專利名稱：檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法及檢測保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直流均流電源模塊，特別涉及一種檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法及檢測保護電路。

圖1所示為現(xiàn)有常用的一種電源系統(tǒng)示意圖。其中，每個模塊的輸出使用繼電器作為脫離單元實現(xiàn)輸出的熱插拔等功能，輸出通過直流母線并聯(lián)向負載供電。該系統(tǒng)的缺陷是當系統(tǒng)母線不帶蓄電池時，且系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)量少時，如果一個模塊內(nèi)部短路，正常模塊對之倒灌的電流不夠大，該模塊的保險就不會被沖斷，這樣將會導致系統(tǒng)其他模塊限流，母線電壓降低直至0V，導致整個系統(tǒng)掉電，降低系統(tǒng)供電的可靠性。本發(fā)明的目的在于提供一種可實時檢測到電源模塊副邊內(nèi)部短路的方法及檢測保護電路，克服現(xiàn)有技術的缺陷。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，包括如下步驟S11實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，判斷模塊輸出電流的方向與大小，以判斷模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路；S12發(fā)生短路時，關閉主功率變換器，斷開可控脫離單元，并上報故障。
步驟S11中，如果判斷電流由模塊輸出高電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出低電平端，則判斷模塊正常；如果判斷電流由模塊輸出低電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端，且電流值小于一預設值，則判斷模塊正常；如果判斷電流由模塊輸出低電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端，且電流值大于預設值，則判斷模塊輸出端內(nèi)部出現(xiàn)短路故障。
本發(fā)明方法還包括如下步驟同時實時檢測電源模塊輸出回路上副邊脫離單元之前一點的電壓，以判斷輸出是否欠壓。
如果判斷輸出欠壓，上報欠壓故障。
本發(fā)明還提供了一種電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，包括主控制電路，還包括輸出電流檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，判斷模塊輸出電流的方向與大小，以判斷模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路，發(fā)生短路時，關閉主功率變換器，斷開可控脫離單元，并相應輸出關機告警信號到主控制電路電路，上報故障。
本發(fā)明系統(tǒng)還包括輸出欠壓檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上副邊脫離單元之前一點的電壓，以判斷輸出是否欠壓，并相應輸出欠壓告警信號到主控制電路電路，上報故障。
所述一段具有固定電阻的線路位于靠近模塊輸出端口處。
所述線路的一端是模塊輸出低電平端，另一端是模塊副邊的參考零電位。
所述線路的一端是模塊輸出高電平端，另一端是模塊副邊輸出回路上一點，且所述點到模塊輸出高電平端之間是一條具有固定的電阻值的通路。
所述可控脫離單元是繼電器、MOS管、斷路器、隔離開關、保險、熔斷器中的一種或幾種的組合。
本發(fā)明通過上述輸出電流檢測電路和輸出欠壓檢測電路一起作用，可以在各種使用條件下、無論輸出保險是否被沖斷，實現(xiàn)將輸出端內(nèi)部出現(xiàn)短路故障的模塊從系統(tǒng)上脫離，并以欠壓告警方式上報故障在系統(tǒng)帶蓄電池或者電源系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)量足夠多的條件下，當出現(xiàn)內(nèi)部短路故障、輸出保險被沖斷、模塊自動從系統(tǒng)脫離時，實現(xiàn)模塊以欠壓告警方式上報故障；在不帶蓄電池且電源系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)量比較少的條件下，可以通過輸出電流檢測電路判別模塊輸出端內(nèi)部短路，實現(xiàn)關機，同時斷開可控脫離單元并上報模塊輸出端內(nèi)部短路故障。提高了系統(tǒng)供電的可靠性。圖1是現(xiàn)有常用的一種電源系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例中模塊輸出回路的電路結構示意圖。
圖3是本發(fā)明實施例一中輸出電流檢測電路的電路結構示意圖。
圖4是本發(fā)明中輸出欠壓檢測電路的電路結構示意圖。
圖5是本發(fā)明實施例二中輸出電流檢測電路的電路結構示意圖。本發(fā)明實施例就以圖2所示一種電源模塊輸出回路的電路闡述本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理。
圖2中的電容C126、C125、C110是輸出濾波電容，一般而言電容C126的電容值遠大于C110；F102為輸出保險，在此作為不可控脫離單元；K102為輸出繼電器，在此作為可控脫離單元；因為C110的存在，需要在輸出繼電器K102上并金膜電阻R124；L106是輸出共模電感；C128、C129是Y電容；L108、C127為LC濾波，針對特定頻率進行濾波。在斷開可控脫離單元K102時，二極管D112用于將輸出繼電器線圈短路。
一種電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，包括主控制電路、輸出電流檢測電路和輸出欠壓檢測電路。
輸出電流檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，以判斷模塊輸出電流的方向與大小，從而判斷出模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路，并相應輸出關機告警信號到主控制電路，上報故障。其中，上述一段具有固定電阻的線路最好取在位于靠近模塊輸出端口(模塊輸出高電平端OUT+或模塊輸出低電平端OUT-)處，線路上可以包括銅皮、磁性元件導線、電阻、保險等之一或者其組合，只要這段線路具有固定電阻即可。
輸出欠壓檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上副邊脫離單元之前一點的電壓，以判斷輸出是否欠壓，并相應輸出欠壓告警信號到主控制電路。欠壓告警點之所以取在副邊脫離單元之前，是因為多個電源模塊并聯(lián)時或者帶蓄電池時，某一電源模塊內(nèi)部短路之后保險、熔斷器等會被沖斷，因此保險、熔斷器之后的電壓可能會正常，但之前的電壓將無法建立。而且如果短路故障發(fā)生在電源模塊輸出回路中脫離單元之后的部分的話，模塊本身是無法自動從系統(tǒng)脫離的。其中，脫離單元分為可控脫離單元和不可控脫離單元兩種。可控脫離單元包括繼電器、MOS管、斷路器、隔離開關等，不可控脫離單元包括保險、熔斷器等。
主控制電路，用于對輸入其的各種信號進行處理，進行相應的關閉主功率變換器、斷開可控脫離單元、告警并上報故障等操作。
下面根據(jù)附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步闡述。
實施例一所述一段具有固定電阻的線路的一端是模塊輸出低電平端(OUT-)，另一端是模塊副邊的參考零點位(圖2中的GND1)。欠壓告警點取在圖2中的VO1點。
如圖3所示，輸出電流檢測電路主要包括功率放大器U1和U2。功率放大器U1的正相輸入端分別通過電阻R505和電阻R506與第一預設電壓VREF和圖2中參考零點位GND1點相連，其反相輸入端分別通過電阻R507和電阻R508、R509與第一預設電壓VREF和圖2中電源模塊反相輸出端OUT-相連，其輸出端通過電阻R510與功率放大器U2的正相輸入端相連。功率放大器U2的反相輸入端與第二預設電壓VREF2相連，其正相輸入端同時與濾波電容C502的一端、二極管D501的陰極相連，其輸出端與二極管D501的陽極相連。濾波電容C502的另一端接地。還包括二極管D502，其陽極與二極管D501的陽極相連，其陰極作為輸出電流檢測電路的輸出端與主控制電路相連。還包括濾波電容C501，其一端與功放U1的反相輸入端相連，另一端接地。
上述電路的工作原理是電源模塊正常運行時，其負向輸出端OUT-的電平要高于模塊副邊的參考零點位GND1的電平，代表電流由模塊輸出高電平端OUT+經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出低電平端OUT-。而在電源模塊發(fā)生副邊內(nèi)部短路時OUT-的電平低于GND1的電平，且電流值大于第一預設電壓VREF所對應的負載電流值，代表電流由模塊輸出低電平端OUT-經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端OUT+。當OUT-的電平低于GND1的電平，但是電流值小于第一預設電壓VREF所對應的負載電流值時，也認為模塊正常運行。這是因為為了實現(xiàn)電源模塊的熱插拔功能，當電源系統(tǒng)已經(jīng)在工作時，此時進行模塊的更換，系統(tǒng)母線會對新插入的電源模塊的輸出電容充電，該電流的方向與正常電流方向相反，該電流的大小與系統(tǒng)母線電壓、金膜電阻R124有關。該電流一般小于輸出額定負載電流數(shù)值的10％，方向與正常電流相反，工程中常取在0.5A左右。實現(xiàn)熱插拔的方式有多種方案，有的方案是沒有倒灌電流的，此時就可以將第一預設值設為零。當模塊正常時，功率放大器U2的輸出端輸出一低電平，并不觸發(fā)主控制電路的動作電路。當模塊副邊內(nèi)部短路時，功率放大器U2的輸出端輸出高電平，觸發(fā)主控制電路中的動作電路，使得主控制電路發(fā)出信號，直接關掉主功率電路，并斷開可控脫離單元(圖2中是繼電器K102)，同時告警。由于一旦發(fā)生短路故障，輸出保險、熔斷器可能會被沖斷，此時OUT-的電平就等于GND1的電平，導致功放U1的輸出變?yōu)榈碗娖?，但是因為功放U2的輸出端通過二極管D501倒灌到其正相輸入端，因此其輸出端能夠保持高電平輸出，不受OUT-信號變化的影響。
一般情況下，主控制電路電路中的主控芯片既有高電平關機的引腳，也有低電平屏蔽主功率電路驅動的引腳，本實施例中選用的是高電平關機的引腳，因此功放U2通過二極管D502到主控芯片，直接關掉主功率電路。
在實際應用過程中，因為誤操作、或者電源模塊之外的設備故障等原因，電源模塊輸出端接到電壓很高(一般為相對于其自身輸出電壓的1.5倍以上)的一個設備上，此時電源模塊的輸出端元器件會被擊穿短路，輸出保險被沖斷，而此時輸出電流方向及大小檢測動作電路因為其器件固有的延時或者為避免干擾加入濾波措施引入的延時導致該電路可能來不及動作，無法實現(xiàn)故障檢測及告警，因此需要輸出欠壓檢測電路進行補充。
如圖4所示，輸出欠壓檢測電路主要包括功率放大器U3，其正相輸入端通過電阻R511與第一預設電壓VREF相連，其反相輸入端通過電阻R272D與欠壓告警點(圖2中的VO1點)相連，其輸出端與主控制電路相連。還包括電阻R512，跨接在功放U3的正相輸入端與輸出端之間。還包括電阻R281D，其一端與功放U3的反相輸入端相連，另一端接地。當模塊輸出端內(nèi)部短路時輸出電壓很低，輸出欠壓檢測電路可檢測到欠壓當模塊輸出電壓小于第一預設電壓VREF時，功放U3就會輸出一高電平，觸發(fā)主控制電路中的告警電路，上報欠壓故障，但不關機，也不斷開可控脫離單元。
實施例二本實施例中輸出欠壓檢測電路的電路結構和工作原理與實施例一中完全相同。所述一段具有固定電阻的線路的一端是模塊輸出高電平端(OUT+)，另一端是模塊副邊輸出回路上一點，本實施例中采用圖2電路中的VO3點。
如圖5所示，輸出電流檢測電路主要包括功率放大器U4、U5和U6。功率放大器U4的正相輸入端分別通過電阻R486、電阻R485和電容C303與模塊輸出高電平端OUT+、地和其反相輸入端相連，其反相輸入端分別通過電阻R493和電阻R494與圖2電路中的VO3點和其輸出端相連，其輸出端通過電阻R664與功率放大器U5的正相輸入端相連，其正電源端與電源VCC1以及電容C442的一端相連，其負電源端與電源VCC3以及電容C443的一端相連。電容C442和電容C443的另一端接地。功率放大器U5的正相輸入端通過電容C379接地，其反相輸入端通過電阻R514接地，其輸出端通過電阻R510與功放U6的正相輸入端相連，其正電源端與電源VCC1相連，其負電源端與電源VCC3相連。功放U6的正相輸入端通過電容C502接地，并與二極管D501的陰極相連，其反相輸入端與第二預設電壓VREF2相連，其輸出端與二極管D501的陽極相連。還包括二極管D502，其陽極與二極管D501的陽極相連，其陰極作為輸出電流檢測電路的輸出端與主控制電路相連。其中，電源VCC3是相對于模塊副邊的參考零點位GND1的負電源。
上述電路的工作原理是電源模塊正常運行時，其正相輸出端OUT+的電平要低于VO3點的電平，代表電流由模塊輸出高電平端OUT+經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出低電平端OUT-。而在電源模塊發(fā)生副邊內(nèi)部短路時OUT+的電平高于VO3點的電平，代表電流由模塊輸出低電平端OUT-經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端OUT+。當模塊正常時，功率放大器U6的輸出端輸出一低電平，并不觸發(fā)主控制電路的動作電路。當模塊副邊內(nèi)部短路時，功率放大器U6同時由于功放U6的輸出端通過二極管D501倒灌到其正相輸入端，因此其輸出端能夠保持高電平輸出，不受OUT+信號變化的影響。
一般情況下，主控制電路電路中的主控芯片既有高電平關機的引腳，也有低電平屏蔽主功率電路驅動的引腳，本實施例中選用的是高電平關機的引腳，因此功放U6通過二極管D502到主控芯片，直接關掉主功率電路。
綜上所述，本發(fā)明的發(fā)明思路是通過上述輸出電流檢測電路和輸出欠壓檢測電路一起作用，可以在各種使用條件下、無論輸出保險是否被沖斷，實現(xiàn)將輸出端內(nèi)部出現(xiàn)短路故障的模塊從系統(tǒng)上脫離，并以欠壓告警方式上報故障在系統(tǒng)帶蓄電池或者電源系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)量足夠多的條件下，當出現(xiàn)內(nèi)部短路故障、輸出保險被沖斷、模塊自動從系統(tǒng)脫離時，實現(xiàn)模塊以欠壓告警方式上報故障；在不帶蓄電池且電源系統(tǒng)并聯(lián)模塊數(shù)量比較少的條件下，可以通過輸出電流檢測電路判別模塊輸出端內(nèi)部短路，實現(xiàn)關機，同時斷開可控脫離單元并上報模塊輸出端內(nèi)部短路故障。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明電路可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
權利要求
1.檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，其特征在于，包括如下步驟S11實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，判斷模塊輸出電流的方向與大小，以判斷模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路；S12發(fā)生短路時，關閉主功率變換器，斷開可控脫離單元，并上報故障。
2.根據(jù)權利要求1所述的檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，其特征在于步驟S11中，如果判斷電流由模塊輸出高電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出低電平端，則判斷模塊正常；如果判斷電流由模塊輸出低電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端，且電流值小于一預設值，則判斷模塊正常；如果判斷電流由模塊輸出低電平端經(jīng)由模塊外部電路流回模塊輸出高電平端，且電流值大于預設值，則判斷模塊輸出端內(nèi)部出現(xiàn)短路故障。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，其特征在于，還包括如下步驟同時實時檢測電源模塊輸出回路上副邊脫離單元之前一點的電壓，以判斷輸出是否欠壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，其特征在于如果判斷輸出欠壓，上報欠壓故障。
5.電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，包括主控制電路，其特征在于還包括輸出電流檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，判斷模塊輸出電流的方向與大小，以判斷模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路，發(fā)生短路時，關閉主功率變換器，斷開可控脫離單元，并相應輸出關機告警信號到主控制電路電路，上報故障。
6.根據(jù)權利要求5所述的電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，其特征在于還包括輸出欠壓檢測電路，用于實時檢測電源模塊輸出回路上副邊脫離單元之前一點的電壓，以判斷輸出是否欠壓，并相應輸出欠壓告警信號到主控制電路電路，上報故障。
7.根據(jù)權利要求5所述的電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，其特征在于所述一段具有固定電阻的線路位于靠近模塊輸出端口處。
8.根據(jù)權利要求7所述的電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，其特征在于所述線路的一端是模塊輸出低電平端(OUT-)，另一端是模塊副邊的參考零電位。
9.根據(jù)權利要求7所述的電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，其特征在于所述線路的一端是模塊輸出高電平端(OUT+)，另一端是模塊副邊輸出回路上一點，且所述點到模塊輸出高電平端(OUT+)之間是一條具有固定的電阻值的通路。
10.根據(jù)權利要求5所述的電源模塊副邊內(nèi)部短路檢測保護電路，其特征在于所述可控脫離單元是繼電器、MOS管、斷路器、隔離開關、保險、熔斷器中的一種或幾種的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及直流電源模塊，特別涉及一種檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法及檢測保護電路。檢測電源模塊輸出端內(nèi)部短路的保護方法，包括如下步驟S11實時檢測電源模塊輸出回路上某一段具有固定電阻的線路的電壓，判斷模塊輸出電流的方向與大小，以判斷模塊輸出端內(nèi)部是否發(fā)生短路；S12發(fā)生短路時，關閉主功率變換器，斷開可控脫離單元，并上報故障。本發(fā)明通過上述輸出電流檢測電路和輸出欠壓檢測電路一起作用，可以在各種使用條件下、無論輸出保險是否被沖斷，實現(xiàn)將輸出端內(nèi)部出現(xiàn)短路故障的模塊從系統(tǒng)上脫離，并以欠壓告警方式上報故障。
文檔編號H02H7/10GK1770579SQ200510100149
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2005年9月29日
發(fā)明者李軍, 吳寶善, 任曌華 申請人:艾默生網(wǎng)絡能源有限公司