CN117638807B - 一种具有独立关断功能的多路输出反激电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，包括反激电源模块、电源监控模块和若干过流保护模块。本发明公开的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，反激电源模块的主路输出为单片机供电，使用电源监控模块对其监控，若发生故障，直接复位重启单片机。任一辅路输出过流，会导致其输出电压偏低，使用比较器检测电压低于设定阈值，比较器输出故障信号给D触发器锁存故障，D触发器输出信号断开后级故障电路，实现独立的单路过流关断，而不影响其他输出回路的正常工作，如主路输出供电的单片机模块在其他辅路过流关断时，仍可以做通信，故障保护、故障状态记录。
Description
技术领域
本发明属于反激电源输出技术领域，具体涉及一种具有独立关断功能的多路输出反激电源。
背景技术
反激电源拓扑可以提供多路输出电压，满足电机控制器各模块供电，如主控单片机模块、旋变模块、驱动模块等，具有低成本、高效率的特点。输出回路分为主路输出和辅路输出，主路输出精度高，一般用于主控单片机模块供电；辅路输出受交叉调整率影响，精度较差，一般用于旋变模块、驱动模块等供电。旋变模块和驱动模块电路相对复杂，易发生短路过流故障。
使用同类反激电源拓扑的电机控制器主要使用以下方案：
1、所有输出不加过流保护电路，一旦发生短路，使反激电源发生过流保护，即所有输出回路断电，电机控制器会立即下电，单片机不工作，无法做通信、故障保护、故障状态记录等。
2、在主路输出使用电源监控芯片，在辅路输出中使用三极管做限流，限制最大输出电流在过流保护阈值以下，由于三极管工艺限制，功率较小，此方案仅适用于小电流、小电压的输出回路，否则三极管会烧毁，无法覆盖高电压、大电流输出回路短路保护。
因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，反激电源模块的主路输出为单片机供电，使用电源监控模块对其监控，若发生故障，直接复位重启单片机。任一辅路输出过流，会导致其输出电压偏低，使用比较器检测电压低于设定阈值，比较器输出故障信号给D触发器锁存故障，D触发器输出信号断开后级故障电路，实现独立的单路过流关断，而不影响其他输出回路的正常工作，如主路输出供电的单片机模块在其他辅路过流关断时，仍可以做通信，故障保护、故障状态记录。
为达到以上目的，本发明提供一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，包括反激电源模块、电源监控模块和若干过流保护模块，其中：
所述反激电源模块的主路通过所述电源监控模块将供电传输到单片机，所述电源监控模块实时对主路输出的电源的稳定性进行监测，如果主路输出的电源发生异常，则所述电源监控模块输出复位信号到单片机，从而使得重启单片机；
所述反激电源模块的各个辅路分别通过对应的所述过流保护模块将供电传输到各个后级电路，各个所述过流保护模块分别对自身匹配的辅路输出的电源进行过流监测；如果任一辅路输出发生短路过流故障，则导致该辅路输出的电压低于阈值并且对应的所述过流保护模块切断对后级电路的供电，从而不影响其余供电回路(主路和其他辅路供电)的正常供电。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述过流保护模块包括比较器U1、锁存器U2、三极管U3、场效应管U4和场效应管U5，所述过流保护模块的保护原理为：
所述反激电源模块通过电源输入上电，与所述锁存器U2的MR端连接的MCU_OUT口发出低电平，以使得MR端被置低，从而使得与所述锁存器U2的Q端连接的三极管U3的集电极输出高电平，进而通过所述场效应管U4后，所述场效应管U5开通，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
所述反激电源模块上电之后正常工作，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，并且MCU_OUT口再发出高电平，从而所述锁存器U2的MR端被置高并且三极管U3的集电极输出保持高电平，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
当所述电压比较器U1的负极输入端输入的输入电压过流欠压，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，以使得所述锁存器U2的CP端接收到上升沿并且D端接收到高电平，从而三极管U3的集电极输出低电平，进而通过所述场效应管U4后，所述场效应管U5关断，最终辅路输出切断对自身后级电路的供电。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述比较器U1的正极输入端输入基准电压(Vref)，所述比较器U1的输出端一路与所述锁存器U2的D端电性连接并且另一路通过电阻R2与所述锁存器U2的CP端电性连接。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述锁存器U2的Q端与所述三极管U3的基极电性连接并且所述三极管U3的集电极与所述场效应管U4的栅极电性连接，所述三极管U3的集电极还通过电阻R3连接电源端(3V3)并且所述三极管U3的发射极接地。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述场效应管U4的源极接地并且所述场效应管U4的漏极通过电阻R4与所述场效应管U5的栅极电性连接，所述场效应管U5的栅极和漏极之间连接有电阻R5，所述场效应管U5的源极连接后级电路并且所述场效应管U5的漏极与所述比较器U4的负极输入端电性连接。
本发明的有益效果在于：
1、高压、大负载辅路输出发生短路过流故障时，使用本发明可以断开后级电路，不影响其他输出回路工作。
2、辅路输出发生过流故障，若不立即断开，会使反激电源所有输出立即下电，电机控制器不能做通信、故障保护、故障状态记录等动作，其处于未知状态，影响整车安全。但是本发明通过断开故障回路输出，避免上述工况发生。
3、实现了一套反激电源拓扑提供电机控制器不同电压、不同功率等级负载供电，而不用担心由于某一输出回路故障，影响其他回路而使用多套电源。降低了成本，同时缩小了电源模块的占电路板的面积，有利于控制器的小型化。
附图说明
图1是本发明的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源的架构图。
图2是本发明的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源的过流保护模块的电路图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的单片机和后级电路等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，包括反激电源模块、电源监控模块和若干过流保护模块，其中：
所述反激电源模块的主路通过所述电源监控模块将供电传输到单片机，所述电源监控模块实时对主路输出的电源的稳定性进行监测，如果主路输出的电源发生异常，则所述电源监控模块输出复位信号到单片机，从而使得重启单片机；
所述反激电源模块的各个辅路分别通过对应的所述过流保护模块将供电传输到各个后级电路，各个所述过流保护模块分别对自身匹配的辅路输出的电源进行过流监测；如果任一辅路输出发生短路过流故障，则导致该辅路输出的电压低于阈值并且对应的所述过流保护模块切断对后级电路的供电，从而不影响其余供电回路(主路和其他辅路供电)的正常供电。
具体的是，所述过流保护模块包括比较器U1、锁存器U2、三极管U3、场效应管U4和场效应管U5，所述过流保护模块的保护原理为：
所述反激电源模块通过电源输入上电，与所述锁存器U2的MR端连接的MCU_OUT口发出低电平，以使得MR端被置低，从而使得与所述锁存器U2的Q端连接的三极管U3的集电极输出高电平，进而通过所述场效应管U4后，所述场效应管U5开通，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
所述反激电源模块上电之后正常工作，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，并且MCU_OUT口再发出高电平，从而所述锁存器U2的MR端被置高并且三极管U3的集电极输出保持高电平，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
当所述电压比较器U1的负极输入端输入的输入电压过流欠压，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，以使得所述锁存器U2的CP端接收到上升沿并且D端接收到高电平，从而三极管U3的集电极输出低电平，进而通过所述场效应
更具体的是，所述比较器U1的正极输入端输入基准电压(Vref)，所述比较器U1的输出端一路与所述锁存器U2的D端电性连接并且另一路通过电阻R2与所述锁存器U2的CP端电性连接。
进一步的是，所述锁存器U2的Q端与所述三极管U3的基极电性连接并且所述三极管U3的集电极与所述场效应管U4的栅极电性连接，所述三极管U3的集电极还通过电阻R3连接电源端(3V3)并且所述三极管U3的发射极接地。
更进一步的是，所述场效应管U4的源极接地并且所述场效应管U4的漏极通过电阻R4与所述场效应管U5的栅极电性连接，所述场效应管U5的栅极和漏极之间连接有电阻R5，所述场效应管U5的源极连接后级电路并且所述场效应管U5的漏极与所述比较器U4的负极输入端电性连接。
对于本发明，如图1所示，反激电源模块有1路主路输出，2路辅路输出。主路输出直接给单片机供电，其电源的稳定性直接关系单片机的运行，因此使用电源监控芯片对其监测，发生异常后会给单片机发出复位信号。任意辅路输出发生短路过流故障，会导致输出电压低于阈值，过流保护模块会断开后级电路，从而不影响其他回路的正常供电。
本发明中所描述的辅路输出过流保护电路如图2所示：以VDD30辅路输出为例，VDD30输出电压为30V，设定欠压阈值为28V。如表1为锁存器逻辑真值表，如表2过流保护电路逻辑真值表，电路工作逻辑如下：
1、反激电源上电，MCU_OUT口先发出低电平，锁存器U2的MR引脚被置“低”，Q`输出高电平，U5 PMOS开通，30V正常输出给后级电路模块；
2、上电以后正常工作，比较器U1输出低电平，MCU_OUT口再发出高电平，锁存器U2的MR引脚被置“高”，Q`保持高电平，30V正常输出给后级电路模块；
3、当VDD30过流欠压，比较器U1输出高电平，CP接收到上升沿，D接收到高电平，Q`输出低电平，U5 PMOS关断，VDD30与VDD30_OUT断开，不影响反激电源模块正常工作。
表1锁存器逻辑真值表
表2过流保护电路逻辑真值表
注：“Q`”表示对“Q”取反。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的单片机和后级电路等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，其特征在于，包括反激电源模块、电源监控模块和若干过流保护模块，其中：
所述反激电源模块的主路通过所述电源监控模块将供电传输到单片机，所述电源监控模块实时对主路输出的电源的稳定性进行监测，如果主路输出的电源发生异常，则所述电源监控模块输出复位信号到单片机，从而使得重启单片机；
所述反激电源模块的各个辅路分别通过对应的所述过流保护模块将供电传输到各个后级电路，各个所述过流保护模块分别对自身匹配的辅路输出的电源进行过流监测；如果任一辅路输出发生短路过流故障，则导致该辅路输出的电压低于阈值并且对应的所述过流保护模块切断对后级电路的供电，从而不影响其余供电回路的正常供电；
所述过流保护模块包括比较器U1、锁存器U2、三极管U3、场效应管U4和场效应管U5，所述过流保护模块的保护原理为：
所述反激电源模块通过电源输入上电，与所述锁存器U2的MR端连接的MCU_OUT口发出低电平，以使得MR端被置低，从而使得与所述锁存器U2的Q端连接的三极管U3的集电极输出高电平，进而通过所述场效应管U4后，所述场效应管U5开通，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
所述反激电源模块上电之后正常工作，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，并且MCU_OUT口再发出高电平，从而所述锁存器U2的MR端被置高并且三极管U3的集电极输出保持高电平，最终使得将辅路输出的预设电压正常传输到后级电路；
当所述比较器U1的负极输入端输入的输入电压过流欠压，所述比较器U1的输出端输出高电平到所述锁存器U2，以使得所述锁存器U2的CP端接收到上升沿并且D端接收到高电平，从而三极管U3的集电极输出低电平，进而通过所述场效应管U4后，所述场效应管U5关断，最终辅路输出切断对自身后级电路的供电。
2.根据权利要求1所述的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，其特征在于，所述比较器U1的正极输入端输入基准电压，所述比较器U1的输出端一路与所述锁存器U2的D端电性连接并且另一路通过电阻R2与所述锁存器U2的CP端电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，其特征在于，所述锁存器U2的Q端与所述三极管U3的基极电性连接并且所述三极管U3的集电极与所述场效应管U4的栅极电性连接，所述三极管U3的集电极还通过电阻R3连接电源端并且所述三极管U3的发射极接地。
4.根据权利要求3所述的一种具有独立关断功能的多路输出反激电源，其特征在于，所述场效应管U4的源极接地并且所述场效应管U4的漏极通过电阻R4与所述场效应管U5的栅极电性连接，所述场效应管U5的栅极和漏极之间连接有电阻R5，所述场效应管U5的源极连接后级电路并且所述场效应管U5的漏极与所述比较器U1的负极输入端电性连接。
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