CN117833164A - 过流保护装置、开关电源和电器设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流保护装置、开关电源和电器设备，装置包括：过流保护单元、控制单元和解保护单元，其中，过流保护单元分别与待保护电路和控制单元相连，用于在待保护电路发生过流时，输出过流信号至控制单元，并输出过流保护信号至待保护电路以使待保护电路停止工作；控制单元与解保护单元相连，用于基于过流信号输出解保护信号至解保护单元；解保护单元与待保护电路相连，用于基于解保护信号控制待保护电路尝试启动工作，以对待保护电路进行解保护。本发明的装置能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

Description

过流保护装置、开关电源和电器设备

技术领域

本发明涉及电器设备技术领域，尤其涉及一种过流保护装置、一种开关电源和一种电器设备。

背景技术

在石油钻井仪器中，由于其工作的特殊性和不可预测性，不可人为干预，因此就需要一个稳定高效的电源供电方式。为了使得开关电源有效进行电能转换，并且可以安全稳定的运行，常常与其他模块搭配使用，形成一个控制系统。目前常用的有电压闭环控制和电流闭环控制。采用电压闭环控制容易因负载变换控制电路响应不及时导致功率器件瞬时电流过大而损坏器件，对电源可靠性有一定影响。

相关技术中，通常采用电流闭环控制来规避上述问题的发生，并且为减小因负载变化引起电流失控带来的风险，电路设计时尽可能减少电流环的响应延迟，如采用低延迟驱动IC等，但是这些方法都无法完全消除电流失控。并且，当负载回到正常情况时，也无法及时解除电流保护，会对设备造成一定的损坏，影响设备的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种过流保护装置，能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

本发明的第二个目的在于提出一种开关电源。

本发明的第三个目的在于提出一种电器设备。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种过流保护装置，所述装置包括：过流保护单元、控制单元和解保护单元，其中，所述过流保护单元分别与待保护电路和所述控制单元相连，用于在所述待保护电路发生过流时，输出过流信号至所述控制单元，并输出过流保护信号至所述待保护电路以使所述待保护电路停止工作；所述控制单元与所述解保护单元相连，用于基于所述过流信号输出解保护信号至所述解保护单元；所述解保护单元与所述待保护电路相连，用于基于所述解保护信号控制所述待保护电路尝试启动工作，以对所述待保护电路进行解保护。

根据本发明实施例的过流保护装置，过流保护单元在待保护电路发生过流时，输出过流信号至控制单元，并输出过流保护信号至待保护电路以使待保护电路停止工作；控制单基于过流信号输出解保护信号至解保护单元；解保护单元基于解保护信号控制待保护电路尝试启动工作，以对待保护电路进行解保护。由此，该装置能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的过流保护装置，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述过流保护单元包括：电流检测电路，用于检测所述待保护电路的工作电流得到相应的检测值；滤波电路，所述滤波电路与所述电流检测电路相连，用于对所述检测值进行滤波；比较电路，所述比较电路分别与所述滤波电路、所述待保护电路和所述控制单元相连，用于在基于滤波后的检测值确定所述待保护电路发生过流时，输出所述过流信号至所述控制单元，并输出所述过流保护信号至所述待保护电路。

根据本发明的一个实施例，所述比较电路包括：参考电路，用于提供参考电压；比较器，所述比较器的第一输入端与所述参考电路相连，所述比较器的第二输入端与所述滤波电路相连，所述比较器的第一输出端与所述控制单元相连，所述比较器的第二输出端与所述待保护电路的控制芯片相连，用于在滤波后的检测值大于所述参考电压时，输出所述过流信号至所述控制单元，并输出所述过流保护信号至所述待保护电路。

根据本发明的一个实施例，所述参考电路包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与预设电源相连；第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一电阻的另一端与地之间；第一电容，所述第一电容与所述第二电阻并联；第二电容，所述第二电容与所述第二电阻并联；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连，所述第三电阻的另一端与所述比较器的第一输入端相连。

根据本发明的一个实施例，所述滤波电路包括：第四电阻，所述第四电阻的一端与所述电流检测电路相连；第五电阻，所述第五电阻连接在所述第四电阻的另一端与地之间；第三电容，所述第三电容与所述第五电阻并联；第四电容，所述第四电容与所述第五电阻并联。

根据本发明的一个实施例，所述比较电路还包括：第六电阻，所述第六电阻连接在所述比较器的第一输出端与所述控制单元之间；第七电阻，所述第七电阻的一端与所述比较器的第二输出端相连，所述第七电阻的另一端与所述控制芯片相连；第五电容，所述第五电容连接在所述第七电阻的另一端与地之间。

根据本发明的一个实施例，所述解保护单元包括：开关管，所述开关管的控制端与所述控制单元相连，所述开关管的第一端分别与所述比较器的第二输出端和所述控制芯片相连，所述开关管的第二端接地；第八电阻，所述第八电阻连接在所述开关管的控制端与地之间。

根据本发明的一个实施例，所述解保护信号为方波信号。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种开关电源，包括上述的过流保护装置。

根据本发明实施例的开关电源，通过上述的过流保护装置，能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电器设备，包括上述的过流保护装置，或者，上述的开关电源。

根据本发明实施例的电器设备，通过上述的过流保护装置或者开关电源，能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明实施例的过流保护装置的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的过流保护装置的方框示意图；

图3为根据本发明实施例的开关电源的方框示意图；

图4为根据本发明实施例的电器设备的方框示意图；

图5为根据本发明另一个实施例的电器设备的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的过流保护装置、开关电源和电器设备。

图1为根据本发明实施例的过流保护装置的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的过流保护装置100，可包括：过流保护单元10、控制单元20和解保护单元30。

其中，过流保护单元10分别与待保护电路和控制单元20相连，用于在待保护电路发生过流时，输出过流信号至控制单元20，并输出过流保护信号至待保护电路以使待保护电路停止工作。控制单元20与解保护单元30相连，用于基于过流信号输出解保护信号至解保护单元30。解保护单元30与待保护电路相连，用于基于解保护信号控制待保护电路尝试启动工作，以对待保护电路进行解保护。

具体而言，在待保护电路工作过程中，过流保护单元10可以实时检测待保护电路的工作电流，当待保护电路所连接的负载出现异常增大，导致待保护电路中的电流发生过流时，过流保护单元10可以生成过流信号，并将过流信号输出至控制单元20，同时还将过流信号输出至待保护电路以使待保护电路停止工作，例如可以将过流信号输出至待保护电路中的可控开关的控制端，控制可控开关打开，以使待保护电路停止工作。控制单元20在接收到过流信号后，可以根据过流信号生成解保护信号，并将解保护信号输出至解保护单元30。解保护单元30在接收到解保护信号后，控制待保护电路尝试启动工作，以对待保护电路解除过流保护，使待保护电路能够恢复正常工作。如果待保护电路不能恢复启动，可以确定待保护电路出现损坏。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，过流保护单元10包括：电流检测电路11，用于检测待保护电路的工作电流得到相应的检测值；滤波电路12，滤波电路12与电流检测电路11相连，用于对检测值进行滤波；比较电路13，比较电路13分别与滤波电路12、待保护电路和控制单元20相连，用于在基于滤波后的检测值确定待保护电路发生过流时，输出过流信号至控制单元20，并输出过流保护信号至待保护电路。

具体而言，在图2所示的待保护电路中，输入电压Vin连接到N型MOS管的D极，待保护电路的控制芯片可以输出控制信号控制驱动芯片输出驱动信号，驱动芯片输出驱动信号至N型MOS管的G极来控制NMOS导通，其中，示例性的，待保护电路的控制芯片可以为PWM芯片，输出的控制信号为PWM信号。N型MOS管导通后经过电流检测电路11到电感输出电压，并可以通过调节电阻R10、R11的阻值来调节反馈信号，反馈信号输送至PWM芯片，PWM芯片根据反馈信号来调节输出的PWM信号的占空比以使输出电压Vout达到理想输出，从而实现对输出电压的闭环控制。其中，辅助电源可以为电流检测电路、控制芯片、控制单元进行供电。

进一步地，电流检测电路11串联于N型MOS管与电感之间，可以检测待保护电路的工作电流，并将检测值I_BUCK输送至滤波电路12。由于检测值I_BUCK的波形为三角波，若不加滤波处理采用峰值检测触发保护，则容易有噪声信号引起误触发保护，因此滤波电路12可以对检测值I_BUCK进行滤波处理，以避免噪声信号引起误触发保护。比较电路13将滤波后的检测值与参考电压进行比较，以判断待保护电路是否发生过流，并在待保护电路发生过流时，输出过流保护信号至待保护电路，以使待保护电路停止工作；并输出过流信号至控制单元20，控制单元20在接收到过流信号后，可以根据过流信号生成解保护信号，并将解保护信号输出至解保护单元30。

需要说明的是，图2中所示的待保护电路的相关组成只是为了便于理解，不能认为是本申请的限制，例如，待保护电路中的N型MOS管也可以为可控开关、IGBT、功率三极管、可控硅等可控功率部件，这里不做限制。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，比较电路13包括：参考电路131，用于提供参考电压；比较器M1，比较器M1的第一输入端与参考电路131相连，比较器M1的第二输入端与滤波电路12相连，比较器M1的第一输出端与控制单元20相连，比较器M1的第二输出端与待保护电路的控制芯片相连，用于在滤波后的检测值大于参考电压时，输出过流信号至控制单元20，并输出过流保护信号至待保护电路。

具体而言，参考电路131可以提供参考电压Vref并输送至比较器M1的第一输入端，检测值I_BUCK经滤波电路12进行滤波处理后输送至比较器M1的第二输入端，比较器M1将滤波后的检测值I_BUCK与参考电压Vref进行比较，在滤波后的检测值I_BUCK小于参考电压Vref时，比较器M1的第一输出端的输出信号I_Flag为高电平且输送至控制单元20，比较器M1的第二输出端的输出信号I_Protect为低电平且输送至待保护电路的控制芯片，待保护电路可以正常工作。当负载出现异常增大时，在滤波后的检测值I_BUCK大于参考电压Vref时，比较器M1的第一输出端的输出信号I_Flag为低电平且输送至控制单元20，比较器M1的第二输出端的输出信号I_Protect为高电平且输送至待保护电路的控制芯片和控制单元20，待保护电路的控制芯片停止输出控制信号至驱动芯片，使待保护电路中的N型MOS管关断，使得待保护电路进入过流保护状态，停止工作；控制单元20在接收到低电平的I_Flag信号后，生成解保护信号I_Release至解保护单元30。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，参考电路131包括：第一电阻R1，第一电阻R1的一端与预设电源相连；第二电阻R2，第二电阻R2连接在第一电阻R1的另一端与地之间；第一电容C1，第一电容C1与第二电阻R2并联；第二电容C2，第二电容C2与第二电阻R2并联；第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第二电阻R2的另一端相连，第三电阻R3的另一端与比较器M1的第一输入端相连。

具体而言，预设电源提供的电压经第一电阻R1与第二电阻R2分压，并通过第一电容C1和第二电容C2滤波后，经第三电阻R3输送至比较器M1的第一输入端，即参考电压Vref为第二电阻R2两端的电压。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，滤波电路12包括：第四电阻R4，第四电阻R4的一端与电流检测电路11相连；第五电阻R5，第五电阻R5连接在第四电阻R4的另一端与地之间；第三电容C3，第三电容C3与第五电阻R5并联；第四电容C4，第四电容C4与第五电阻R5并联。

具体而言，检测值I_BUCK波形为三角波，依次经过第四电阻R4和第五电阻R5，并可以通过第三电容C3和第四电容C4进行滤波，过滤检测值I_BUCK中的噪声，比较器M1的第二输入端的电压为第五电阻R5两端的电压。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，比较电路13还包括：第六电阻R6，第六电阻R6连接在比较器M1的第一输出端与控制单元20之间；第七电阻R7，第七电阻R7的一端与比较器M1的第二输出端相连，第七电阻R7的另一端与控制芯片相连；第五电容C5，第五电容C5连接在第七电阻R7的另一端与地之间。由此，通过第六电阻R6可以对比较器M1的第一输出端输出的信号I_Flag进行限流，防止大电流流入控制单元20而造成损坏；通过第七电阻R7和第五电容C5可以对比较器M1的第二输出端输出的信号I_Protect进行限流和滤波，防止大电流和干扰信号流入控制芯片。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，解保护单元30包括：开关管Q1，开关管Q1的控制端与控制单元20相连，开关管Q1的第一端分别与比较器M1的第二输出端和控制芯片相连，开关管Q1的第二端接地；第八电阻R8，第八电阻R8连接在开关管Q1的控制端与地之间。其中，开关管Q1可以为N型MOS管，也可以为IGBT、功率三极管等可控部件，这里不做限制。

具体而言，当负载出现异常增大时，在滤波后的检测值I_BUCK大于参考电压Vref时，比较器M1的第一输出端的输出信号I_Flag为低电平且输送至控制单元20，比较器M1的第二输出端的输出信号I_Protect为高电平且输送至待保护电路的控制芯片和控制单元20，待保护电路的控制芯片停止输出控制信号至驱动芯片，使待保护电路中的N型MOS管关断，使得待保护电路进入过流保护状态，停止工作；控制单元20在接收到低电平的I_Flag信号后，输出解保护信号I_Release至解保护单元30。其中，解保护信号可以为方波信号。

具体地，在待保护电路进入过流保护状态以后，控制单元20可以持续输出波形为方波信号的解保护信号I_Release控制开关管Q1的导通或关断，在2秒内尝试解除过流保护，当2秒内负载恢复正常时，解保护信号I_Release可以控制开关管Q1导通，较器的第二输出端的输出信号I_Protect被拉低，变为低电平，控制芯片恢复正常输出控制信号至驱动芯片，使待保护电路中的N型MOS管导通，待保护电路恢复正常工作。若在2秒内无法解除过流保护状态，即无法重启控制芯片，控制单元20则将解保护信号I_Release持续拉低，并可以判定待保护电路出现故障。其中，方波信号的周期可以为100ms，并且控制单元20可以根据需要调节方波信号的周期。

综上所述，根据本发明实施例的过流保护装置，过流保护单元在待保护电路发生过流时，输出过流信号至控制单元，并输出过流保护信号至待保护电路以使待保护电路停止工作；控制单基于过流信号输出解保护信号至解保护单元；解保护单元基于解保护信号控制待保护电路尝试启动工作，以对待保护电路进行解保护。由此，该装置能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

对应上述实施例，本发明还提出了一种开关电源。

图3为根据本发明实施例的开关电源的方框示意图。

如图3所示本发明实施例的开关电源200，包括上述的过流保护装置100。

根据本发明实施例的开关电源，通过上述的过流保护装置，能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

对应上述实施例，本发明还提出了一种电器设备。

如图4所示，本发明实施例的电器设备300可包括上述的过流保护装置100，或者，如图5所示，本发明实施例的电器设备300还包括上述的开关电源200。

根据本发明实施例的电器设备，通过上述的过流保护装置或者开关电源，能够在设备遇到突发情况时及时触发电流保护，并可以及时解除过流保护状态，从而减少对设备造成的损坏，提升设备的使用寿命。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。

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 (10)

1.一种过流保护装置，其特征在于，所述装置包括：过流保护单元、控制单元和解保护单元，其中，

所述过流保护单元分别与待保护电路和所述控制单元相连，用于在所述待保护电路发生过流时，输出过流信号至所述控制单元，并输出过流保护信号至所述待保护电路以使所述待保护电路停止工作；

所述控制单元与所述解保护单元相连，用于基于所述过流信号输出解保护信号至所述解保护单元；

所述解保护单元与所述待保护电路相连，用于基于所述解保护信号控制所述待保护电路尝试启动工作，以对所述待保护电路进行解保护。

2.根据权利要求1所述的过流保护装置，其特征在于，所述过流保护单元包括：

电流检测电路，用于检测所述待保护电路的工作电流得到相应的检测值；

滤波电路，所述滤波电路与所述电流检测电路相连，用于对所述检测值进行滤波；

比较电路，所述比较电路分别与所述滤波电路、所述待保护电路和所述控制单元相连，用于在基于滤波后的检测值确定所述待保护电路发生过流时，输出所述过流信号至所述控制单元，并输出所述过流保护信号至所述待保护电路。

3.根据权利要求2所述的过流保护装置，其特征在于，所述比较电路包括：

参考电路，用于提供参考电压；

比较器，所述比较器的第一输入端与所述参考电路相连，所述比较器的第二输入端与所述滤波电路相连，所述比较器的第一输出端与所述控制单元相连，所述比较器的第二输出端与所述待保护电路的控制芯片相连，用于在滤波后的检测值大于所述参考电压时，输出所述过流信号至所述控制单元，并输出所述过流保护信号至所述待保护电路。

4.根据权利要求3所述的过流保护装置，其特征在于，所述参考电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与预设电源相连；

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一电阻的另一端与地之间；

第一电容，所述第一电容与所述第二电阻并联；

第二电容，所述第二电容与所述第二电阻并联；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连，所述第三电阻的另一端与所述比较器的第一输入端相连。

5.根据权利要求3所述的过流保护装置，其特征在于，所述滤波电路包括：

第四电阻，所述第四电阻的一端与所述电流检测电路相连；

第五电阻，所述第五电阻连接在所述第四电阻的另一端与地之间；

第三电容，所述第三电容与所述第五电阻并联；

第四电容，所述第四电容与所述第五电阻并联。

6.根据权利要求3所述的过流保护装置，其特征在于，所述比较电路还包括：

第六电阻，所述第六电阻连接在所述比较器的第一输出端与所述控制单元之间；

第七电阻，所述第七电阻的一端与所述比较器的第二输出端相连，所述第七电阻的另一端与所述控制芯片相连；

第五电容，所述第五电容连接在所述第七电阻的另一端与地之间。

7.根据权利要求6所述的过流保护装置，其特征在于，所述解保护单元包括：

开关管，所述开关管的控制端与所述控制单元相连，所述开关管的第一端分别与所述比较器的第二输出端和所述控制芯片相连，所述开关管的第二端接地；

第八电阻，所述第八电阻连接在所述开关管的控制端与地之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的过流保护装置，其特征在于，所述解保护信号为方波信号。

9.一种开关电源，其特征在于，包括根据权利要求1-8任一项所述的过流保护装置。

10.一种电器设备，其特征在于，包括根据权利要求1-8任一项所述的过流保护装置，或者，根据权利要求9所述的开关电源。