一种电源输出总线电路的制作方法

1.本实用新型涉及电源供应器领域，具体涉及一种电源输出总线电路。


背景技术：

2.目前，现有的电源输出总线电路如图1所示，包括功率转换电路11、全控型开关管12(通常为场效应管)和微控制器14，其中，功率转换电路11的高压侧连接电源10，功率转换电路11的低压侧连接全控型开关管12的输入端，全控型开关管12的输出端连接负载13(例如为服务器)，微控制器14分别连接功率转换电路11和全控型开关管12。
3.该电源输出总线电路的控制原理为：微控制器14向功率转换电路11发出驱动指令，以及向全控型开关管12发出控制信号，功率转换电路11根据该驱动指令启动工作，将电源10输出的高压电进行功率转换，转换成低压电；全控型开关管12的控制端接收全控型开关管12发来的控制信号，使该全控型开关管12的输入端和输出端导通，将功率转换电路11输出的低压电输出至负载13，从而实现向负载13供电。
4.上述电源输出总线电路的缺陷是：在负载13的正常供电过程中，全控型开关管12处于导通状态，一旦全控型开关管发生异常，即由导通状态变为截止状态，则由于给负载13供电的电源10为大功率电源，经过功率转换电路11转换后的输出电流为数十安培，甚至高达数百安培，而在全控型开关管12处于截止状态时，这些电流会经过全控型开关管12内部的二极管，产生几十瓦的功耗，导致全控型开关管12以及开关管所在pcb电源板上的附近零件发热，发热严重时则会烧毁全控型开关管12等零件，甚至烧毁整个pcb电源板。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电源输出总线电路，用于解决现有电源输出总线电路在全控型开关管处于截止状态时仍正常向负载供电，导致开关管容易发热而烧毁的问题。
6.所采用的技术方案具体如下：
7.包括功率转换电路、全控型开关管和微控制器，功率转换电路的高压侧用于连接供电电源，功率转换电路的低压侧连接全控型开关管的输入端，全控型开关管的输出端用于连接负载，还包括：
8.电压检测电路，用于检测所述全控型开关管的输入端和输出端之间的电压；所述电压检测电路的第一电压检测端与所述全控型开关管的输入端连接，所述电压检测电路的第二电压检测端与所述全控型开关管的输出端连接，所述电压检测电路的输出端连接所述的微控制器；
9.电流检测电路，用于检测流过所述全控型开关管的输入端的电流；所述电流检测电路的检测端与所述全控型开关管的输入端连接，所述电流检测电路的输出端连接所述的微控制器；
10.所述微控制器连接所述功率转换电路，所述微控制器用于根据所述电压和所述电
流判断所述全控型开关管的截止状态，以控制所述功率转换电路的关闭。
11.优选的，为了实现全控型开关管的输入端和输出端之间的电压检测，所述的电压检测电路包括：
12.第一检测支路，该支路包括依次连接的第一电压检测端、第一检测电阻，第一检测电阻连接所述的微控制器；
13.第二检测支路，该支路包括依次连接的第二电压检测端、第二检测电阻，第二检测电阻连接所述的微控制器。
14.优选的，所述的电压检测电路还包括：
15.第一接地支路，该支路包括并联连接的第一接地电阻和第一接地电容，所述第一接地支路的一端与所述第一检测电阻的输出端连接，所述第一接地支路的另一端接地；
16.第二接地支路，该支路包括并联连接的第二接地电阻和第二接地电容，所述第二接地支路的一端与所述第二检测电阻的输出端连接，所述第二接地支路的另一端接地。
17.优选的，为了实现流过所述全控型开关管的输入端电流的检测，所述的电流检测电路包括：
18.依次连接的第一检测端、电阻元件模块、第二检测端，所述电阻元件模块包括第一电阻支路，该支路上串设有第一电阻；
19.还包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接所述的第一检测端，所述运算放大器的反相输入端连接所述的第二检测端，所述运算放大器的输出端用于连接所述微控制器。
20.具体的，所述电阻元件模块还包括：
21.第二电阻支路，该支路上串设有第二电阻；
22.第三电阻支路，该支路上串设有第三电阻；
23.所述第一电阻支路、第二电阻支路、第三电阻支路为三个相互并联的支路。
24.优选的，为了实现微控制对全控型开关管的自主驱动控制，该总线电路还包括：
25.驱动控制电路，所述驱动控制电路的输入端连接所述微控制器，所述驱动控制电路的输出端连接所述全控型开关管的控制端；所述驱动控制电路用于接收所述微控制器的控制信号，根据该控制信号控制所述全控型开关管。
26.具体的，所述驱动控制电路包括：
27.第一电压比较器，第一电压比较器的第一电压输入端连接所述全控型开关管的输入端，第一电压比较器的第二电压输入端连接所述全控型开关管的输出端，第一电压比较器的输出端连接有驱动模块；
28.所述驱动模块包括npn型三极管和pnp型三级管，npn型三极管的控制端与pnp型三级管的控制端连接，且npn型三极管和pnp型三级管的控制端均通过第一驱动电阻连接所述第一电压比较器的输出端；
29.npn型三极管的输入端通过第二驱动电阻连接正极电源，npn型三极管的输出端通过第三驱动电阻连接所述全控型开关管的控制端；pnp型三级管的输入端与npn型三极管的输出端连接，pnp型三级管的输出端接地；
30.所述的正极电源通过第四驱动电阻连接所述驱动控制电路的输入端，所述的微控制器用于向所述驱动控制电路的输入端发送控制信号，控制所述全控型开关管的关断。
31.优选的，为了实现微控制器对全控型开关管的导通控制，所述驱动控制电路还包括：
32.电子开关模块，所述电子开关模块的输入端连接所述第一电压比较器的第二电压输入端，所述电子开关模块的输出端接地，所述电子开关模块的控制端连接所述的微控制器，所述微控制器用于向所述电子开关模块的控制端发送启动信号，控制所述全控型开关管的导通。
33.优选的，为了使全控型开关管的输出端发生过电压时，能够及时关闭全控型开关管，所述驱动控制电路还包括：
34.第二电压比较器，第二电压比较器的第一电压输入端连接所述全控型开关管的输出端，第二电压比较器的第二电压输入端连接有第一稳压管，第二电压比较器的输出端连接所述第一驱动电阻。
35.优选的，为了稳定输入全控型开关管的控制端的控制信号的电压，所述全控型开关管的控制端通过稳压支路连接所述全控型开关管的输入端，所述的稳压支路包括第一支路和第二支路，第一支路中串设有二极管和第二稳压管，第二支路中串设有隔离电阻，所述第一支路与所述第二支路并联。
36.本实用新型具有如下有益效果：
37.本实用新型的电源输出总线电路，通过实时监测电路中的全控型开关管的端电压和电流，来判断开关管的截止状态，使微控制器能够及时控制功率转换电路停止向全控型开关管输送电流，从而避免了现有电源输出总线电路在全控型开关管处于截止状态时仍正常向负载供电，导致开关管容易发热而烧毁的问题。
附图说明
38.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。
39.图1为现有技术的电源输出总线电路图；
40.图2为本实用新型的电源输出总线电路图；
41.图3为本实用新型的电压检测电路图；
42.图4-1为本实用新型的电流检测电路的电阻元件模块电路图；
43.图4-2为本实用新型的电流检测电路的运算放大器连接电路图；
44.图5为本实用新型的驱动控制电路图。
具体实施方式
45.下面结合附图具体的说明本实用新型所提供的具体方案。
46.如图2所示的一种电源输出总线电路，包括功率转换电路11、全控型开关管12和微控制器14，功率转换电路11的高压侧用于连接供电电源10，功率转换电路11的低压侧连接全控型开关管12的输入端，全控型开关管12的输出端用于连接负载13。该电源输出总线电路还包括以下电路：
47.电压检测电路15，用于检测全控型开关管12的输入端和输出端之间的电压；并且，电压检测电路15的检测端与所述全控型开关管12连接，所述电压检测电路15的输出端连接所述的微控制器14，用于将检测全控型开关管12的端电压发送至微控制器14。
48.电流检测电路16，用于检测流过全控型开关管12的输入端的电流；并且，电流检测电路16的检测端与所述全控型开关管12的输入端连接，所述电流检测电路16的输出端连接所述的微控制器14，用于将检测到的流过全控型开关管12的电流发送至微控制器14。
49.如图2所示，微控制器14连接所述功率转换电路11，并且，所述微控制器用于根据电压检测电路15发送过来的电压，和电流检测电路16发送过来的电流，来判断全控型开关管12是否在截止状态，若判定全控型开关管12处于截止状态，则向功率转换电路11发送关闭指令，控制功率转换电路11的关闭，防止功率转换电路11的输出端继续向全控型开关管12发送电流，导致全控型开关管12的持续发热，实现了对全控型开关管12的保护。
50.本实施例中，判断全控型开关管12是否在截止状态的方法为：
51.s1)获取全控型开关管12的输入端和输出端之间的电压，计算输入端和输出端之间的电压差值，将该电压差值与设定电压阈值进行比较；
52.s2)获取流过全控型开关管12的输入端的电流，将该电流与设定电流阈值进行比较；
53.s3)当该电压差值大于设定电压阈值(如0.35v)，且该电流大于设定电流阈值(如6a)时，判定全控型开关管12处于截止状态。
54.本实施例的电源输出总线电路，通过实时监测电路中的全控型开关管12的端电压和电流，来判断开关管的截止状态，使微控制器14能够及时控制功率转换电路11停止向全控型开关管12输送电流，从而避免了现有电源输出总线电路在全控型开关管处于截止状态时仍正常向负载供电，导致开关管容易发热而烧毁的问题。
55.进一步的，在一实施例中，为了实现全控型开关管12的端电压的检测，提供一种如图2所示的电压检测电路15的实施方式，该电压检测电路包括：
56.(1)第一检测支路，该支路包括依次连接的第一电压检测端12vl、第一检测电阻r673，第一电压检测端12vl连接所述全控型开关管12的输入端，第一检测电阻r673连接所述的微控制器14。
57.(2)第二检测支路，该支路包括依次连接的第二电压检测端12v、第二检测电阻r677，第二电压检测端12v连接所述全控型开关管12的输出端，第二检测电阻r677连接所述的微控制器14。
58.在进行电压检测时，电压检测电路15的第一检测支路检测全控型开关管12的输入端电压，电压检测电路15的第二检测支路检测全控型开关管12的输出端电压，将输入端电压和输出端电压发送给微控制器14，由微控制器14求取输入端电压和输出端电压的电压差值，计算得到全控型开关管12的端电压。
59.如图3所示，该电压检测电路还包括：
60.第一接地支路，该支路包括并联连接的第一接地电阻r674和第一接地电容c674，所述第一接地支路的一端与所述第一检测电阻r673的输出端连接，所述第一接地支路的另一端接地sgnd；
61.第二接地支路，该支路包括并联连接的第二接地电阻r676和第二接地电容c676，
所述二接地支路的一端与所述第二检测电阻r677的输出端连接，所述第二接地支路的另一端接地sgnd。
62.上述接地支路的作用是：读取全控型开关管的输入与输出电压，减少高频信号干扰，提高信号检测的精度。
63.进一步的，在一实施例中，为了实现流过全控型开关管12的电流检测，提供一种如图4-1、图4-2所示的电流检测电路的实施方式，该电流检测电路包括：
64.第一检测端+12vz、电阻元件模块1601、第二检测端12vl和运算放大器ic181(1602)，所述第一检测端+12vz、电阻元件模块1601、第二检测端12vl依次连接，所述电阻元件模块1601包括：
65.第一电阻支路，该支路上串设有第一电阻r201a；
66.第二电阻支路，该支路上串设有第二电阻r201b；
67.第三电阻支路，该支路上串设有第三电阻r201b；
68.并且，所述第一电阻支路、第二电阻支路、第三电阻支路为三个相互并联的支路，所述的第一检测端+12vz用于连接运算放大器ic181(1602)的同相输入端，第二检测端12vl用于连接运算放大器ic181(1602)的反相输入端。
69.图4-1中，全控型开关管12的连接方式为：采用三个全控型开关管q204a、q204b、q204c进行并联，即三个全控型开关管q204a、q204b、q204c的输入端连接，三个全控型开关管q204a、q204b、q204c的输出端连接，三个全控型开关管q204a、q204b、q204c的控制端连接，连接后引出端子oring_drv。并且，本实施例中，适用的全控型开关管12优选为场效应管，例如为绝缘栅场效应管，作为其他实施方式，也可以为结型场效应管。
70.图4-1中，电阻元件模块1601的第一检测端+12vz通过稳压电容c223接地sgnd，电阻元件模块1601的第二检测端12vl通过稳压电容c226接地sgnd，两个稳压电容c223、c226的作用是对功率转换电路11输送的信号进行稳压。
71.如图4-2所示，运算放大器ic181(1602)的使用型号为ncs210rsqt2g，该运算放大器ic181的同相输入端(即引脚4)通过电阻r704b连接第一检测端+12vz，运算放大器ic181的反相输入端(即引脚5)通过电阻r704连接第二检测端12vl，运算放大器ic181的输出端vilocal(即引脚6)用于连接所述微控制器14，运算放大器ic181的端子ref(即引脚1)和gnd(引脚2)并接后连接地sgnd，运算放大器ic181的端子v+(即引脚3)通过端子12vsbi连接电源正极。
72.该电流检测电路的电流检测原理为：
73.运算放大器ic181从第一检测端+12vz和第二检测端12vl接收到两个电压信号，然后对电压信号进行放大，输出电压信号，并将输出电压信号发送给微控制器14，微控制器14根据接收的电压信号，计算得到流入全控型开关管12的电流。
74.作为其他实施方式，该电流检测电路还可通过在全控型开关管12的输入端设置电流传感器，检测流过全控型开关管12的电流。具体设置时，电流传感器的电流感应端串入全控型开关管12的输入端，电流传感器的输出端连接微控制器14即可。
75.为了实现对全控型开关管12的控制，在一实施例中，电源输出总线电路还包括如图2所示的驱动控制电路17，所述驱动控制电路17的输入端连接所述微控制器14，所述驱动控制电路17的输出端连接所述全控型开关管12的控制端。
76.上述的驱动控制电路17用于接收微控制器14的控制信号，根据该控制信号控制所述全控型开关管12。例如，当接收的控制信号为关断信号，驱动控制电路17则控制全控型开关管12关断。
77.具体的，在一实施例中，提供一种如图5所示的驱动控制电路，该驱动控制电路包括：
78.第一电压比较器ic220a，采用的型号为lm393adgkr，该第一电压比较器ic220a的第一电压输入端(即图5中ic220a的同相输入端)连接所述全控型开关管12的输入端12vl，第一电压比较器ic220a的第二输入端(即图5中ic220a的反相输入端)连接所述全控型开关管12的输出端12v，第一电压比较器ic220a的输出端连接有驱动模块。
79.该驱动模块包括npn型三极管q221和pnp型三级管q222，其中，npn型三极管q221的使用型号为pmst4401，pnp型三级管q222的使用型号为mmbt4403wtig。如图5所示，npn型三极管q221的控制端与pnp型三级管q222的控制端连接，且npn型三极管q221和pnp型三级管q222的控制端均通过第一驱动电阻r229连接所述第一电压比较器的输出端ic220a。
80.npn型三极管q221的输入端通过第二驱动电阻r228连接正极电源vcc，npn型三极管q222的输出端通过第三驱动电阻r222连接所述全控型开关管12的控制端oring_drv；pnp型三级管q222的输入端与npn型三极管q221的输出端连接，pnp型三级管q222的输出端接地sgnd。
81.所述的正极电源vcc通过第四驱动电阻r229连接所述驱动控制电路17的输入端12v_oring_off，所述的微控制器14用于向所述驱动控制电路17的输入端12v_oring_off发送关断信号，控制所述全控型开关管12的关断。
82.如图5所示，该驱动控制电路还包括：
83.第二电压比较器ic220b，使用型号为lm393adgkr，第二电压比较器ic220b的第一电压输入端(即图5中ic220b的反相输入端)连接所述全控型开关管12的输出端12v，第二电压比较器ic220b的第二电压输入端(即图5中ic220b的同相输入端)连接有第一稳压管ic221，第二电压比较器ic220b的输出端连接所述第一驱动电阻r229。图5中，端子12vsbi用于连接一个正极电源，端子12vsbi依次连接分压电阻r307和分压电容c234，分压电容c234的另一端接地sgnd，分压电阻r307和分压电容c234的连接点引出端子2.5vref，用于输入2.5v的参考电压。
84.该驱动控制电路的工作原理如下：
85.(1)微控制器控制功率转换电路启动，供电电源通过功率转换电路输出电流，全控型开关管的输入端12vl的电压高于输出端12vl的电压，第一电压比较器ic220a输出高电平信号，该高电平信号输入至npn型三极管q221的控制端，使npn型三极管q221的输入端和输出端导通，此时pnp型三级管q222不导通，电源正极vcc的信号依次从第二驱动电阻r228、第三驱动电阻r222输出至全控型开关管12的控制端oring_drv，使全控型开关管12的输入端12vl和输出端12vl导通。
86.(2)全控型开关管导通后，供电电源正常向负载输出电源，若全控型开关管的输出端12vl发生过电压时，第二电压比较器ic220b的反相输入端的电压高于同相输入端的电压，第二电压比较器ic220b的输出端输出低电平信号，该低电平信号输入至pnp型三级管q222的控制端，使pnp型三级管q222的输入端和输出端导通，此时npn型三极管q221不导通，
使全控型开关管12的控制端oring_drv的信号变为低电平信号，控制器全控型开关管12关断，使全控型开关管12的输入端12vl和输出端12vl不导通。
87.另外，微控制器可自主控制全控型开关管12的关断，即通过向所述驱动控制电路的输入端12v_oring_off发送关断信号，本实施例中该关断信号为低电平信号，利用该低电平信号控制所述全控型开关管12的关断，使全控型开关管12的输入端12vl和输出端12vl不导通。
88.本实施例中，一种使用微控制器可自主控制全控型开关管12关断的工况为：当全控型开关管12的输入端的电压大于设定电压阈值(如13.2v)，微控制器向驱动控制电路17的输入端12v_oring_off发送关断信号，以关闭全控型开关管12。
89.图5所示的驱动控制电路，除了包括上面提到的第一电压比较器ic220a、第二电压比较器ic220b和驱动模块，该驱动控制电路还包括：
90.电子开关模块q246，所述电子开关模块q246的输入端连接所述第一电压比较器ic220a的第二电压输入端，所述电子开关模块q246的输出端接地sgnd，所述电子开关模块q246的控制端oring_c连接所述的微控制器14，本实施例中，电子开关模块q246为三极管。
91.本实施例中，微控制器利用电子开关模块q246能够控制全控型开关管12的导通，具体控制过程如下：
92.微控制器14向电子开关模块q246的控制端oring_c发送启动信号，本实施例中，启动信号为高电平信号，驱动电子开关模块q246的控制端，使电子开关模块q246的输入端和输出端导通，将第一电压比较器ic220a的反相输入端的信号拉低至低电平，使第一电压比较器ic220a的同相输入端的电压高于反相输入端的电压，第一电压比较器ic220a的输出端输出高电平信号，高电平信号输入至npn型三极管q221的控制端，控制npn型三极管q221的输入端和输出端导通，此时pnp型三级管q222不导通，电源正极vcc的信号依次从第二驱动电阻r228、第三驱动电阻r222输出至全控型开关管12的控制端oring_drv，使全控型开关管12的输入端12vl和输出端12vl导通。
93.图5中的驱动控制电路还设有稳压电路，所述全控型开关管12的控制端oring_drv通过稳压支路连接所述全控型开关管的输入端12vl，所述的稳压支路包括第一支路和第二支路，第一支路中串设有二极管d225和第二稳压管zd221，第二支路中串设有隔离电阻r227，所述第一支路与所述第二支路并联。
94.本实施例中，设置稳压电路的作用是，控制输入全控型开关管12的控制端oring_drv的控制信号，防止该控制信号电压过高而损坏全控型开关管，因而设置两个支路并联的方式，实现控制端oring_drv的控制信号的可靠稳压。
95.本实施例中，分别利用电子开关模块q246和输入端12v_oring_off自主控制全控型开关管的导通和关断，作为其他实施方式，若不考虑微控制器对全控型开关管的自主控制，则不需要设置利用电子开关模块q246和输入端12v_oring_off，利用图5中的第一电压比较器ic220a的输入信号(即开关管输入端和输出端的电压差)就能够实现全控型开关管的导通和关断。
96.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。