CN112217181B - 电子装置的电源保护方法及其电路 - Google Patents

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Abstract

一种电子装置的电源保护方法及其电路，所述电子装置的电源保护方法包括：通过一电源路径供电给一电子装置、检测电源路径的一正电流、检测电源路径的一负电流、比较正电流的电流量与负电流的电流量、以及当正电流的电流量不相等负电流的电流量时，切断电源路径；所述电子装置的电源保护电路包括：一正电电源端、一负电电源端、一正电负载端、一负电负载端、一第一电源开关、一第一检测电路、一第二检测电路、以及一监控电路。利用本发明的电子装置的电源保护方法及其电路，可以侦测到回路不平衡现象，并且在设备或接线损坏前进行相应的保护动作。

Description

电子装置的电源保护方法及其电路
【技术领域】
本发明是关于一种电源供应技术，特别是关于一种电子装置的电源保护方法及其电路。
【背景技术】
现今的汽车产品与以前的应用大不相同。现今的汽车上配置了各种车用电子装置。其中一类的车用电子装置是与车上机械系统进行整合应用的电子控制装置，例如，引擎动力、感测器系统控制、机电控制等。另一类的车用电子装置是在行程环境下独立使用且与汽车本身性能、安全或控制无直接关系的电子设备，例如，影音系统、音响系统、导航设备、备份辅助摄像机等。除此之外，还有许多以外接形式与汽车连线的车用电子装置，例如，笔记型电脑、智能型手机等可携式电子装置。
在行车过程中，此些车用电子装置都是以汽车上的电池模块来提供运作所需的电力。然而，现今车用电子装置日渐繁多，各种车用电子装置的供电及接地方式不一，经常形成电源回路不平衡，以致于造成接线及/或车用电子装置损坏或烧毁。
【发明内容】
在一实施例中，一种电子装置的电源保护方法，其包括：通过一电源路径供电给一电子装置、检测电源路径的一正电流、检测电源路径的一负电流、比较正电流的电流量与负电流的电流量、以及当正电流的电流量不相等负电流的电流量时，切断电源路径。
在一实施例中，一种电子装置的电源保护电路，其包括：一正电电源端、一负电电源端、一正电负载端、一负电负载端、一第一电源开关、一第一检测电路、一第二检测电路、以及一监控电路。正电电源端用以耦接一电源的正端。负电电源端用以耦接电源的负端。正电负载端与负电负载端用以耦接电子装置。正电负载端与正电电源端形成一供电路径，且负电负载端与负电电源端形成一回电路径。第一电源开关串接回电路径上，且常态为导通状态。第一检测电路耦接供电路径，并用以检测供电路径上的正电流。第二检测电路耦接回电路径，并用以检测回电路径上的负电流。监控电路耦接第一电源开关、第一检测电路与第二检测电路。监控电路用以比较正电流的电流量与负电流的电流量。其中，当正电流的电流量不相等负电流的电流量时，监控电路控制第一电源开关切换为断开状态，以切断回电路径。
综上所述，根据本发明任一实施例的电子装置的电源保护方法及其电路可以侦测到回路不平衡现象，并且在设备或接线损坏前进行相应的保护动作。
【附图说明】
图1是根据本发明一实施例的电子装置的电源保护电路的示意图。
图2是根据本发明一实施例的电子装置的电源保护方法的流程图。
图3是根据本发明又一实施例的电子装置的电源保护电路的示意图。
图4是根据本发明又一实施例的电子装置的电源保护方法的流程图。
图5是第一示范例的电源保护电路的概要电路图。
图6是第二示范例的电源保护电路的概要电路图。
图7是第三示范例的电源保护电路的概要电路图。
图8是第四示范例的电源保护电路的概要电路图。
图9是第五示范例的电源保护电路的概要电路图。
图10是第六示范例的电源保护电路的概要电路图。
【具体实施方式】
参照图1，一种电子装置的电源保护电路10，其包括：一正电电源端110、一负电电源端112、一正电负载端120、一负电负载端122、一第一电源开关130、一第一检测电路140、一第二检测电路142、以及一监控电路150。
正电电源端110用以耦接一电源20的正端，而负电电源端112用以耦接此电源20的负端。正电负载端120与负电负载端122用以耦接一电子装置30。在一些实施例中，电源20可为车辆上的电池模块。电子装置30可为车用电子装置。
正电负载端120与正电电源端110形成一供电路径。负电负载端122与负电电源端112形成一回电路径。换言之，电源保护电路10提供电源20与电子装置30之间的电源路径。并且，此电源路径包括一供电路径以及一回电路径。
第一电源开关130串接回电路径上。换言之，第一电源开关130耦接在负电负载端122与负电电源端112之间。
第一检测电路140耦接供电路径。第二检测电路142耦接回电路径。在一实施例中，第一检测电路140与第二检测电路142可分别以阻抗元件(例如，电阻、电感等)实现。换言之，第一检测电路140包括一阻抗元件(以下称第一阻抗元件)。第一阻抗元件耦接在正电电源端110与正电负载端120之间，即串接在供电路径上。第二检测电路142包括另一阻抗元件(以下称第二阻抗元件)。第二阻抗元件耦接在负电电源端112与负电负载端122之间，即串接在回电路径上。其中，第一电源开关130可耦接在第二阻抗元件与负电电源端112之间，或者是耦接在第二阻抗元件与负电负载端122之间。在另一实施例中，第一检测电路140与第二检测电路142可分别以变压器实现。换言之，第一检测电路140包括一变压器(以下称第一变压器)。第一变压器的一次侧耦接在正电电源端110与正电负载端120之间，即串接在供电路径上。第二检测电路142包括另一变压器(以下称第二变压器)。第二变压器的一次侧耦接在负电电源端112与负电负载端122之间，即串接在回电路径上。其中，第一电源开关130可耦接在第二变压器与负电电源端112之间，或者是耦接在第二变压器与负电负载端122之间。
监控电路150耦接第一电源开关130的控制端、第一检测电路140的输出端与第二检测电路142的输出端。
参照图1及图2，于此，第一电源开关130常态为导通状态。此时，电源20能通过电源路径(即，供电路径与回电路径)供电给电子装置30(步骤S11)。
第一检测电路140检测供电路径上的正电流，并将其供给监控电路150(步骤S12)。第二检测电路142检测回电路径上的负电流，并将其提供给监控电路150(步骤S12)。监控电路150比较正电流的电流量与负电流的电流量(步骤S13)。当正电流的电流量不相等负电流的电流量时，监控电路150控制第一电源开关130切换为断开状态，以切断回电路径(即电源路径)(步骤S14)，以致使电源20则无法通过电源路径提供电子装置30运作所需的电力。反之，当正电流的电流量相等负电流的电流量时，监控电路150则维持第一电源开关130为导通状态，即维持电源路径导通(步骤S15)，以使电源20保持通过电源路径提供电子装置30运作所需的电力。
在一些实施例中，参照图3，电子装置的电源保护电路10还可包括：一第二电源开关132。第二电源开关132串接供电路径上，即耦接在正电负载端120与正电电源端110之间。第二电源开关132常态也为导通状态。换言之，在正常供电状态下，第一电源开关130与第二电源开关132为导通状态。参照图3及图4，此时，电源20通过电源路径(即，供电路径与回电路径)、导通之第一电源开关130与导通之第二电源开关132供电给电子装置30(步骤S11)。当正电流的电流量不相等负电流的电流量时，监控电路150控制第一电源开关130切换为断开状态并控制第二电源开关132切换为断开状态，以同时切断回电路径与供电路径(步骤S14’)。反之，当正电流的电流量相等负电流的电流量时，监控电路150则维持第一电源开关130为导通状态以及维持第二电源开关132为导通状态，即维持电源路径导通(步骤S15)。在一实施例中，当第一检测电路140包括第一阻抗元件时，第二电源开关132可耦接在第一阻抗元件与正电电源端110之间，或者是耦接在第一阻抗元件与正电负载端120之间。在另一实施例中，当第一检测电路140包括第一变压器时，第二电源开关132可耦接在第一变压器与正电电源端110之间，或者是耦接在第一变压器与正电负载端120之间。
在一些实施例中，参照图5及图6，第一检测电路140包括一电阻R1(以下称第一电阻R1)以及一运算放大器AP1(以下称第一运算放大器AP1)。第二检测电路142包括一电阻R2(以下称第二电阻R2)以及一运算放大器AP2(以下称第二运算放大器AP2)。监控电路150包括一比较器CP1。第一运算放大器AP1的二输入端分别耦接第一电阻R1的二端。第二运算放大器AP2的二输入端分别耦接第二电阻R2的二端。第一运算放大器AP1的输出端与第二运算放大器AP2的输出端分别耦接比较器CP1的二输入端。比较器CP1的输出端耦接第一电源开关130的控制端与第二电源开关132的控制端。
在第一示范例中，参照图5，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在电源端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接负电电源端112，而第一电源开关130的第二端耦接第二电阻R2的一端。第二电阻R2的另一端耦接负电负载端122。第二电源开关132的第一端耦接正电电源端110，而第二电源开关132的第二端耦接第一电阻R1的一端。第一电阻R1的另一端耦接正电负载端120。
在第二示范例中，参照图6，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在负载端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接第二电阻R2的一端，而第一电源开关130的第二端耦接负电负载端122。第二电阻R2的另一端耦接负电电源端112。第二电源开关132的第一端耦接第一电阻R1的一端，而第二电源开关132的第二端耦接正电负载端120。第一电阻R1的另一端耦接正电电源端110。
其中，第一电阻R1与第二电阻R2可具有相同阻值。第一运算放大器AP1撷取第一电阻R1二端的压差(以下称第一压差)并提供给比较器CP1。第二运算放大器AP2撷取第二电阻R2二端的压差(以下称第二压差)并提供给比较器CP1。比较器CP1比较第一压差与第二压差，以确认二者是否相等。根据欧姆定律，于阻值不变时，电压与电流成正比。换言之，于第一电阻R1与第二电阻R2具有相同阻值时，第一压差相同于第二压差即表示流经第一电阻R1的正电流的电流量相等于流经第二电阻R2的负电流的电流量。于第一压差与第二压差相等时，比较器CP1输出导通信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以维持第一电源开关130导通以及维持第二电源开关132导通。于第一压差与第二压差不相等时，比较器CP1输出断开信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以致使第一电源开关130断开以及致使第二电源开关132断开。
在一些实施例中，第一电阻R1可以电感L1(以下称第一电感L1)取代，而第二电阻R2则可以电感L2(以下称第二电感L2)取代。参照图7及图8，第一检测电路140包括一第一电感L1以及一第一运算放大器AP1。第二检测电路142包括一第二电感L2以及一第二运算放大器AP2。监控电路150包括一比较器CP1。第一运算放大器AP1的二输入端分别耦接第一电感L1的二端。第二运算放大器AP2的二输入端分别耦接第二电感L2的二端。第一运算放大器AP1的输出端与第二运算放大器AP2的输出端分别耦接比较器CP1的二输入端。比较器CP1的输出端耦接第一电源开关130的控制端与第二电源开关132的控制端。
在第三示范例中，参照图7，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在电源端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接负电电源端112，而第一电源开关130的第二端耦接第二电感L2的一端。第二电感L2的另一端耦接负电负载端122。第二电源开关132的第一端耦接正电电源端110，而第二电源开关132的第二端耦接第一电感L1的一端。第一电感L1的另一端耦接正电负载端120。
在第四示范例中，参照图8，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在负载端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接第二电感L2的一端，而第一电源开关130的第二端耦接负电负载端122。第二电感L2的另一端耦接负电电源端112。第二电源开关132的第一端耦接第一电感L1的一端，而第二电源开关132的第二端耦接正电负载端120。第一电感L1的另一端耦接正电电源端110。
其中，第一电感L1与第二电感L2可具有相同阻抗值。第一运算放大器AP1撷取第一电感L1二端的压差(以下称第一压差)并提供给比较器CP1。第二运算放大器AP2撷取第二电感L2二端的压差(以下称第二压差)并提供给比较器CP1。比较器CP1比较第一压差与第二压差，以确认二者是否相等。根据欧姆定律，于阻抗值不变时，电压与电流成正比。换言之，于第一电感L1与第二电感L2具有相同阻抗值时，第一压差相同于第二压差即表示流经第一电感L1的正电流的电流量相等于流经第二电感L2的负电流的电流量。于第一压差与第二压差相等时，比较器CP1输出导通信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以维持第一电源开关130导通以及维持第二电源开关132导通。于第一压差与第二压差不相等时，比较器CP1输出断开信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以致使第一电源开关130断开以及致使第二电源开关132断开。
在一些实施例中，第一电阻R1也可以变压器T1(以下称第一变压器T1)取代，而第二电阻R2则可以变压器T2(以下称第二变压器T2)取代。参照图9及图10，第一检测电路140包括一第一变压器T1以及一第一运算放大器AP1。第二检测电路142包括一第二变压器T2以及一第二运算放大器AP2。监控电路150包括一比较器CP1。第一运算放大器AP1的二输入端分别耦接第一变压器T1的二次侧的二端。第二运算放大器AP2的二输入端分别耦接第二变压器T2的二次侧的二端。第一运算放大器AP1的输出端与第二运算放大器AP2的输出端分别耦接比较器CP1的二输入端。比较器CP1的输出端耦接第一电源开关130的控制端与第二电源开关132的控制端。
在第五示范例中，参照图9，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在电源端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接负电电源端112，而第一电源开关130的第二端耦接第二变压器T2的一次侧的一端。第二变压器T2的一次侧的另一端耦接负电负载端122。第二电源开关132的第一端耦接正电电源端110，而第二电源开关132的第二端耦接第一变压器T1的一次侧的一端。第一变压器T1的一次侧的另一端耦接正电负载端120。
在第六示范例中，参照图10，第一电源开关130与第二电源开关132耦接在负载端。换言之，第一电源开关130的第一端耦接第二变压器T2的一次侧的一端，而第一电源开关130的第二端耦接负电负载端122。第二变压器T2的一次侧的另一端耦接负电电源端112。第二电源开关132的第一端耦接第一变压器T1的一次侧的一端，而第二电源开关132的第二端耦接正电负载端120。第一变压器T1的一次侧的另一端耦接正电电源端110。
第一运算放大器AP1通过第一变压器T1的二次侧感应第一变压器T1的一次侧的电流以取得第一电流量并提供给比较器CP1。第二运算放大器AP21通过第二变压器T2的二次侧感应第二变压器T2的一次侧的电流以取得第二电流量并提供给比较器CP1。比较器CP1比较第一电流量与第二电流量，以确认二者是否相等。于第一电流量与第二电流量相等时，比较器CP1输出导通信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以维持第一电源开关130导通以及维持第二电源开关132导通。于第一电流量与第二电流量不相等时，比较器CP1输出断开信号给第一电源开关130与第二电源开关132，借以致使第一电源开关130断开以及致使第二电源开关132断开。
在一些实施例中，前述的导通信号与断开信号可相应于第一电源开关130与第二电源开关132的开关类型而分别为高电位与低电位。
在一些实施例中，电源保护电路10可设置在一充电基座内。电子装置30可设置在充电基座上并与充电基座的内部电路电性连接，进而通过充电基座耦接电源20。举例来说，电源20为车辆上的电池模块。车辆的内装上具有一电源连接器，且此电源连接器电性连接电池模块。充电基座具有第一连接器与第二连接器，第一连接器与第二连接器通过内部电路及电源保护电路10电性连接。于电子装置30设置在充电基座上时，电子装置30的电连接器会耦接第一连接器，以致使电子装置30与充电基座电性连接。充电基座的第二连接器通过一连接线耦接至车辆内装上的电源连接器。因此，在常态下，电源20能通过电源保护电路10供电给电子装置30。
在一些实施例中，电源保护电路10可设置在车辆的主机板上。车辆的内装上具有一电源连接器，且此电源连接器通过电源保护电路10电性连接电池模块。于此，电子装置30的电连接器可通过一连接线或充电基座耦接至车辆内装上的电源连接器。因此，在常态下，电源20能通过电源保护电路10供电给电子装置30。
在一些实施例中，车辆的内装上具有一电源连接器，而电源保护电路10则可设置在电源连接器内。
在一些实施例中，前述的电流量(或压差相等)是指二者完全相同，或是二者的差值在一容许范围内。
综上所述，根据本发明任一实施例的电子装置的电源保护方法及其电路可以侦测到回路不平衡现象，并且在设备或接线损坏前进行相应的保护动作。

Claims (6)

1.一种电子装置的电源保护电路，其特征在于，包括：
一正电电源端，用以耦接一电源的正端；
一负电电源端，用以耦接该电源的负端；
一正电负载端，用以耦接一电子装置，其中该正电负载端与该正电电源端形成一供电路径；
一负电负载端，用以耦接该电子装置，其中该负电负载端与该负电电源端形成一回电路径；
一第一电源开关，串接在该回电路径上，常态为导通状态；
一第二电源开关，串接在该供电路径上，常态为导通状态；
一第一检测电路，耦接该供电路径；
一第二检测电路，耦接该回电路径；以及
一监控电路，耦接该第一电源开关、该第二电源开关、该第一检测电路与该第二检测电路；
该第一检测电路包括一第一运算放大器，用以撷取该第一检测电路的二端的一第一压差；
该第二检测电路包括一第二运算放大器，用以撷取该第二检测电路的二端的一第二压差；以及
该监控电路包括一比较器，该比较器耦接该第一运算放大器、该第二运算放大器、该第一电源开关与该第二电源开关，用以比较该第一压差与该第二压差，其中当该第一压差不相等该第二压差时，该比较器控制该第一电源开关与该第二电源开关切换为断开状态，以切断该回电路径与该供电路径。
2.如权利要求1所述的电子装置的电源保护电路，其特征在于，当该第一压差相等该第二压差时，该监控电路维持该回电路径的导通以及维持该供电路径的导通。
3.如权利要求1所述的电子装置的电源保护电路，其特征在于，该第一检测电路包括串接在该供电路径上的一阻抗元件，以及该第二检测电路包括串接在该回电路径上的另一阻抗元件。
4.一种电子装置的电源保护方法，适用于如权利要求1-3任一所述电子装置的电源保护电路，其特征在于，包括：
通过一电源路径供电给一电子装置，其中该电源路径包括传输一正电流的一供电路径以及传输一负电流的一回电路径；
撷取串接在该供电路径上的一第一检测电路的二端的一第一压差；
撷取串接在该回电路径上的一第二检测电路的二端的一第二压差；
比较该第一压差与该第二压差；以及
当该第一压差不相等该第二压差时，切断该供电路径与该回电路径。
5.如权利要求4所述的电子装置的电源保护方法，其特征在于，还包括：
当该第一压差相等该第二压差时，维持该电源路径的导通。
6.如权利要求4所述的电子装置的电源保护方法，其特征在于，该第一检测电路包括一阻抗元件，以及该第二检测电路包括另一阻抗元件。
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李通等.3.剩余电流保护装置.《建筑设备》.北京理工大学出版社,2018,第185页. *

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