CN101336399A

CN101336399A - 两级限流电源系统

Info

Publication number: CN101336399A
Application number: CNA2006800522363A
Authority: CN
Inventors: 约翰·詹姆斯·菲茨帕特里克
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: EP1979797A1; CN101336399B; BRPI0621012A2; WO2007089323A1; JP2009525721A; US20090219654A1

Abstract

一种两级限流电源系统(100)能够在电流过载状况期间减小热应力。根据典型实施例，电源系统(100)包括：测量装置(R6－R9，22，V2，Q3)，用于测量提供至负载的电流；以及处理器(28)，如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，处理器(28)在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流，如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，处理器(28)在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

Description

两级限流电源系统

本申请要求2006年2月2日向美国专利商标局提交的临时申请No.60/764581的优先权和所有权益。

技术领域

本发明总体上涉及电源系统，更具体地，涉及一种能够在过载状况下减小热应力的两级限流电源系统。

背景技术

单级限流电源在过载状况下会耗散过多的功率。从以下示例可以理解功率耗散的概念。假设电源元件(例如，稳压器等)典型地在正常工作模式下具有2伏特的电压降。在该示例中，如果流经元件的电流是500毫安，元件必然耗散1瓦特的功率(即，2伏特×500毫安)。例如对于短接的电源输出，可能发生更严重的状况。在该示例中，假设在电源输出短接时，电源元件(例如，稳压器等)具有20伏特的电压降。此时，如果流经元件的电流是500毫安，则元件必然耗散10瓦特的功率(即，20伏特×500毫安)。在前述示例中，由于功率耗散，电源的元件受到热应力损坏的风险可能增大。

针对过多功率耗散的相关潜在问题的一种方法是简单地构造具有更高电流处理能力的电源系统。但是，提高电源系统的电流处理能力带来了成本提高的问题，这可能是无法接受的，特别是对于成本比较敏感的应用。因此，希望构造一种电源系统，其能够在过载状况下减小热应力，但不会显著增加设计成本。

发明内容

根据本发明一方面，公开了一种用于保护电源的设备。根据典型实施例，该设备包括：第一装置，用于测量提供至负载的电流；以及第二装置，如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，第二装置在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流，如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，第二装置在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

根据本发明另一方面，公开了一种用于保护电源的方法。根据典型实施例，该方法包括步骤：测量提供至负载的电流；如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流；以及如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

根据本发明又一方面，公开了一种电源保护设备。根据典型实施例，该电源保护设备包括：测量装置，用于测量提供至负载的电流；以及处理器，如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，处理器在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流，如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，处理器在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

附图说明

参照如下结合附图对本发明实施例的描述，本发明的上述和其他特征、优点和实现方法显而易见，并且能够更好地理解本发明，附图中：

图1是根据本发明典型实施例的电源系统的示图；

图2是示出了根据本发明典型实施例的图1中电流控制电路的进一步细节的示图；

图3示出了根据本发明典型实施例的时序图；以及

图4是示出了根据本发明典型实施例的电源保护步骤的流程图。

这里描述的示例用于说明本发明的优选实施例，这些示例不应视为对本发明的保护范围有任何限制。

具体实施方式

现在参照附图，具体参照附图1，其中示出了根据本发明典型实施例的电源系统100。如图1所示，电源系统100包括升压电源10、稳压器20和电流控制电路30。稳压器20包括电压源V1、电阻器R1到R5、晶体管Q1和Q2以及运算放大器12。电压源V1的示例值是5伏特。电阻器R1到R5的示例值分别是10千欧姆、1千欧姆、10千欧姆、10千欧姆和10千欧姆。根据设计选择，也可以使用前述示例值之外的其他值。

根据典型实施例，电源系统100用在卫星接收机中。根据该典型实施例，电源系统100可以具体实现于诸如机顶盒的电子设备的内部，图1中示出的负载可以表示卫星接收机的低噪声模块(LNB)。当然，本领域技术人员会认识到电源系统100也可以用在其他应用中。

对于图1的电源系统，由于在特定状况下的功率耗散，稳压器20的元件可能受到热应力损坏。例如，假设在正常工作模式下，稳压器20的晶体管Q1上的电压降典型是2伏特，如图1所示。在这种情况下，如果流经稳压器20的电流是500毫安，则稳压器20必然耗散1瓦特的功率(即，2伏特×500毫安)。这可以看作是软故障状况。对于例如稳压器20的负载更重的情况，可能发生更加严重的硬故障状况。例如，假设稳压器20的晶体管Q1上的电压降典型是2伏特，并且流经稳压器20的电流是700毫安。稳压器20必然耗散1.4瓦特的功率(即，2伏特×700毫安)。如下将描述的，本发明能够处理这些类型的故障状况，从而减小稳压器20的元件受到热应力损坏的风险。

根据本发明原理，电源系统100使用两级限流技术，该技术在电流过载状况下减小了稳压器20受到的热应力。根据典型实施例，电源系统100采用500和700毫安这两个电流阈值。如果流经稳压器20至负载的电流小于500毫安，电源系统100处于正常工作模式。但是，如果流经稳压器20至负载的电流达到或超过500毫安并持续了第一测试时段(例如，1秒等)，电流控制电路30检测到该状况，并提供控制信号C，以在第一禁用时段(例如1秒等)内禁用(即，关闭)稳压器20。此外，如果流经稳压器20至负载的电流超过700毫安并持续了第二测试时段(例如，35毫秒等)，电流控制电路30检测到该状况，并提供控制信号C，以在第二禁用时段(例如1.25秒等)内禁用稳压器20。通过这样禁用稳压器20，本发明有利地减小了稳压器20的元件可能受到的热应力损坏。

参照图2，示出了根据本发明典型实施例的图1中电流控制电路30的具体细节。如图2所示，电路控制电路30包括电压源V2和V3、电阻器R6到R14、晶体管Q3、运算放大器22、比较器24和26、以及处理器28。电压源V2和V3的示例值分别是30伏特和3.3伏特。电阻器R6到R14的示例值分别是0.1欧姆、1千欧姆、1千欧姆、33干欧姆、12千欧姆、8千欧姆、20千欧姆、10千欧姆和10千欧姆。根据设计选择，也可以使用前述示例值之外的其他值。

图2中，运算放大器22及其相关电路用作对提供至负载(例如，LNB)的电流的大小进行测量的测量装置。根据典型实施例，电压源V2、电阻器R6到R9、晶体管Q3和运算放大器22用作电流至电压换能器，该换能器产生大小与提供至负载的电流的大小相对应的电压。比较器24和26接收从电流至电压换能器产生的输出电压，并用作阈值检测器来检测提供至负载的电流(对应于电流至电压换能器的输出电压)是否达到某些预定阈值。

根据典型实施例，如果提供至负载电流等于或超过第一阈值500毫安，则比较器26向处理器28提供处于逻辑高状态的第一检测信号A。如果提供至负载电流小于第一阈值500毫安，则第一检测信号A处于逻辑低状态。此外，根据该典型实施例，如果提供至负载电流超过第二阈值700毫安，则比较器24向处理器28提供处于逻辑高状态的第二检测信号B。如果提供至负载电流小于或等于第二阈值700毫安，则第二检测信号B处于逻辑低状态。

处理器28进行操作，以响应于分别从比较器26和24提供的第一和第二检测信号A和B，控制提供至负载的电流。根据这里所述的典型实施例，如果流经稳压器20至负载的电流小于500毫安，电源系统100处于正常工作模式。但是，如果流经稳压器20至负载的电流达到或超过500毫安并持续了第一测试时段(例如，1秒等)，处理器28响应于来自比较器26的处于逻辑高状态的第一检测信号A，检测到该状况，并提供控制信号C，以在第一禁用时段(例如，1秒等)内禁用(即，关闭)稳压器20。此外，如果流经稳压器20至负载的电流超过700毫安并持续了第二测试时段(例如，35毫秒等)，处理器28响应于来自比较器24的处于逻辑高状态的第二检测信号B，检测到该状况，并提供控制信号C，以在第二禁用时段(例如，1.25秒等)内禁用稳压器20。通过这样禁用稳压器20，本发明有利地减小了稳压器20的元件可能受到的热应力损坏。注意，这里所示的特定电流阈值、测试时段和禁用时段只是示例性的，根据本发明原理，可以按照设计选择采用其他电流阈值、测试时段和禁用时段。

参照图3，示出了根据本发明典型实施例的时序图。具体而言，图3的时序图示出了上述处理器28的操作。在时间1，至负载的电流小于500毫安，电源系统100处于正常工作模式。在时间2，至负载的电流超过500毫安，引起比较器26输出处于逻辑高状态的第一检测信号A。处理器28通过启动用于测量第一测试时段(例如，1秒等)的第一内部定时器T1，对处于逻辑高状态的第一检测信号A进行响应。当第一内部定时器T1在时间3到时时，处理器28输出控制信号C，以在第一禁用时段(例如，1秒等)内禁用(即，关闭)稳压器20，第一禁用时段在时间4处结束，此时重新启用至负载的电流。接下来，在时间5，至负载的电流超过700毫安，引起比较器24输出处于逻辑高状态的第二检测信号B。处理器28通过启动用于测量第二测试时段(例如，35毫秒等)的第二内部定时器T2，对处于逻辑高状态的第二检测信号B进行响应。当第二内部定时器T2在时间6到时时，处理器28输出控制信号C，以在第二禁用时段(例如，1.25秒等)内禁用稳压器20，第二禁用时段在时间7处结束，此时重新启用至负载的电流。

参照图4，示出了根据本发明典型实施例的用于保护电源的步骤流程图400。为了示例和说明目的，参照图1电源系统100和图2所示电流控制电路30，描述图4的步骤。图4的步骤只是示例性的，不旨在对本发明进行任何限制。

在步骤405，电源系统100处于正常工作模式。在步骤410，执行电流测试，测量提供给负载(例如，LNB)的电流的大小。根据典型实施例，电流控制电路30产生大小与提供至负载(例如，LNB)的电流的大小相对应的电压。根据该典型实施例，电流控制电路30的电压源V2、电阻器R6到R9、晶体管Q3和运算放大器22用作电流至电压换能器，该换能器产生大小与提供至负载的电流的大小相对应的电压。比较器24和26接收从电流至电压换能器产生的输出电压，并作为阈值检测器来检测提供至负载的电流(对应于电流至电压换能器的输出电压)是否达到某些预定阈值。根据典型实施例，如果提供至负载电流等于或超过第一阈值500毫安，则比较器26向处理器28提供处于逻辑高状态的第一检测信号A。如果提供至负载电流超过第二阈值700毫安，则比较器24向处理器28提供处于逻辑高状态的第二检测信号B。由此，处理器28基于第一和第二检测信号A和B的逻辑状态，确定提供至负载的电流的大小。

如果步骤410的电流测试指示电流小于500毫安，流程前进到步骤415，在步骤415处理器28将第一和第二内部定时器T1和T2重置到预定初始值(例如，0)。如上所述，第一和第二内部定时器T1和T2分别测量第一和第二测试时段。流程从步骤415循环回到步骤405，在步骤405是正常工作模式。

如果步骤410的电流测试指示电流大于或等于500毫安但是小于或等于700毫安，流程前进到步骤420，在步骤420处理器28将第一定时器T1递增。流程从步骤420前进到步骤425，在步骤425处理器28确定第一定时器T1是否到时。根据典型实施例，当第一定时器T1达到与示例的第一测试时段相对应的1秒时，第一定时器T1到时。如果在步骤425，第一定时器T1还未到时，则流程循环回到步骤410，这里再次执行电流测试。

如果步骤410的电流测试指示电流大于700毫安，流程前进到步骤430，在步骤430处理器28将第二定时器T2递增。流程从步骤430前进到步骤435，在步骤435处理器28确定第二定时器T2是否到时。根据典型实施例，当第二定时器T2达到与示例的第二测试时段相对应的35毫秒时，第二定时器T2到时。如果在步骤435，第二定时器T2还未到时，则流程循环回到步骤410，这里再次执行电流测试。

如果处理器在步骤425确定第一定时器T1已到时或者在步骤435确定第二定时器T2已到时，或流程前进到步骤440，在步骤440处理器28禁用至负载的电流。根据典型实施例，处理器28通过输出控制信号C(见图2和3)，禁用至负载的电流。流程从步骤440前进到步骤445，在步骤445处理器28等待所采用的禁用时段。根据典型实施例，如果第一定时器T1在步骤425已过时，则处理器28在步骤445等待第一禁用时段(例如，1秒等)，如果第二定时器T2在步骤435已过时，则处理器28在步骤445等待第二禁用时段(例如，1.25秒等)。在处理器28在步骤445等待所用的禁用时段之后，流程前进到步骤450，在步骤450处理器28通过转换控制信号C(见图3)的逻辑状态，重新启用至负载的电流。流程从步骤450循环回到步骤415，在步骤415处理器28将第一和第二内部定时器T1和T2重置为预定初始值(例如，0)。

如上所述，本发明提供了能够在电流过载状况下减小热应力的两级限流电源系统。再次注意，虽然参照特定电流阈值、测试时段和禁用时段描述了本发明的优选实施例，但是这些特定值只是示例性的，不是要对本发明进行任何限制。本领域技术人员会认识到按照设计选择可以使用其他电流阈值、测试时段和禁用时段。本发明可以应用于使用电源系统的多种应用。虽然描述了具有优选设计的本发明，但是在本公开的精神和范围内可以进一步修改本发明。因此，本申请旨在涵盖使用本发明总体原理的任何变体、用途或改变。此外，本申请旨在涵盖与本发明相关并落入所附权利要求保护范围的属于本领域公知或惯用手段的本公开之外的内容。

Claims

1.一种用于保护电源的设备(30)，所述设备包括：

第一装置(R6-R9，22，V2，Q3)，用于测量提供至负载的电流；以及

第二装置(28)，如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，第二装置(28)在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流，如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，第二装置(28)在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

2.根据权利要求1所述的设备(30)，其中

所述第一阈值小于所述第二阈值；

所述第一禁用时段比所述第二禁用时段短；以及

所述第一测试时段比所述第二测试时段长。

3.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述负载包括卫星接收机的低噪声模块。

4.根据权利要求1所述的设备(30)，还包括：

第三装置(26)，用于如果所述电流超过所述第一阈值，则向所述第二装置(28)提供第一检测信号(A)；以及

第四装置(24)，用于如果所述电流超过所述第二阈值，则向所述第二装置(28)提供第二检测信号(B)。

5.根据权利要求1所述的设备(30)，其中所述第一装置(R6-R9，22，V2，Q3)产生对应于所述电流的电压。

6.根据权利要求1所述的设备(30)，其中，在所述第一和第二禁用时段之一内所述电流被禁用之后，所述第二装置(28)启用至所述负载的所述电流。

7.一种用于保护电源的方法(400)，包括步骤：

测量提供至负载的电流(410)；

如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流(420，425，440，445)；以及

如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流(430，435，440，445)。

8.根据权利要求7所述的方法(400)，其中

所述第一阈值小于所述第二阈值；

所述第一禁用时段比所述第二禁用时段短；以及

所述第一测试时段比所述第二测试时段长。

9.根据权利要求7所述的方法(400)，其中所述负载包括卫星接收机的低噪声模块。

10.根据权利要求7所述的方法(400)，还包括步骤：

如果所述电流超过所述第一阈值，产生第一检测信号(A)；以及

如果所述电流超过所述第二阈值，产生第二检测信号(B)。

11.根据权利要求7所述的方法(400)，其中所述测量步骤(410)包括：产生对应于所述电流的电压。

12.根据权利要求7所述的方法(400)，还包括步骤：在所述第一和第二禁用时段之一内所述电流被禁用之后，启用至所述负载的所述电流(450)。

13.一种电源保护设备(30)，包括：

测量装置(R6-R9，22，V2，Q3)，用于测量提供至负载的电流；以及

处理器(28)，如果所述电流超过第一阈值达第一测试时段，处理器(28)在第一禁用时段内禁用至所述负载的所述电流，如果所述电流超过第二阈值达第二测试时段，处理器(28)在第二禁用时段内禁用至所述负载的所述电流。

14.根据权利要求13所述的电源保护设备(30)，其中

所述第一阈值小于所述第二阈值；

所述第一禁用时段比所述第二禁用时段短；以及

所述第一测试时段比所述第二测试时段长。

15.根据权利要求13所述的电源保护设备(30)，其中所述负载包括卫星接收机的低噪声模块。

16.根据权利要求13所述的电源保护设备(30)，还包括：

与所述测量装置(R6-R9，22，V2，Q3)连接的第一比较器(26)，用于在所述电流超过所述第一阈值时，向所述处理器(28)提供第一检测信号(A)；以及

与所述测量装置(R6-R9，22，V2，Q3)连接的第二比较器(24)，用于在所述电流超过所述第二阈值时，向所述处理器(28)提供第二检测信号(B)。

17.根据权利要求13所述的电源保护设备(30)，其中所述测量装置(R6-R9，22，V2，Q3)产生对应于所述电流的电压。

18.根据权利要求13所述的电源保护设备(30)，其中，在所述第一和第二禁用时段之一内所述电流被禁用之后，所述处理器(28)启用至所述负载的所述电流。