CN115882421B - 电子保险丝电路及应用其的电路系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电子保险丝电路及应用其的电路系统，采用本发明的电子保险丝电路的电路系统，在启动和正常工作过程中，通过第二保护电路检测负载电压大小，当电压超过设定的第二阈值信号时，则控制电子保险丝电路断开，通过第一保护电路监测电子开关所在路径的电流，以保护系统线路的电流不会过流。依据本发明的技术方案，可以保护负载不会因开关电源的短路、漏电等故障损坏并且能够保护系统的过流事件。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种电子保险丝电路及应用其的电路系统。
背景技术
在带有电气装置的线路系统中，保险丝是不可缺少的保护装置，传统的熔断型保险丝一旦被触发熔断则需要进行替换，逐渐被电子保险丝替代，电子保险丝（简称为efuse）为包括电子开关的保险装置，其在故障解除后能够恢复工作，通过控制该电子开关的通断可以进行电路系统的保护和解除保护。
如图1所示，常规的电子保险丝电路包括电子开关和控制电子开关通断的开关控制电路，其主要是用于线路系统的过流保护，其控制方案一般是通过监测经过电子开关的路径的电流大小，当该电流大小达到过流保护参考值时，则控制电子开关关断，当该电流大小小于过流保护参考值时，则控制电子开关导通。
但在一些应用场合，比如具有开关电源的电路系统中，如图1所示，开关电源连接在电子保险丝和应用负载之间，在电路的工作过程中，如启动过程中，如果开关电源发生漏电、短路等情况，则负载会在开启之前就承载了一定的电压大小，当系统进入正常工作，电子保险丝导通，输入电信号通过开关电源转换后加载到负载上，此时负载承载的电压存在过大的风险，对负载造成损坏；在正常供电过程中，如开关电源发生漏电、短路等情况，则负载同样会承载过高的电压，可能造成对负载的损坏。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供电子保险丝电路及应用其的电路系统，用以解决现有技术存在的开关电源漏电、短路等故障造成的对负载损坏的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种电子保险丝电路，用于具有开关电源的电路系统中，所述开关电源用于给负载供电，其中，包括：电子开关，通过导线耦合至输入电源的传输端和所述开关电源的输入端，所述电子开关被配置为根据开关控制信号将输入电源的传输端与所述开关电源的输入端连接或断开；第一保护电路，根据表征所述电子开关所在线路电流的电流感测信号和第一阈值信号获得第一保护信号；第二保护电路，根据表征所述负载电压的电压感测信号和第二阈值信号获得第二保护信号；逻辑电路，其被配置为根据所述第一保护信号和第二保护信号生成控制所述电子开关通断的开关控制信号，其中，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号，所述逻辑电路生成控制所述电子开关断开的开关控制信号。
优选地，所述电路系统在不同的工作状态下，所述第二阈值信号的值设置为不同。
优选地，在启动工作状态下的第二阈值信号的值小于在正常工作状态下的第二阈值信号的值。
优选地，所述第一保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号时，所述第一保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开；所述第二保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第二阈值信号时，所述第二保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开。
优选地，所述逻辑电路被配置为在所述电路系统工作过程中，若所述第一保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态，或者若所述第二保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态。
优选地，所述逻辑电路被配置为在所述电路系统启动过程中，若所述第二保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态。
优选地，所述第一保护电路包括第一比较电路，其接收所述电流感测信号和所述第一阈值信号时，获得所述第一保护信号；所述第二保护电路包括第二比较电路，其接收所述电流感测信号和所述第二阈值信号，以获得所述第二保护信号。
优选地，所述逻辑电路包括或逻辑和触发电路，所述或逻辑接收所述第一保护信号和所述第二保护信号，输出端输出第一逻辑信号，
所述触发电路的复位端接收所述第一逻辑信号，置位端接收控制电子开关导通的开关开通信号，输出端输出控制所述电子开关的开关控制信号。
优选地，所述逻辑电路包括第一触发电路、第二触发电路和或非逻辑，所述第一触发电路置位端接收所述第一保护信号，复位端接收第一开通信号，以输出第一逻辑信号，所述第二触发电路置位端接收所述第二保护信号，复位端接收第二开通信号，以输出第二逻辑信号，所述或非逻辑接收所述第一逻辑信号和第二逻辑信号，输出端输出所述开关控制信号。
第二方面，提供一种具有电子保险丝电路的电路系统，其中，所述电路系统包括开关电源，所述开关电源经由所述电子保险丝电路接收输入电源电压，以转换为输出电信号驱动负载，所述电子保险丝电路为上述的电子保险丝电路。
优选地，所述开关电源为降压型开关电源。
优选地，所述开关电源为多相降压型开关电源，所述多相开关电源包括驱动控制电路和多相功率级电路，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号时，则所述驱动控制电路和所述多相功率级电路均不工作。采用本发明的电子保险丝电路结构以及应用其的电路系统，在启动和正常工作过程中，通过第二比较电路检测负载电压大小，当电压超过设定的第二阈值电压时，则控制电子保险丝电路断开，当电压未达到设定的第二阈值电压时，则控制电子保险丝电路导通；通过第一比较电路监测电子开关路径的电流，以保护系统线路的电流不会过流。依据本发明的技术方案，可以保护负载不会因开关电源的短路、漏电等故障损坏并且能够保护系统的过流事件。
附图说明
图1为现有技术的电子保险丝的电路系统的电路图；
图2为依据本发明的包括电子保险丝电路的电路系统的电路图；
图3为依据本发明的开关控制电路的第一个实施例的具体电路图；
图4为依据图3中的工作波形图；
图5为依据本发明的开关控制电路的第二个实施例的具体电路图；
图6为依据本本发明的电子保险丝的应用场合的一个示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图2为依据本发明的电子保险丝的电路系统的电路图，图3为依据本发明的开关控制电路的第一个实施例的具体电路图，图4为依据图3中的工作波形图。本发明实施例中的电路系统包括开关电源，所述开关电源经由所述电子保险丝电路接收输入电源的信号，输入电源可以是直流电源，其信号可以是直流电压信号，以转换为输出电信号驱动负载，输出信号可以是直流电压信号。
如图2示例中，电子保险丝电路包括电子开关Q1和控制电子开关通断的开关控制电路1，开关控制电路1生成开关控制信号Vg1，所述电子开关所述开关控制信号Vg1将输入信号的传输端与所述开关电源的输入端连接或断开。电子开关Q1表征一个开关或者是包括一个开关的电路系统，电子开关包括至少一个晶体管，该晶体管可以是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、JFET（结型场效应晶体管）、BJT（双极结型晶体管）或者其他能实现同等功能的开关管。
示例中，开关控制电路1包括第一保护电路11、第二保护电路12和逻辑电路13，第一保护电路11根据表征所述电子开关所在线路电流的电流感测信号Vcs1和第一阈值信号Vref1获得第一保护信号Vocp1；第二保护电路12根据表征所述负载电压的电压感测信号Vcs2和第二阈值信号Vref2获得第二保护信号Vocp2；逻辑电路13被配置为根据所述第一保护信号Vocp1和第二保护信号Vocp2生成控制所述电子开关通断的开关控制信号Vg1。这里，电流感测信号Vcs1可以利用电阻器件如RSC获得，其表征电子开关所在线路的电流大小，可以与该电流成一定比例，第一阈值信号Vref1为系统的过流保护阈值；电压感测信号Vcs2可以利用电压检测器件如分压电阻连接至开关电源输出端或者是负载的输入端以获得表征负载电压的信号，该电压感测信号Vcs2可以与负载电压成一定比例，第二阈值信号Vref2为设置的过压保护阈值，需要说明的是，所述电路系统在不同的工作状态下，所述第二阈值信号的值设置为不同，在启动工作状态下的第二阈值信号的值小于在正常工作状态下的第二阈值信号的值，第二阈值信号的大小可以根据负载的正常工作电压进行浮动设置。
本示例中，所述第一保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号时，所述第一保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开，以及所述第二保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第二阈值信号时，所述第二保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开。但第一保护信号和第二保护信号的状态和电子开关的通断关系可以不限于此，本示例中为了方便展示发明原理。
示例的，所述电子开关的开通可以是根据开通指示信号进行，例如，在所述电子开关断开后，进行一定的延时，然后根据时钟信号的控制进行开通控制。
参考图3为依据本发明的开关控制电路的第一个实施例的具体电路图，所述第一保护电路包括第一比较电路，其接收所述电流感测信号和所述第一阈值信号时，获得所述第一保护信号，这里，第一比较电路包括差分采样电路和比较器，差分采样电路采样电阻Rcs的两端电压，获得表征路径电路的电流感测信号Vcs1’，比较器的正向输入端接收Vcs1’，反向输入端接收第一阈值信号Vref1，输出端输出第一保护信号Vocp1，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号时，所述第一保护信号跳变为高电平有效状态；所述第二保护电路包括第二比较电路，第二比较电路包括比较器，其接收所述电流感测信号Vcs2和所述第二阈值信号Vref2，以获得所述第二保护信号Vocp2。
继续参考图3，所述逻辑电路包括或逻辑和触发电路，触发电路包括RS触发器，所述或逻辑接收所述第一保护信号Vocp1和所述第二保护信号Vocp2，输出端输出第一逻辑信号，所述触发电路的复位端接收所述第一逻辑信号，置位端接收控制电子开关导通的开关开通信号，输出端输出控制所述电子开关的开关控制信号Vg1。这里结合图4所示的波形图阐述图3的工作过程，例如在电路系统的启动过程中，在t1时刻，第一保护电路检测到电流感测信号小于所述第一阈值信号，第一保护信号Vocp1为低电平无效状态，第二保护电路检测到电压感测信号达到或超过所述第二阈值信号，第二保护信号Vocp2为高电平无效状态，此时，或门输出高电平，RS触发器复位端高，输出的开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开；直至t2时刻，第二保护电路检测到电压感测信号低于所述第二阈值信号，第二保护信号Vocp2为低电平无效状态，或门输出低电平，延时一段时间后，如在t3时刻，RS触发器的置位端接收控制电子开关导通的开关开通信号V开，RS触发器的输出的开关控制信号Vg1为高电平有效状态，电子开关导通。系统进入正常工作状态，如若在t4时刻，第一保护电路检测到电流感测信号达到或超过所述第一阈值信号，第一保护信号Vocp1为高电平有效状态，或门输出高电平，RS触发器复位端高，输出的开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开。若在电路系统的正常工作过程中，第二保护电路检测到电压感测信号达到或超过所述第二阈值信号，第二保护信号Vocp2变为高电平有效状态，按照上述过程，RS触发器输出的开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开。因此，在系统整个工作过程中，通过两个保护电路很好的进行电流和电压的事件保护。
参考图5为依据本发明的开关控制电路的第二个实施例的具体电路图；所述逻辑电路包括所述逻辑电路包括第一触发电路（第一RS触发器）、第二触发电路（第二RS触发器）和或非逻辑，所述第一RS触发器置位端接收所述第一保护信号Vocp1，复位端接收第一开通信号V开1，以输出第一逻辑信号，第二RS触发器置位端接收所述第二保护信号Vocp2，复位端接收第二开通信号V开2，以输出第二逻辑信号，所述或非逻辑接收所述第一逻辑信号和第二逻辑信号，输出端输出所述开关控制信号Vg1。这里，第一开通信号V开1和第二开通信号V开2可以是相同的信号也可以是不同的信号。当第二保护电路检测到电压感测信号达到或超过所述第二阈值信号，第二保护信号Vocp2为高电平无效状态，第二RS触发器输出为高电平，经或非门后，开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开，之后，延迟一段时间后，通过第二开通信号V开2控制开关控制信号Vg1为高电平有效状态，电子开关导通；同理，当第一保护电路检测到电流感测信号达到或超过所述第一阈值信号，第一保护信号Vocp1为高电平有效状态，第一RS触发器输出为高电平，经或非门后，开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开。由此，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号，所述电子开关均为断开。本领域技术人员可知，这里的逻辑电路实现的方式还有多种，例如通过开关结合的方式，其目的均是在第一保护信号Vocp1为高电平有效状态或第二保护信号Vocp2为高电平有效状态时控制开关控制信号Vg1为低电平无效状态，电子开关断开，其达到的保护效果是一样的。
参考图6为依据本本发明的电子保险丝的应用场合的一个示意图。所述开关电源为降压型开关电源，包括上下两个开关管和一个电感。在开关电源的开关管例如上功率开关管Q上漏电，则会有一个电压加载在负载的输入端上，当这个电压较大，在启动或正常工作中，其电压总值超出了负载的承载范围，则对负载造成损坏，采用本发明实施例的保护方案，通过对负载输入端电压的监测，可以很好的解决这个问题。
示例地，所述开关电源为多相降压型开关电源，所述多相开关电源包括驱动控制电路和多相功率级电路，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号时，则所述驱动控制电路和所述多相功率级电路均不工作，可保护负载不被损坏。
可选地，所述电子保险丝电路可以设置在同一集成芯片上，其也可以和所述开关电源中的全部电路或者部分电路可以设置在同一集成芯片上。例如，所述电子保险丝电路的开关控制单元的全部电路或部分电路和所述开关电源的控制电路的部分电路可以设置在同一集成芯片上。本申请实施例对此不作限定。
通过本发明的技术方案，在启动或正常工作过程中，通过第二保护电路检测负载输入端的电压大小，当检测的信号超过设定的第二阈值信号时，则控制电子保险丝电路断开，当检测的信号未达到设定的第二阈值信号时，则控制电子保险丝电路导通。在维持原来电子保险丝过流保护功能不变的情况下，增加了对负载的过压保护，这在一些场合中非常重要，如在负载为贵重、不易更换的场合下，如CPU负载时，在启动或正常过程中，一旦发现加载给负载的电压过大，则立即通过反馈回路断开电子保险丝，可以预防损坏负载。
以上实施例的控制方式均可应用于普通的反激变换器中，反激变换器的原边包括主开关管，则软开关控制电路在第一时间段只控制主开关管导通，对主开关管的控制时间以及对同步整流开关管的控制时间均与上述的实施例相同，不再赘述。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种电子保险丝电路，用于具有开关电源的电路系统中，所述开关电源用于给负载供电，其中，包括：
电子开关，通过导线耦合至输入电源的传输端和所述开关电源的输入端，所述电子开关被配置为根据开关控制信号将输入电源的传输端与所述开关电源的输入端连接或断开；
第一保护电路，根据表征所述电子开关所在线路电流的电流感测信号和第一阈值信号获得第一保护信号；
第二保护电路，根据表征所述负载电压的电压感测信号和第二阈值信号获得第二保护信号，其中，所述第二保护电路连接至开关电源输出端或者是负载的输入端以获得表征负载电压的电压感测信号，
逻辑电路，其被配置为根据所述第一保护信号和第二保护信号生成控制所述电子开关通断的开关控制信号，
其中，当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号，所述逻辑电路生成控制所述电子开关断开的开关控制信号。
2.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其中，包括，所述电路系统在不同的工作状态下，所述第二阈值信号的值设置为不同。
3.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其中，包括，在启动工作状态下的第二阈值信号的值小于在正常工作状态下的第二阈值信号的值。
4.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其中，
所述第一保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号时，所述第一保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开；
所述第二保护电路被配置为当所述电流感测信号达到所述第二阈值信号时，所述第二保护信号为有效状态以指示所述电子开关断开。
5.根据权利要求4所述的电子保险丝电路，其中，所述逻辑电路被配置为在所述电路系统工作过程中，若所述第一保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态，或者若所述第二保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态。
6.根据权利要求4所述的电子保险丝电路，其中，所述逻辑电路被配置为在所述电路系统启动过程中，若所述第二保护信号为有效状态，控制所述开关控制信号为控制所述电子开关关断的无效状态。
7.根据权利要求1所述的电子保险丝电路，其中，
所述第一保护电路包括第一比较电路，其接收所述电流感测信号和所述第一阈值信号时，获得所述第一保护信号；
所述第二保护电路包括第二比较电路，其接收所述电流感测信号和所述第二阈值信号，以获得所述第二保护信号。
8.根据权利要求7所述的电子保险丝电路，其中，所述逻辑电路包括或逻辑和触发电路，
所述或逻辑接收所述第一保护信号和所述第二保护信号，输出端输出第一逻辑信号，
所述触发电路的复位端接收所述第一逻辑信号，置位端接收控制电子开关导通的开关开通信号，输出端输出控制所述电子开关的开关控制信号。
9.根据权利要求7所述的电子保险丝电路，其中，所述逻辑电路包括第一触发电路、第二触发电路和或非逻辑，
所述第一触发电路置位端接收所述第一保护信号，复位端接收第一开通信号，以输出第一逻辑信号，
所述第二触发电路置位端接收所述第二保护信号，复位端接收第二开通信号，以输出第二逻辑信号，
所述或非逻辑接收所述第一逻辑信号和第二逻辑信号，输出端输出所述开关控制信号。
10.一种具有电子保险丝电路的电路系统，其中，所述电路系统包括开关电源，所述开关电源经由所述电子保险丝电路接收输入电源电压，以转换为输出电信号驱动负载，
所述电子保险丝电路为权利要求1-9任一项所述的电子保险丝电路。
11.根据权利要求10所述的具有电子保险丝电路的电路系统，其中，所述开关电源为降压型开关电源。
12.根据权利要求11所述的具有电子保险丝电路的电路系统，其中，所述开关电源为多相降压型开关电源，
所述多相降压型开关电源包括驱动控制电路和多相功率级电路，
当所述电流感测信号达到所述第一阈值信号或者是所述电压感测信号达到所述第二阈值信号时，则所述驱动控制电路和所述多相功率级电路均不工作。
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