CN116599204B - 供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种供电装置，包括：开关电源；NMOS；第一电流检测电路，用于检测NMOS的第一端的电流值；第二电流检测电路，用于检测NMOS的第二端的电流值；第一和第二电压监控芯片；与非门；当第一路供电电源或者第二路供电电源出现欠压时，与非门的输出端输出高电平信号，以驱动NMOS导通，第一路供电电源和第二路供电电源形成互备互用，NMOS导通时，当NMOS的第一端或者第二端出现过流时，与非门的输出端输出低电平信号，以控制NMOS关断和驱动模块关闭。本发明可以在任意一路电源出现欠压时，采用另一路电源实现互备互用，且在任意一路供电电流出现过流时，自动实现负载的过流保护。

Description

供电装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种供电装置。
背景技术
目前，对于控制系统中的负载（例如霍尔电流传感器），由于受到噪声、振动、老化等因素影响容易发生失效故障，传感器失效会造成反馈的电流值错误，进而导致整个系统紊乱，因此，一般采用两个霍尔电流传感器作为冗余备用，以在一个霍尔电流传感器采用另一个霍尔电流传感器反馈的电流值进行相关控制工作。
目前，霍尔电流传感器失效的源头主要有：电源失效和输出信号失效。虽然目前研究电流传感器故障诊断方法较多，但这些诊断方法只较多的情况是输出信号失效模式下的诊断方法，对于霍尔电流传感器电源失效的方案却暂时未有考虑，且目前无论是两路霍尔电流传感器或者三路霍尔电流传感器均是基于同一个电源供电，若电源出现问题则所有霍尔电流传感器均会失效，从而会导致控制系统工作异常乃至出现控制器损坏。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种供电装置，通过控制MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管）的通断可以在任意一路电源出现欠压时，采用另一路电源实现互备互用，可防止其中一路电源损坏导致负载工作异常的情况，且在两路电源互备互用时实时监控两个负载供电电流，在任意一路供电电流出现过流时，自动控制MOSFET关断并关闭驱动模块，实现负载的过流保护。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提出了一种供电装置，包括：开关电源，所述开关电源用于提供两路供电电源，以分别给第一负载和第二负载供电；NMOS（N-Metal-Oxide-Semiconductor，N型金属-氧化物-半导体），所述NMOS的第一端通过第一电阻与第一路供电电源相连，所述NMOS的第二端通过第二电阻与第二路供电电源相连，所述NMOS无体二极管；第一电流检测电路，所述第一电流检测电路的输入端与所述NMOS的第一端相连，所述第一电流检测电路用于检测所述NMOS的第一端的电流值；第二电流检测电路，所述第二电流检测电路的输入端与所述NMOS第二端相连，所述第二电流检测电路用于检测所述NMOS的第二端的电流值；第一电压监控芯片，所述第一电压监控芯片的电压监控端与所述第一路供电电源相连，以监控所述第一路供电电源的电压，所述第一电压监控芯片的电流监控端与所述第一电流检测电路的输出端相连；第二电压监控芯片，所述第二电压监控芯片的电压监控端与所述第二路供电电源相连，监控所述第二路供电电源的电压，所述第二电压监控芯片的电流监控端与所述第二电流检测电路的输出端相连；与非门，所述与非门的第一输入端与第一电压监控芯片的复位端相连，所述与非门的第二输入端与所述第二电压监控芯片的复位端相连，所述与非门的输出端与第一负载和第二负载的驱动模块相连，且通过第三电阻与所述NMOS的控制端相连；其中，当第一路供电电源或者第二路供电电源出现欠压时，所述与非门的输出端输出高电平信号，以驱动NMOS导通，所述第一路供电电源和所述第二路供电电源形成互备互用，所述NMOS导通时，当所述NMOS的第一端或者第二端出现过流时，所述与非门的输出端输出低电平信号，以控制所述NMOS关断和所述驱动模块关闭。
本发明上述的供电装置还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，上述的供电装置还包括：MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），所述MCU与所述第一电压监控芯片、所述第二电压监控芯片、第一电流检测电路和所述第二电流检测电路相连，所述MCU用于通过第一电压监控芯片和所述第二电压监控芯片分别获取所述第一负载和第二负载的供电电压，通过第一电流检测电路和所述第二电流检测电路分别获取所述第一负载和第二负载的供电电流，并发送至上位机进行显示。
根据本发明的一个实施例，所述第一电流检测电路和所述第二电流检测电路的电路结构相同，所述第一电流检测电路或所述第二电流检测电路包括：第四电阻，所述第四电阻的一端与所述NMOS的一端相连，所述第四电阻的另一端通过第一电容接地；第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第四电阻的另一端相连，所述第一比较器的第二输入端与通过第五电阻与基准电压提供端相连，所述第一比较器的第二输入端还通过第六电阻接地，所述第一比较器的第二输入端还通过第七电阻与所述第一比较器的输出端相连；第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第一比较器的输出端相连，所述第八电阻的另一端通过第二电容接地；第二比较器，所述第二比较器的第一输入端与所述第八电阻的另一端相连，所述第二比较器的第二输入端与所述基准电压提供端相连，所述第二比较器的输出端作为第一电流检测电路的输出端或者第二电流检测电路的输出端。
根据本发明的一个实施例，所述开关电源还包括：第三路供电电源，所述第三路供电电源与所述第一电流检测电路和第二电流检测电路中的第一比较器和第二比较器的电源端相连，以给所述第一比较器和第二比较器提供供电电源。
根据本发明的一个实施例，上述的供电装置还包括：基准电压产生电路，所述基准电压产生电路的输入端与所述开关电源的第三路供电电源，所述基准电压产生电路的输出端作为基准电压提供端，以分别给所述第一电流检测电路和第二电流检测电路中的第一比较器和第二比较器提供基准电压。
根据本发明的一个实施例，所述第一负载和第二负载为霍尔电流传感器。
本发明的有益效果：
本发明采用开关电源分别为两个负载各提供一路供电电源，且两路电源间连接一个MOSFET，通过控制MOSFET的通断可以在任意一路电源出现欠压时，采用另一路电源实现互备互用，可防止其中一路电源损坏导致负载工作异常的情况，且在两路电源互备互用时实时监控两个负载供电电流，在任意一路供电电流出现过流时，自动控制MOSFET关断并关闭驱动模块，实现负载的过流保护。
附图说明
图1是根据本发明第一个实施例的供电装置的结构示意图；
图2是根据本发明第二个实施例的供电装置的结构示意图。
图3是根据本发明一个实施例的第一电流检测电路和第二电流检测电路的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的基准电压产生电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是根据本发明第一个实施例的供电装置的结构示意图，图2是根据本发明第二个实施例的供电装置的结构示意图。如图1-2所示，该供电装置包括：开关电源1、NMOS（Q1）、第一电流检测电路2、第二电流检测电路3、第一电压监控芯片4、第二电压监控芯片5和与非门6。
其中，开关电源1用于提供两路供电电源（即图1中的5VT1和5VT2），以分别给第一负载和第二负载供电；NMOS（Q1）的第一端通过第一电阻R1与第一路供电电源相连，NMOS（Q1）的第二端通过第二电阻R2与第二路供电电源相连，NMOS无体二极管；第一电流检测电路2的输入端与NMOS（Q1）的第一端相连，第一电流检测电路2用于检测NMOS的第一端的电流值；第二电流检测电路3的输入端与NMOS第二端相连，第二电流检测电路用于检测NMOS的第二端的电流值。
第一电压监控芯片4的电压监控端（对应图2中的VDD、CWD和SET1端口）与第一路供电电源5VT1相连，以监控第一路供电电源的电压，第一电压监控芯片4的电流监控端MR_N与第一电流检测电路2的输出端MR1相连；第二电压监控芯片5的电压监控端对应图2中的VDD、CWD和SET1端口）与第二路供电电源5VT2相连，以监控第二路供电电源的电压，第二电压监控芯片5的电流监控端MR_N与第二电流检测电路3的输出端MR2相连；与非门6的第一输入端与第一电压监控芯片4的复位端RESET1相连，与非门的第二输入端与第二电压监控芯片5的复位端RESET2相连，与非门6的输出端与第一负载和第二负载的驱动模块7相连，且通过第三电阻R3与NMOS的控制端相连。
其中，当第一路供电电源5VT1或者第二路供电电源5VT2出现欠压时，与非门6的输出端输出高电平信号，以驱动NMOS导通，第一路供电电源5VT1和第二路供电电源5VT2形成互备互用，NMOS导通时，当NMOS的第一端或者第二端出现过流时，与非门的输出端输出低电平信号，以控制NMOS关断和驱动模块7关闭。
具体地，如图1-2所示，如果第一电压监控芯片4判断第一路供电电源5VT1的电压出现欠压时，第一电压监控芯片4的复位端RESET1输出低电平信号至与非门6的第一输入端，如果第二电压监控芯片5判断第二路供电电源5VT2的电压出现欠压时，第二电压监控芯片5的复位端RESET2输出低电平信号至与非门6的第二输入端。只要与非门的第一输入端和第二输入端中的任意一个端接收到低电平信号，则与非门6的输出端输出高电平信号，驱动NMOS导通，由此，第一路供电电源5VT1和第二路供电电源5VT2形成互备互用，使得正常电源进入到欠压那一路让两个负载均能够继续正常工作。
在NMOS导通时，开始通过第一电流检测电路2和第二电流检测电路3采集NMOS两端的电流，以监控输入至两个负载的电流。如果第一电流检测电路2检测的电流值出现过流的情况，则MR1端口输出低电平，如果第二电流检测电路3检测的电流值出现过流的情况，则MR2端口输出低电平，NMOS的内阻可以忽略不计，NMOS导通时第一电流检测电路2和第二电流检测电路3采集的电流值相等。第一电压监控芯片4或第二电压监控芯片5中的接收到低电平信号时，经过其内部与非门处理后对应的RESET_N引脚产生高电平信号并输入至与非门6，可以理解，如果第一电压监控芯片4的RESET_N引脚产生高电平信号，第二电压监控芯片5的RESET_N引脚也是产生高电平信号，此时与非门6输出低电平信号，进而驱动NMOS关断和驱动模块关闭。
欠压保护阈值和过流保护阈值根据实际情况提前进行预设即可。
在本发明的实施中，第一负载和第二负载可以为霍尔电流传感器。
由此，采用开关电源分别为两个负载各提供一路供电电源，且两路电源间连接一个MOSFET，通过控制MOSFET的通断可以在任意一路电源出现欠压时，采用另一路电源实现互备互用，可防止其中一路电源损坏导致负载工作异常的情况，且在两路电源互备互用时实时监控两个负载供电电流，在任意一路供电电流出现过流时，自动控制MOSFET关断并关闭驱动模块，实现负载的过流保护。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的供电装置还可以包括：MCU，MCU与第一电压监控芯片2、第二电压监控芯片3、第一电流检测电路4和第二电流检测电路5相连，MCU用于通过第一电压监控芯片2和第二电压监控芯片3分别获取第一负载和第二负载的供电电压，通过第一电流检测电路4和第二电流检测电路5分别获取第一负载和第二负载的供电电流Iout1和Iout2，并发送至上位机进行显示，以使运维人员可以实时获取负载的供电电压和供电电流，以在供电电源出现欠压或者过流时及时采取措施。
第一电流检测电路4和第二电流检测电路5的目的相同，都是为了检测与之相连的供电回电源的电流值，因此电路结构可以相同，举例而言，如图3所示，第一电流检测电路4或第二电流检测电路5包括：第四至第八电阻R4-R8、第一比较器A1、第二比较器A2。
其中，第四电阻R4的一端与NMOS（Q1）的一端相连，第四电阻R4的另一端通过第一电容C1接地；第一比较器A1的第一输入端与第四电阻R4的另一端相连，第一比较器A1的第二输入端与通过第五电阻R5与基准电压提供端Vref相连，第一比较器A1的第二输入端还通过第六电阻R6接地，第一比较器A1的第二输入端还通过第七电阻R7与第一比较器A1的输出端相连；第八电阻R8的一端与第一比较器A1的输出端相连，第八电阻R8的另一端通过第二电容C2接地；第二比较器A2的第一输入端与第八电阻R8的另一端相连，第二比较器A2的第二输入端与基准电压提供端Vref相连，第二比较器A2的输出端作为第一电流检测电路的输出端或者第二电流检测电路的输出端（MR1或MR2）。
基准电压提供端Vref用于提供基准电压，该基准电压可以为2.5V。在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述的供电装置还可以包括：基准电压产生电路8，基准电压产生电路8的输入端与开关电源1的第三路供电电源5Vmain，基准电压产生电路8的输出端作为基准电压提供端Vref，以分别给第一电流检测电路和第二电流检测电路中的第一比较器A1和第二比较器A2提供基准电压，第三路供电电源5Vmain还用于给第一比较器A1和第二比较器A2提供供电电源。
基准电压产生电路8的具体结构可以参见图4所示。
本发明的供电装置还可以包括其它外围电路，如第三至第六电容C3-C6，以对供电电源进行滤波处理。
综上所述，根据本发明实施例的供电装置，采用开关电源分别为两个负载各提供一路供电电源，且两路电源间连接一个MOSFET，通过控制MOSFET的通断可以在任意一路电源出现欠压时，采用另一路电源实现互备互用，可防止其中一路电源损坏导致负载工作异常的情况，且在两路电源互备互用时实时监控两个负载供电电流，在任意一路供电电流出现过流时，自动控制MOSFET关断并关闭驱动模块，实现负载的过流保护。本发明采用一个开关电源即可实现两路负载的欠压保护、过流保护，电路结构简单、成本低。
在本发明的描述中，需要理解的是，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种供电装置，其特征在于，包括：
开关电源，所述开关电源用于提供两路供电电源，以分别给第一负载和第二负载供电；
NMOS，所述NMOS的第一端通过第一电阻与第一路供电电源相连，所述NMOS的第二端通过第二电阻与第二路供电电源相连，所述NMOS无体二极管；
第一电流检测电路，所述第一电流检测电路的输入端与所述NMOS的第一端相连，所述第一电流检测电路用于检测所述NMOS的第一端的电流值；
第二电流检测电路，所述第二电流检测电路的输入端与所述NMOS第二端相连，所述第二电流检测电路用于检测所述NMOS的第二端的电流值；
第一电压监控芯片，所述第一电压监控芯片的电压监控端与所述第一路供电电源相连，以监控所述第一路供电电源的电压，所述第一电压监控芯片的电流监控端与所述第一电流检测电路的输出端相连；
第二电压监控芯片，所述第二电压监控芯片的电压监控端与所述第二路供电电源相连，以监控所述第二路供电电源的电压，所述第二电压监控芯片的电流监控端与所述第二电流检测电路的输出端相连；
与非门，所述与非门的第一输入端与第一电压监控芯片的复位端相连，所述与非门的第二输入端与所述第二电压监控芯片的复位端相连，所述与非门的输出端与第一负载和第二负载的驱动模块相连，且通过第三电阻与所述NMOS的控制端相连；其中，
当第一路供电电源或者第二路供电电源出现欠压时，所述与非门的输出端输出高电平信号，以驱动NMOS导通，所述第一路供电电源和所述第二路供电电源形成互备互用，所述NMOS导通时，当所述NMOS的第一端或者第二端出现过流时，所述与非门的输出端输出低电平信号，以控制所述NMOS关断和所述驱动模块关闭。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，还包括：
MCU，所述MCU与所述第一电压监控芯片、所述第二电压监控芯片、第一电流检测电路和所述第二电流检测电路相连，所述MCU用于通过第一电压监控芯片和所述第二电压监控芯片分别获取所述第一负载和第二负载的供电电压，通过第一电流检测电路和所述第二电流检测电路分别获取所述第一负载和第二负载的供电电流，并发送至上位机进行显示。
3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一电流检测电路和所述第二电流检测电路的电路结构相同，所述第一电流检测电路或所述第二电流检测电路包括：
第四电阻，所述第四电阻的一端与所述NMOS的第一端或第二端相连，所述第四电阻的另一端通过第一电容接地；
第一比较器，所述第一比较器的第一输入端与所述第四电阻的另一端相连，所述第一比较器的第二输入端通过第五电阻与基准电压提供端相连，所述第一比较器的第二输入端还通过第六电阻接地，所述第一比较器的第二输入端还通过第七电阻与所述第一比较器的输出端相连；
第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第一比较器的输出端相连，所述第八电阻的另一端通过第二电容接地；
第二比较器，所述第二比较器的第一输入端与所述第八电阻的另一端相连，所述第二比较器的第二输入端与所述基准电压提供端相连，所述第二比较器的输出端作为第一电流检测电路的输出端或者第二电流检测电路的输出端。
4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于，所述开关电源还包括：第三路供电电源，所述第三路供电电源与所述第一电流检测电路和第二电流检测电路中的第一比较器和第二比较器的电源端相连，以给所述第一比较器和第二比较器提供供电电源。
5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，还包括：
基准电压产生电路，所述基准电压产生电路的输入端与所述开关电源的第三路供电电源相连，所述基准电压产生电路的输出端作为基准电压提供端，以分别给所述第一电流检测电路和第二电流检测电路中的第一比较器和第二比较器提供基准电压。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的供电装置，其特征在于，所述第一负载和第二负载为霍尔电流传感器。
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