VCC OUT。
在一些实施例中，过流保护芯片OCP配置为若是检测到电流大于阈值，通过输出端OCB向所述控制器发送信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述信号，向所述三极管M1的基级发送低电平以控制所述三极管M1断开，以使所述过流保护芯片OCP停止对外输出。
具体的，当过流保护芯片OCP正常工作时，会检测输入的电流的大小，当检测到的电流的大小大于预设的阈值(例如3A)后，则通过OCB输出端向控制器输出CPLD_OUT1信号，控制器接收到CPLD_OUT1信号后，则将此时向三极管M1的基极发送的高电平CPLD_IN信号改为低电平CPLD_IN信号，以控制所述三极管M1断开，过流保护芯片OCP则停止对外输出，即第一电源VCC1将无法对外输出电流。
在一些实施例中，所述运算放大器U1配置为当所述过流保护芯片OCP的输入端与输出端短路，向所述控制器发送低电平信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述低电平信号且预设时间段后仍接收到所述低电平信号，向所述三极管M1的基级发送低电平以控制所述三极管M1断开，以使所述过流保护芯片OCP停止对外输出。
具体的，当过流保护芯片OCP的输入端和输出端被短接后，即OCP的pin脚1和pin脚5被短路。运算放大器U1输出的CPLD_OUT2变为低电平。此时，控制器进行判断，10ms后再次识别CPLD_OUT2的电压，若依然为低电平，则判断过流保护芯片OCP短路。此时向三极管M1的基极发送的高电平CPLD_IN信号改为低电平CPLD_IN信号，以控制所述三极管M1断开，过流保护芯片OCP则停止对外输出，即第一电源VCC1将无法对外输出电流。
在一些实施例中，还包括：
第一稳压电容C1，所述第一稳压电容C1的一端与所述发射极连接，另一端接地；
第二稳压电容C2，所述第二稳压电容C2的一端与所述过流保护芯片OCP的输出端连接，另一端接地。
具体的，第一稳压电容C1可以是0.1μF，第二稳压电容C2也可以是0.1μF。
在一些实施例中，所述控制器为CPLD或FPGA，还可以是其他类型的控制器，只要能实现上述逻辑即可。
在一些实施例中，还包括：
第一电阻R1，所述第一电阻R1一端与所述第一电源VCC1连接，另一端与所述过流保护芯片OCP的使能端连接。
具体的，第一电阻R1可以是10K，使能信号对应的pin脚EN在高电平有效，通过第一电阻R1可以持续给与高电平。
在一些实施例中，还包括：
第二电源VCC2，所述第二电源VCC2与所述运算放大器U1的电源端连接。
在一些实施例中，还包括：
第二电阻R2，所述第二电阻的一端与所述第二电源VCC2连接，另一端与所述运算放大器U1的电源端连接。
具体的，所述第二电阻R2的阻值可以为4.7K。
本发明通过判断过流保护芯片是否发生故障，以及一旦过流保护芯片发生故障，造成短路后的保护机制，保证服务器用于对外输出的供电系统(受限制电源)的正常工作，避免在过流保护芯片失效时，造成对外输出电流过大，造成着火的危险。特别是机房密集使用服务器的环境下，可以有效的保持电源输出接口稳定、安全的运行。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，本发明的实施例还提供了一种过流保护系统400，如图3所示，包括如上任一实施例所述的过流保护电路401。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：
第一电源；
过流保护芯片，所述过流保护芯片的输出端配置为对外输出；
三极管，所述三极管的发射极与所述过流保护芯片的输入端连接，集电极与所述第一电源连接；
运算放大器，所述运算放大器的正输入端与所述第一电源连接，负输入端与所述过流保护芯片的输出端连接；
控制器，所述控制器的输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述控制器的输出端与所述三极管的基级连接；
其中，所述控制器配置为根据所述运算放大器的输出端输出的电平向所述三极管的基级发送相应的电平以控制所述三极管的导通或闭合，进而控制所述过流保护芯片的对外输出。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器还配置为响应于接收到的所述运算放大器的输出电平为高电平，向所述三极管的基级发送高电平以控制所述三极管导通，以使所述过流保护芯片正常对外输出。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，过流保护芯片配置为若是检测到电流大于阈值，通过OCB输出端向所述控制器发送信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述信号，向所述三极管的基级发送低电平以控制所述三极管断开，以使所述过流保护芯片停止对外输出。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述运算放大器配置为当所述过流保护芯片的输入端与输出端短路，向所述控制器发送低电平信号；
所述控制器还配置为响应于接收到所述低电平信号且预设时间段后仍接收到所述低电平信号，向所述三极管的基级发送低电平以控制所述三极管断开，以使所述过流保护芯片停止对外输出。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：
第一稳压电容，所述第一稳压电容的一端与所述发射极连接，另一端接地；
第二稳压电容，所述第二稳压电容的一端与所述过流保护芯片的输出端连接，另一端接地。
6.如权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述控制器为CPLD或FPGA。
7.如权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，还包括：
第一电阻，所述第一电阻一端与所述第一电源连接，另一端与所述过流保护芯片的使能端连接。
8.如权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，还包括：
第二电源，所述第二电源与所述运算放大器的电源端连接。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，还包括：
第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第二电源连接，另一端与所述运算放大器的电源端连接。
10.一种过流保护系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的过流保护电路。
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