CN207853749U

CN207853749U - 暂态假负载装置及电子设备

Info

Publication number: CN207853749U
Application number: CN201721868634.4U
Authority: CN
Inventors: 韦永奎; 蒋东平; 王星
Original assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Uniview Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-09-11
Anticipated expiration: 2027-12-27

Abstract

本实用新型提供了一种暂态假负载装置及电子设备，涉及电源技术领域，装置设于电源与单板电路之间，装置包括：暂态时间控制电路、假负载和假负载开关模块，电源的多个输出端分别与暂态时间控制电路的输入端、假负载的输入端和单板电路的输入端连接，单板电路的输出端与述电源的接地端连接，假负载开关模块的控制端与暂态时间控制电路的输出端连接，输入端与假负载的输出端连接，输出端与电源接地端连接，用于当暂态时间控制电路输出预设电压信号时，控制自身关断，以切除所述假负载。本实用新型提供一种暂态假负载装置及电子设备，具有结构简单、电路复杂度低、占用空间小和成本低等优点，便于在中低端电源推广使用。

Description

暂态假负载装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种暂态假负载装置及电子设备。

背景技术

电源广泛应用于电子设备和电子产品各类电器，但某些TOP电源，比如反激式(Flyback)电源，在轻载或空载下输出电压会升高，且负载越小输出电压越高，可能会导致电源工作异常，或是导致其后端负载电路出现问题。因此，为了避免这种情形，此类电源都对输出有最小负载要求，需要加假负载以满足真负载未带载或带载过小而不满足电源的最小负载要求。

现有的假负载电路有两种类型：静态假负载，在电源输出端并联一个电阻，始终在消耗能量。动态假负载，通过全程监测负载情况或监测电压异常情况，然后根据监测结果适时提高假负载，这种类型的电路主要包括：假负载电阻、负载投切开关管、电流电压信号采样电路、比较电路和单片机，具有对器件要求高、电路器件多、控制电路复杂、占用空间大和成本高等缺点，不便于在低端电源推广使用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种暂态假负载装置及电子设备，以缓解了现有技术中动态假负载电路存在有电路器件多、控制电路复杂、占用空间大和成本高等缺点，不便于在低端电源推广使用的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种暂态假负载装置，包括：所述装置设置于电源与单板电路之间，所述装置包括：暂态时间控制电路、假负载和假负载开关模块；

所述电源的多个输出端分别与所述暂态时间控制电路的输入端、所述假负载的输入端和单板电路的输入端连接，所述单板电路的输出端与所述电源的接地端连接；

所述假负载开关模块的控制端与所述暂态时间控制电路的输出端连接，输入端与所述假负载的输出端连接，输出端与所述电源的接地端连接，用于当暂态时间控制电路输出预设电压信号时，根据所述暂态时间控制电路输出的控制信号控制自身关断，以切除所述假负载。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述暂态时间控制电路包括：定时芯片；

所述定时芯片的输入端与所述电源的第一输入端连接，所述定时芯片的输出端与所述假负载开关模块的控制端连接，用于当所述电源上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述暂态时间控制电路包括：电容和第一电阻；

所述电容的一端与所述电源的第一输入端连接，所述电容的另一端分别与所述假负载开关模块的控制端和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电源的接地端连接，用于当所述电源上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述假负载开关模块包括：场效应管；

所述场效应管的栅极与所述假负载开关模块的控制端连接，所述场效应管的漏极与所述假负载开关模块的输入端连接，所述场效应管的源极与所述假负载开关模块的输出端连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述假负载包括：第二电阻；

所述第二电阻的一端与所述电源的第二输入端连接，所述第二电阻的另一端与所述场效应管的漏极连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：稳压二极管和限流电阻；

所述限流电阻的一端与所述电容的另一端连接，所述限流电阻的另一端分别与所述稳压二极管的负极和所述场效应管的栅极连接，所述稳压二极管的正极接地。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述预设假负载投切时刻值根据所述电容的电容值、所述第一电阻的电阻值、所述场效应管的夹断电压值和所述电源的输出电压值确定。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述场效应管为N沟道场效应管。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述暂态假负载装置集成于所述电源内或者所述单板电路内。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种电子设备，包括如第一方面所述的暂态假负载装置。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供一种暂态假负载装置及电子设备，以只在预设假负载时长内(即在电源上电后真负载达到电源最小负载要求的短暂时间里)提供暂态假负载，具有结构简单、电路复杂度低、占用空间小和成本低等优点，便于为中低端电源推广使用。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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附图。

图1为本实用新型实施例提供的暂态假负载装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的暂态假负载装置的电路原理示意图；

图3为本实用新型另一个实施例提供的暂态假负载装置的电路原理图；

图4为本实用新型另一个实施例提供的暂态假负载装置的电路原理图。

图标：

100-电源；200-暂态假负载装置；300-单板电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

名词解释：

POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。

当前，现有的假负载电路有两种类型：

一、静态假负载，即在电源输出端仅简单并联一个电阻，时时在位置，只要有输出就时时刻刻带负载。这种电路最普遍，无论真负载是否已经拉载假负载始终在消耗能量，这使得电源效率底下，增加发热量。

二、动态假负载，即全程监测负载情况或监测电压异常情况，然后根据监测结果适时提高假负载，是基于全过程动态提供假负载的思路。该类型电路主要器件(或说功能单元)包括：假负载电阻(假负载本体)、负载投切开关管MOS、电流电压信号采样、比较电路和单片机。这种类型的假负载电路存在以下不足：

1、基于全过程动态提供假负载的思路，控制电路复杂，不利于在低端电源推广使用；

2、需要高精度的电路或电压检测电路，对器件要求高，电路器件多，成本高；

3、电路简洁度不好，且占用空间大，也降低了可靠性。

目前，现有技术中动态假负载电路存在有电路器件多、控制电路复杂、占用空间大和成本高等缺点，不便于在低端电源推广使用，基于此，本实用新型实施例提供的一种暂态假负载装置及电子设备，以只在预设假负载时长内(即在电源上电后真负载达到电源最小负载要求的短暂时间里)提供暂态假负载，具有结构简单、电路复杂度低、占用空间小和成本低等优点，便于为中低端电源推广使用。

对于电源而言，电源的最小负载要求没有得到满足的情况大部分是发生在上电后的短暂时间内，一般为毫秒(ms)级时间，在这段时间里需要假负载来保证满足电源的最小负载要求，之后真负载已经上载(即达到电源的最小负载要求)。虽然真负载大小是有波动的，但基本上真负载的最小负载很少会有小于电源要求的最小负载的情况，因此在绝大多数情况下只需在上电后的一个短暂时间里提供假负载—即暂态假负载。而本实用新型的假负载暂态装置，就是在电源上电后的短暂时间里提供假负载，当真负载拉载到电源最小负载要求时，切除假负载。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种暂态假负载装置进行详细介绍。

如图1所述，在本实用新型的一个实施例中，提供了一种暂态假负载装置200，所述装置200设置于电源100与单板电路300之间。具体的，所述电源100可以为开关电源或其他类型电源。所述假态假负载装置可以作为独立模块放置于开关电源和单板电路300之间，实际上它还可以嵌入在开关电源的输出端内部，也可以嵌入在单板电路300内的输入端。

所述暂态假负载装置200包括：暂态时间控制电路、假负载和假负载开关模块。

所述电源100的多个输出端分别与所述暂态时间控制电路的输入端、所述假负载的输入端和单板电路300的输入端连接，所述单板电路300的输出端与所述电源100的接地端连接。

所述假负载开关模块的控制端与所述暂态时间控制电路的输出端连接，输入端与所述假负载的输出端连接，输出端与所述电源100的接地端连接，用于当暂态时间控制电路输出预设电压信号时，根据所述暂态时间控制电路输出的控制信号控制自身关断，以切除所述假负载。

具体的，如图2所示，所述假负载开关模块包括：场效应管Q，所述场效应管Q的栅极与所述假负载开关模块的控制端连接，所述场效应管Q的漏极与所述假负载开关模块的输入端连接，所述场效应管Q的源极与所述假负载开关模块的输出端连接。所述场效应管Q为N沟道场效应管。

其中，所述暂态时间控制电路包括：电容C和第一电阻R，所述电容C的一端与所述电源100的第一输入端连接，所述电容C的另一端分别与所述假负载开关模块的控制端和所述第一电阻R的一端连接，所述第一电阻R的另一端与所述电源100的接地端连接，用于当所述电源100上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

具体的，当电源100上电后，假负载开关模块的控制端(即场效应管Q的栅极)的输入电压会逐渐下降。从电源100上电开始，当输入电压下降到场效应管Q的夹断电压时(这个时刻为预设假负载投切时刻)，并且该时刻真负载(单兵电路)已满足或超过电源最小负载要求，此时切断为假负载的供电。其中，所述预设假负载投切时刻的具体值是根据所述电容的电容值、所述第一电阻的电阻值、所述场效应管的夹断电压值和所述电源100的输出电压值计算确定的。

在实际应用中，所述假负载包括：第二电阻R_L，所述第二电阻R_L的一端与所述电源100的第二输入端连接，所述第二电阻R_L的另一端与所述场效应管Q的漏极连接。

本实用新型实施例提供的一种暂态假负载装置200，以只在预设假负载时长内(即在电源100上电后真负载达到电源最小负载要求的短暂时间里)提供暂态假负载，具有结构简单、电路复杂度低、占用空间小和成本低等优点，便于为中低端电源推广使用。

如图3所示，在本实用新型的另一个实施例中，所述暂态时间控制电路还包括：定时芯片。

所述定时芯片的输入端与所述电源100的第一输入端连接，所述定时芯片的输出端与所述假负载开关模块的控制端连接，用于当所述电源100上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

具体的，所述定时芯片可以为555定时器电路。在电源100上电后，所述定时芯片向场效应管Q的栅极输入高电平，以接通电源100为假负载的供电。当真负载(单兵电路)已满足或超过电源最小负载要求时，向场效应管Q的栅极输入低电平，以切断电源100为假负载的供电。

如图4所示，在前述实施例的基础上，本实用新型的另一个实施例中，为了对场效应管Q进行过压保护，在电容和场效应管Q的栅极之间设置有限流电阻R_g和稳压二极管ZD。

具体的，所述限流电阻R_g的一端与所述电容的另一端连接，所述限流电阻R_g的另一端分别与所述稳压二极管ZD的负极和所述场效应管的栅极连接，所述稳压二极管ZD的正极接地。限流电阻R_g和稳压二极管ZD是用于防止场效应管Q的栅极G和源极S之间过压的保护辅助性电路，可以根据实际需要设置。例如，电源100的电压值Vo大于15V时需要设置，稳压二极管ZD的稳压值可以取15V左右。

以下以举例方式说明本实用新型实施例提供的暂态假负载装置200的具体工作原理：

如图2所示，当电源100上电后，输出电压为Vo。电阻R和电容C两端产生的电压分别以U_R和U_C表示。

Vo、U_R和U_C的关系表达式，以及U_R和U_C的时域表达式如下：

V_O＝U_C+U_R (1)

U_C＝V_O(1-e^-t/RC) (2)

U_R＝V_O-U_C＝V_O*e^-t/RC (3)

由式(4)可知，在时间t为0的初始时刻，U_R等于电源100的电压值Vo，场效应管Q的栅极G获得高电平驱动，场效应管Q导通接入假负载R_L(R_L的阻值以保证满足开关电源获得最小要求的负载为原则)。随后U_R逐渐下降，直到场效应管Q因其驱动电压Vgs过小而关断(此时Vgs对应的电压值称为夹断电压V_T)，此时切除假负载R_L。同时，开关电源上电输出后，单板电路300也开始启动，逐步从开关电源拉载，此负载称为真负载。

场效应管Q从时间t为0的初始时刻到关断的时间段是假负载时长，称之为T_hold；真负载从阻值增大到能满足开关电源最小负载要求的时长，称之为T_on。

假负载时长T_hold必须不小于T_on，而T_hold的表达式如下：

因此，可通过调节时间常数RC获得不同的假负载时长T_hold。

如下表1所示，开关电源输出电源Vo为12V，场效应管Q的夹断电压V_T＝2.5V，需要的假负载时长为10S，则需要的RC时间常数为6.38(可以取C＝2.2uF，R＝2897.75kΩ)。

表1

开关电源输出电压	Vo	12.00	V(伏特)
				Q的驱动夹断电压	V_T	2.50	V(伏特)
假负载带载时长	T_hold	10.00	S(秒)
				RC时间常数	RC	6.38
时间常数RC中的C	C	2.20	uF(微法)
				时间常数RC中的R	R	2897.75	kΩ(兆欧)

在实际应用中，由于器件参数的不确定性，上述器件理论计算值往往会比实际需要的小些。在实际电路验证就发现场效应管Q采用的型号为安森美的2N7002L时需要C＝2.2uF，R＝6.7kΩ，即R*C＝14.74，才能获得约10s的假负载时长T_hold。(R、C也可以是其他组合，只要保持R*C时间常数不变即可)。

本实用新型提供的的一种暂态假负载装置200，还有一个很重要的应用潜力场合，即POE供电的产品设备(目前用POE供电的IP已经相当普遍)，因为POE的标准【802.3at-2009】有规定：当PSE(POE中的供电设备)检测到负载电流小于一定值(5～10mA)，并且维持一段时间(250mS)，仍小于维持电流(10mA)的话就会认为PD(即受电设备)不在位而断开，不再对后端PD设备供电。由POE供电的产品设备如启动有延迟或者启动过程比较长，从而负载电流在较长时间里没有达到要求的维持电流，导致PSE对其断电。因此，为了避免系统启动完成前负载过小导致PSE断电现象的发生，可以采用本实用新型实施例所提供的暂态假负载装置200。

本实用新型提供的暂态假负载装置200，降低了假负载电路的复杂度，降低电路的失效概率，还减少了假负载电路的器件数，节省空间，降低成本。

在本实用新型的另一个实施例中，还提供了一种电子设备，包括如前述实施例所述的暂态假负载装置200。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本实用新型的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种暂态假负载装置，其特征在于，包括：所述装置(200)设置于电源(100)与单板电路(300)之间，所述装置(200)包括：暂态时间控制电路、假负载和假负载开关模块；

所述电源(100)的多个输出端分别与所述暂态时间控制电路的输入端、所述假负载的输入端和单板电路(300)的输入端连接，所述单板电路(300)的输出端与所述电源(100)的接地端连接；

所述假负载开关模块的控制端与所述暂态时间控制电路的输出端连接，输入端与所述假负载的输出端连接，输出端与所述电源(100)的接地端连接，用于当暂态时间控制电路输出预设电压信号时，根据所述暂态时间控制电路输出的控制信号控制自身关断，以切除所述假负载。

2.根据权利要求1所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述暂态时间控制电路包括：定时芯片；

所述定时芯片的输入端与所述电源(100)的第一输入端连接，所述定时芯片的输出端与所述假负载开关模块的控制端连接，用于当所述电源(100)上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

3.根据权利要求1所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述暂态时间控制电路包括：电容和第一电阻；

所述电容的一端与所述电源(100)的第一输入端连接，所述电容的另一端分别与所述假负载开关模块的控制端和所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电源(100)的接地端连接，用于当所述电源(100)上电后的当前时间达到预设假负载投切时刻时，输出所述预设电压信号。

4.根据权利要求3所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述假负载开关模块包括：场效应管；

5.根据权利要求4所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述假负载包括：第二电阻；

所述第二电阻的一端与所述电源(100)的第二输入端连接，所述第二电阻的另一端与所述场效应管的漏极连接。

6.根据权利要求5所述的暂态假负载装置，其特征在于，还包括：稳压二极管和限流电阻；

7.根据权利要求6所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述预设假负载投切时刻值根据所述电容的电容值、所述第一电阻的电阻值、所述场效应管的夹断电压值和所述电源(100)的输出电压值确定。

8.根据权利要求7所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述场效应管为N沟道场效应管。

9.根据权利要求8所述的暂态假负载装置，其特征在于，所述暂态假负载装置集成于所述电源(100)内或者所述单板电路(300)内。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9所述的暂态假负载装置(200)。