CN218549754U - 作为电源端开关的电路和供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种作为电源端开关的电路和供电系统，所述电路包括控制单元和MOS管电路单元；所述MOS管电路单元串联在外部电源和外部负载之间，所述MOS管电路单元包括多个MOS管；所述MOS管电路单元，设置为在根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测的任何时刻，所述MOS管电路单元向外部负载输出的电压不为0；所述控制单元，设置为对所述MOS管电路单元中的每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

Description

作为电源端开关的电路和供电系统

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤指一种作为电源端开关的电路和供电系统。

背景技术

随着功率MOS的工艺越来越成熟，其做开关的应用场景也越来越广泛，特别是其在电池供电中替代继电器。MOS管相比较于继电器有其独特的优点，比如背靠背串联使用能控制电流方向，开关速度远比继电器快，开关寿命也比继电器高。但是相比较于继电器也有缺点，其耐电流冲击不如继电器。

对于图1所示的电路，一旦电流过冲导致MOS管损坏，对MOS管的检测主要分两种，一种离线检测，另一种为在线检测。离线检测，顾名思义，是把产品下电，使用检测设备如万用表等对相应的MOS管进行检测。这种检测往往是在产品出现问题的时候进行。在线检测，为不拆卸含有MOS管的电路板，通过控制MOS管来逻辑判断是否有MOS管损坏。

图2示出了对MOS管进行检测的流程图。

表1示出了对图1所示电路的MOS管检测结果。

表1 MOS管检测结果

上表中假设状态中的“断”为彻底断路。操作中的“断开”为Vgs(即栅源电压)置0，使MOS不导通，但是体二极管还是正常存在。且假定体二极管的压降为0.7V。

根据流程操作图及状态表，可得出MOS管的健康状态。但是有其缺点如下：在诊断的过程中，Uload会掉电，不适用于负载需要持续供电的场景；即使增加其它诊断方式，也不能判断出具体是Q1还是Q3短路，Q2还是Q4短路。

发明内容

本申请提供了一种作为电源端开关的电路，能够在对电源端开关电路中的每个MOS管进行短路或断路检测时，保证对负载不断电。

本申请提供了一种作为电源端开关的电路，包括：

所述电路包括控制单元和MOS管电路单元；所述MOS管电路单元串联在外部电源和外部负载之间，所述MOS管电路单元包括多个MOS管；

所述MOS管电路单元，设置为在根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测的任何时刻，所述MOS管电路单元向外部负载输出的电压不为0；

所述控制单元，设置为对所述MOS管电路单元中的每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括检测单元，设置为根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括判断单元，设置为根据检测结果判断出所述MOS管电路单元中的每个MOS管的状态；所述状态包括正常、短路、断路。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括显示单元，设置为显示MOS管的状态。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管为NMOS管或PMOS管。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管电路单元包括一个或多个子单元；多个子单元串联和/或并联。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个类型相同的MOS管：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管；第一MOS管的源极和第三MOS管的源极连接共同作为该子单元的输入端；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第一输出端，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第二输出端；第二MOS管的源极与第四MOS管的源极连接共同作为该子单元的第三输出端；

所述输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端作为在线通断检测的检测点。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个模块：第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块与第二模块串联；第三模块与第四模块串联；串联的第一模块和第二模块与串联的第三模块与第四模块并联；

每个模块包括并联的两个或两个以上MOS管。

本申请提供了一种供电系统，包括：

所述供电系统包括电源、作为电源端开关的电路；

所述作为电源端开关的电路包括控制单元和MOS管电路单元；所述MOS管电路单元串联在外部电源和外部负载之间，所述MOS管电路单元包括多个MOS管；

所述MOS管电路单元，设置为在根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测的任何时刻，所述MOS管电路单元向外部负载输出的电压不为0；

所述控制单元，设置为对所述MOS管电路单元中的每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括检测单元，设置为根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括判断单元，设置为根据检测结果判断出所述MOS管电路单元中的每个MOS管的状态；所述状态包括正常、短路、断路。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括显示单元，设置为显示MOS管的状态。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管为NMOS管或PMOS管。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管电路单元包括一个或多个子单元；多个子单元串联和/或并联。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个类型相同的MOS管：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管；第一MOS管的源极和第三MOS管的源极连接共同作为该子单元的输入端；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第一输出端，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第二输出端；第二MOS管的源极与第四MOS管的源极连接共同作为该子单元的第三输出端；

所述输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端作为在线通断检测的检测点。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个模块：第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块与第二模块串联；第三模块与第四模块串联；串联的第一模块和第二模块与串联的第三模块与第四模块并联；

每个模块包括并联的两个或两个以上MOS管。

本申请的其它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，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为现有技术的作为电源端开关的电路的示意图；

图2为现有技术对MOS管进行检测的流程图；

图3为本申请实施例的一种作为电源端开关的电路的示意图；

图4为本申请实施例的另一种作为电源端开关的电路的示意图；

图5为本申请实施例对图4中的MOS管进行检测的流程图。

具体实施方式

图3为本申请实施例的一种作为电源端开关的电路的示意图，如图3所示，该作为电源端开关的电路包括控制单元和MOS管电路单元；所述MOS管电路单元串联在外部电源和外部负载之间，所述MOS管电路单元包括多个MOS管；

所述MOS管电路单元，设置为在根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测的任何时刻，所述MOS管电路单元向外部负载输出的电压不为0；

所述控制单元，设置为对所述MOS管电路单元中的每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括检测单元，设置为根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括判断单元，设置为根据检测结果判断出所述MOS管电路单元中的每个MOS管的状态；所述状态包括正常、短路、断路。

例如，所述MOS管电路单元包括四个类型相同的MOS管：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管；

第一MOS管的源极和第三MOS管的源极连接共同作为所述电路的输入端；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接共同作为所述电路的第一输出端，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极连接共同作为所述电路的第二输出端；第二MOS管的源极与第四MOS管的源极连接共同作为所述电路的第三输出端；

所述电路的输入端设置为与外部电源的正极连接；所述电路的第三输出端设置为与外部负载连接；

所述控制单元，设置为对每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

所述检测单元，设置为检测所述电路的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端的电压值。

所述判断单元，设置为根据每个模块中的MOS管的导通或断开状态、以及检测到的所述电路的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端的电压值判断每个模块中的MOS管是否处于异常状态。

在一种示例性的实施例中，所述电路还包括显示单元，设置为显示MOS管的状态。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管为NMOS管或PMOS管。

在其他一些示例性的实施例中，每个MOS管可以为PMOS管，电路做对应的修改，检测逻辑做相应的修改即可。

在一种示例性的实施例中，所述MOS管电路单元包括一个或多个子单元；多个子单元串联和/或并联。

若要增加过电流能力，可以多并几个子单元实现。这样，也能检测出，每一颗MOS管的健康状态。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个类型相同的MOS管：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管；第一MOS管的源极和第三MOS管的源极连接共同作为该子单元的输入端；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第一输出端，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第二输出端；第二MOS管的源极与第四MOS管的源极连接共同作为该子单元的第三输出端；

所述输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端作为在线通断检测的检测点。

在一种示例性的实施例中，对于每个子单元：

包括四个模块：第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块与第二模块串联；第三模块与第四模块串联；串联的第一模块和第二模块与串联的第三模块与第四模块并联；

每个模块包括并联的两个或两个以上MOS管。

例如，将前述的第一MOS管可以替换成并联的多个第一MOS管，保持对外连接关系不变。

本申请控制单元、检测单元、Ubat判断单元、显示单元所涉及的方法均可通过现有技术实现，在此不做赘述。

本申请实施例通过更改电路架构，改为先串后并架构，可至少保持一路供电，并且增加了中间电电压检测，解决了现有技术若需要完全诊断，会出现负载端断电的情况。并且本申请实施例还能够实现在不断负载电的情景下，实现对每颗MOS管的短路，断路检测。

图4为本申请实施例的另一种作为电源端开关的电路的示意图；如图4所示，该作为电源端开关的电路包括4个MOS管(每个MOS管具有体二极管)。每个MOS管为NMOS管。每个MOS管的源极与体二极管的阳极连接，每个MOS管的漏极与体二极管的阴极连接。每两个MOS管的漏极连接，Q1和Q2的漏极连接，Q3和Q4的漏极连接，Q1的源极与Q3的源极连接作为共同的输入端，Q2和Q4的源极连接作为共同的输出端。输入端与电池的正极连接，输入端与负载一端连接，电池的负极与负载的另一端连接。输入端的电位用Ubat表示，输出端的电位用Uload表示，Q1的漏极电位用Um表示，Q3的漏极电位用Un表示。

图5示出了对图4电路进行MOS管检测的流程图，形成如表2的检测结果。

表2对图4电路进行MOS管检测的结果

需要说明，上表中假设状态中的“断”为彻底断路。操作中的“断开”为Vgs置0，使MOS不导通，但是体二极管还是正常存在。且假定体二极管的压降为0.7V。“\”表示不需要检测。

通过上述操作，可在负载至少在电压Ubat-0.7V的情况下，实现对每一颗MOS管的健康状态的诊断。

本申请实施例采用四颗NMOS作为电源端开关。在Ulaod不能掉电的前提下，通过检测Ubat，Um，Un，Uload电压，配合控制逻辑，实现检测四颗MOS管的健康状态，判断出其是否有断路及短路现象。

由于体二极管的过电流限值，诊断需要在Load在小电流(<5A)状态下进行。

本申请还提供了一种供电系统，所述供电系统包括电源、前述的作为电源端开关的电路。

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (9)

1.一种作为电源端开关的电路，其特征在于，

所述电路包括控制单元和MOS管电路单元；所述MOS管电路单元串联在外部电源和外部负载之间，所述MOS管电路单元包括多个MOS管；

所述MOS管电路单元，设置为在根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测的任何时刻，所述MOS管电路单元向外部负载输出的电压不为0；

所述控制单元，设置为对所述MOS管电路单元中的每个MOS管的栅极电位进行控制以使每个MOS管导通或断开。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述电路还包括检测单元，设置为根据预设策略对所述MOS管电路单元中的MOS管进行在线通断检测。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述电路还包括判断单元，设置为根据检测结果判断出所述MOS管电路单元中的每个MOS管的状态；所述状态包括正常、短路、断路。

4.如权利要求1-3任一项所述的电路，其特征在于，

所述电路还包括显示单元，设置为显示MOS管的状态。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述MOS管为NMOS管或PMOS管。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述MOS管电路单元包括一个或多个子单元；多个子单元串联和/或并联。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，

对于每个子单元：

包括四个类型相同的MOS管：第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管；第一MOS管的源极和第三MOS管的源极连接共同作为该子单元的输入端；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第一输出端，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极连接共同作为该子单元的第二输出端；第二MOS管的源极与第四MOS管的源极连接共同作为该子单元的第三输出端；

所述输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端作为在线通断检测的检测点。

8.如权利要求6所述的电路，其特征在于，

对于每个子单元：

包括四个模块：第一模块、第二模块、第三模块和第四模块；第一模块与第二模块串联；第三模块与第四模块串联；串联的第一模块和第二模块与串联的第三模块与第四模块并联；

每个模块包括并联的两个或两个以上MOS管。

9.一种供电系统，其特征在于，

所述供电系统包括电源、权利要求1-8任一项所述的作为电源端开关的电路。

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