具有输出保护功能的电源供应器及其控制方法
【专利摘要】本发明提供一种具有输出保护功能的电源供应器及其控制方法，主要在一预设的过电流保护值之前设定一个以上的前置保护值，当电源供应器的输出电流超过前置保护值，但未达过电流保护值之前，先判断电源供应器是否有其它异常状况，若无即回到初始步骤，若有异常则让电源供应器可自动回复地暂停输出；若电源供应器的输出电流进一步超过过电流保护值，则启动过电流保护；利用上述的多重监控技术可对电源供应器的输出提供适当的过电流保护，由于无须提高电源供应器的规格，故可降低负载端的电源建置成本。
【专利说明】具有输出保护功能的电源供应器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电源供应器及其控制方法，特别是涉及一种可以适当规格提供电源供应器输出过电流保护的相关技术。
【背景技术】
[0002]如图4所示为一种现有的电源供应器，其包括一整流电路81、一功率因数校正电路82、一变压器83、一输出电路84、一功率开关85、一脉宽调变控制器86、一回授电路87及一微处理器88 ;其中:
[0003]输出电路84的输入端与变压器83 二次侧连接，输出电路84的输出端则与负载(如服务器系统)连接；该功率开关85与变压器83的一次侧连接，并受脉宽调变控制器86所驱动，以控制输出电路84是否对负载供电；该脉宽调变控制器86并通过回授电路87与输出电路84的输出端连接，以取得输出电压。
[0004]该微处理器88具有一输出电流检测端Csl、一警告信息输出端IOl及一输出端；其输出电流检测端Csl通过一差动放大器89与输出电路84的输出端连接，以取得输出电流，进一步的具体构造为输出电路84的输出端具有一输出电阻Rs I，输出电阻Rs I的两端分别和差动放大器89的两输入端连接，差动放大器89的输出端则连接至微处理器88的输出电流检测端Csl，该微处理器88遂可通过差动放大器89取得输出电流的电流值，而微处理器88的警告信息输出端IOl及输出端则分别与负载、脉宽调变控制器86连接。
[0005]前述电源供应器具有输出保护功能，一般采取用过电流保护，如前揭所述，微处理器88可以通过差动放大器89自输出电路84的输出端取得输出电流，当输出电流超过额定电流至一设定比例(例如125%)，即到达过电流保护点，此时微处理器88将关闭脉宽调变控制器86，使输出电路84停止对负载供电，并同时由警告信息输出端IOl通知负载，当负载由电源供应器抽取的电流低于过电流保护点，电源供应器才能被重新启动并供应电源。
[0006]尽管上述技术可以达到过电流保护，然而对于电源供应器的制造商而言在设计选择过电流保护点时必须非常谨慎，因过电流保护点设计过高，将造成电源供应器损坏及负载系统损坏的机率提高，过电流保护点过低则无法发挥保护电源供应器及负载系统的作用。
[0007]此外，电源供应器开机时的输出电流较大，容易接近甚至高于过电流保护点，但常态使用时却不会超过过电流保护点，但为避免开机时误触过电流保护而影响供电稳定，使用者选购电源供应器时必须迁就开机时的电流变化而使用较高功率的电源供应器，其意味着采用较高规格的电源供应器只为应对开机时的短时间需求，稳态运作后即无用武之地，却将提高伺服系统建置电源的成本。
【发明内容】
[0008]因此本发明主要目的在提供一种具有输出保护的电源供应器及其控制方法，其可对电源供应器设定适当的过电流保护点，并在过电流保护点之前设前置保护点，借以有效落实输出保护外，因无须使用较高功率的电源供应器，故可降低负载端的电源建置成本。
[0009]作为达成前述目的采取的主要技术手段，使前述具有输出保护的电源供应器控制方法，主要为使一电源供应器执行以下步骤:
[0010]提供一过电流保护值；
[0011]设定一个以上小于前述过电流保护值的前置保护值；
[0012]取得输出电流，并判断输出电流是否大于等于前置保护值；
[0013]若输出电流大于前置保护值且小于过电流保护值，即进一步执行一温度异常判别程序，若温度异常则停止供电，无异常则回到取得输出电流步骤；
[0014]若输出电流大于等于过电流保护值，则执行过电流保护；
[0015]前述方法主要是在过电流保护值之前设定一个以上的前置保护值，在输出电流值大于前置保护值，但小于过电流保护值的条件下执行前置检测，其进一步判断电源供应器是否出现其它异常现象(例如过热)，若出现异常现象，则暂时停止供电；当输出电流进一步大于过电流保护值，方进入过电流保护判断程序，利用上述技术可对电源供应器的过电流保护点提供前置检测，以应对一些非常态性且短暂的电流升高状况，借此不仅可以确保电源供应器的安全，且可将过电流保护点拉高至适当的值，使电源供应器不仅可承受开机时的较大电流，却无须选购较高功率的电源供应器。
[0016]作为达成前述目的采取的又一主要技术手段，使前述电源供应器包括:
[0017]一整流电路，具有一交流电源输入端及一直流电源输出端；
[0018]一功率因数校正电路，具有一输入端及一输出端，其输入端与整流电路的直流电源输出端连接；
[0019]一变压器，其一次侧与功率因数校正电路的输出端连接；
[0020]—输出电路，具有一输入端及一输出端，其输入端与变压器的二次侧连接；
[0021]一功率开关，与变压器的一次侧连接；
[0022]一脉宽调变控制器，具有一个以上的回授输入端及一脉宽调变信号输出端，其脉宽调变信号输出端连接并控制功率开关的启闭；
[0023]—微处理器,具有一输出电流检测端、一警告信息输出端、一温度信号输入端、一锁闩信号输入端及一输出端；其输出端与脉宽调变控制器的致能禁能端连接；该微处理器并预设一过电流保护值；
[0024]—电流检测器，具有一输入端与一输出端，其输入端与输出电路的输出端连接，电流检测器的输出端与微处理器的输出电流检测端连接；
[0025]—前置检测电路，具有一电流信号输入端及一锁円信号输出端，其电流信号输入端与电流检测器的输出端连接，其锁闩信号输出端与微处理器的锁闩信号输入端连接；该前置检测电路提供一小于但接近过电流保护值的前置保护值，并在输出电路的输出电流到达该前置保护值时，由前置检测电路送出一警告信息给微处理器；
[0026]—温度检测器，设于微处理器的温度信号输入端上；
[0027]上述电源供应器主要由微处理器配合前置检测电路提供输出保护，该微处理器预设一过电流保护值及一个以上的前置保护值，并由电流检测器取得电源供应器的输出电流，当输出电流大于前置保护值但小于过电流保护值时，即进一步由温度检测器检测电源供应器的温度状况，若有温度过高状况时，由微处理器送出控制信号给脉宽调变控制器，启动过高温保护(OTP)，使脉宽调变控制器暂时关闭，输出电路遂不再对负载供电；若输出电流不仅大于前置保护值且接近过电流保护值，将由前置检测电路检知，并通知微处理器，微处理器将关闭脉宽调变控制器，并通知负载，由负载降低抽取电流后，始能以手动方式重置以恢复供电。举例来说，若过电流保护值为输出电流超出设定值的150%，前置保护值可设为130%，当输出电流大于130%，但小于150%，则微处理器即进一步判断温度是否异常，以决定是否启动过高温保护，若温度没有异常，表示输出电流提高可能是短暂的非常态状况，例如开机时的电流升高，一旦开机完成，输出电流即会恢复正常，且除了输出电流升高，不会造成其它的异常现象(例如因过载而使温度骤升)，则利用本发明的前置检测机制，可将其排除在过电流保护以外，直至真正过载时造成输出电流进一步升高，才进入过电流保护程序；利用上述技术，可使电源供应器制造商适当的调高过电流保护值，以避免在开机时即误触过电流保护，却仍可有效达成输出保护的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明一较佳实施例的电路框图；
[0029]图2为本发明的方法流程图；
[0030]图3为本发明又一较佳实施例的电路框图；
[0031]图4为现有电源供应器的电路框图。 [0032]附图标记
[0033]10:微处理器11:整流电路
[0034]12:功率因数校正电路 13:变压器
[0035]14:输出电路15:功率开关
[0036]16:脉宽调变控制器 17:电流检测器
[0037]18:温度检测器20:前置检测电路
[0038]21:比较器22:锁闩电路
[0039]23:反相器81:整流电路
[0040]82:功率因数校正电路 83:变压器
[0041]84:输出电路85:功率开关
[0042]86:脉宽调变控制器 87:回授电路
[0043]88:微处理器89:差动放大器
【具体实施方式】
[0044]关于本发明电源供应器的一较佳实施例，请参阅图1所示，主要由一整流电路11、一功率因数校正电路12、一变压器13、一输出电路14、一功率开关15、一脉宽调变控制器16、一微处理器10、一电流检测器17等组成；其中:
[0045]该整流电路11具有一交流电源输入端AC in及一直流电源输出端；该功率因数校正电路12具有一输入端及一输出端，其输入端与整流电路11的直流电源输出端连接；该变压器13的一次侧与功率因数校正电路12的输出端连接；该输出电路14具有一输入端及一输出端，其输入端与变压器13的二次侧连接；该功率开关15可为一功率晶体管，其与变压器13的一次侧连接，并由脉宽调变控制器16控制其开关；[0046]该脉宽调变控制器16具有一回授输入端Vs、一致能禁能端(ENABLE/DISABLE)及一脉宽调变信号输出端，其脉宽调变信号输出端与功率开关15连接；该微处理器10具有一输出电流检测端Csl、一警告信息输出端IOl及一输出端,其输出端与脉宽调变控制器16的致能禁能端(ENABLE/DISABLE)连接，用以开关脉宽调变控制器16之用；其警告信息输出端IOl用与一负载的主板连接，以便在脉宽调变控制器16将关闭前通知负载的主板；在本实施例中，微处理器10进一步包括一温度信号输入端Tsl、一锁円信号输入端,其温度信号输入端Tsl与一温度检测器18连接，其锁闩信号输入端与电流检测器17连接，该电流检测器17主要由一差动放大器及一设于输出电路14输出端上的输出电阻Rsl组成,差动放大器的两输入端与输出电阻Rsl的两端连接，以取得输出电流，差动放大器的输出端与微处理器10的输出电流检测端Csl连接。
[0047]又本发明的电源供应器进一步设有一前置检测电路20，在本实施例中，该前置检测电路20主要由一比较器21及一锁闩(Latch)电路22所组成，比较器21具有一电流信号输入端及一输出端，其电流信号输入端与电流检测器17的输出端连接，又锁闩电路22具有一输入端及一锁R信号输出端，其输入端与比较器21的输出端连接，其锁円信号输出端与微处理器10的锁闩信号输入端连接。前述比较器21用以设定一趋近过电流保护值的预警值，以便在输出电流接近过电流保护值时，由锁闩电路22送出一锁闩信号给微处理器10，使微处理器10送出一警告信息给负载的主板，并关闭脉宽调变控制器16以停止对负载供电。
[0048]关于上述电源供应器进一步的工作方式详如以下所述:
[0049]前述微处理器10设定有一过电流保护值及一个以上的前置保护值，或进一步设定一保护门坎值，其中:保护门坎值小于前置保护值，前置保护值小于过电流保护值，为方便说明，谨分别以具体的数值提出说明，必须声明的是:下列的数值只是举例，并非用以限制其具体实现的数值；其中:过电流保护值为150%，前置保护值130%，保护门坎值110%。而前置保护电路20设定的预警值为148%。
[0050]关于微处理器10 —可行的工作流程请参阅图2所示，主要通过电流检测器17检知输出电路14输出端的电流值(即输出电流)(步骤201)；
[0051]接着判断输出电流是否大于等于110% (步骤202)，若未大于等于110%，表示输出电流在110%以下，在此阶段不启动任何保护措施；
[0052]若输出电流大于等于110%，则进一步判断是否大于等于130% (步骤203)，当输出电流大于等于110%，但未大于等于130%时，即进入一第二温度异常判别程序(步骤204)，以决定是否执行过高温保护(OTP);在本实施例中，该第二温度异常判别程序(步骤204)包括:
[0053]判断温度是否大于等于一警告值(步骤204A)，若未超过警告值即回到初始步骤；若超过警告值则对负载送出一警告信息(步骤204B)，此时不关闭脉宽调变控制器16，且进一步判断温度是否大于等于一过高温保护值(步骤204C)，若未大于等于则回到初始步骤(步骤201)，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护(OTP)(步骤204D)。所述的过高温保护(OTP)是由微处理器10暂时关闭脉宽调变控制器16，并暂停对负载供电；然而当电源供应器的温度下降，微处理器10将使脉宽调变控制器16恢复工作；换言之，过高温保护(OTP)是电源供应器温度恢复正常后，可以自动恢复正常工作的保护机制。[0054]在前述步骤203中，若输出电流大于等于130%，则进一步判断输出电流是否大于等于150% (步骤205)，若已大于等于150%，即直接启动过电流保护(0CP)，所称的过电流保护(OCP)是由微处理器10关闭脉宽调变控制器16而停止对负载供电；虽然一样是停止供电，与过高温保护(OTP)不同的是:过电流保护不会自动恢复，必须以手动方式重置，以确保安全。
[0055]而在前述步骤205中，若输出电流未大于等于150%，则进一步判断输出电流是否到达预警值(148%)(步骤206)，当输出电流大于等于148%，即进入第三温度异常判别程序(步骤207)，该第三温度异常判别程序(步骤207)包括:
[0056]判断温度是否超过一警告值(步骤207A)，若未超过警告值即由微处理器10重置前置保护电路后回到初始步骤201 ;若超过警告值则对负载送出一警告信息(步骤207B)，此时不关闭脉宽调变控制器16，且进一步判断温度是否超过一过高温保护值(步骤207C)，若未超过则回到初始步骤201，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护(OTP)(步骤207D)。
[0057]而在前述步骤(206)中，若输出电流未大于等于148%，进入第一温度异常判别程序(208)，该第一温度异常判别程序(208)包括:
[0058]判断温度是否超过一警告值(步骤208A)，若未超过警告值，则进一步判断是否持续一段时间(例如15ms)(步骤208E)，若未持续即回到初始步骤201 ;若超过一段时间则启动过电流保护；在前述步骤208A中，若是超过警告值则对负载送出一警告信息(步骤208B)，但不关闭脉宽调变控制器16，且在进一步判断温度是否超过一过高温保护值(步骤208C)，若未超过则回到初始步骤201，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护(OTP)(步骤 208D)。
[0059]由上述说明可了解本发明电源供应器的整体结构及其微处理器10执行的工作流程，主要对电源供应器的输出电流执行多阶段监控，在输出电流确实大于过电流保护值之前，针对输出电流不同的超过比例分别执行不同的监控保护，如此状况下，不仅可以达到输出保护的目的，而且可以有效排除暂时性的电流升高状况(例如开机时)，借此可利于电源供应器制造商将过电流保护点提高到开机时输出电流可能升高的幅度以上，对于使用者而言即无须购买较高规格的电源供应器，故可降低系统电源的建置成本。
[0060]如图3所示，为本发明电源供应器的又一较佳实施例，其基本架构与前一实施例大致相同，不同处在于:该前置保护电路20的锁闩信号输出端连接至微处理器10的锁闩信号输入端外，也经由一反相器23直接连接至微处理器10的警告信息输出端。由于微处理器10的警告信息输出端是连接到负载主板，其意味着一旦前置保护电路20确认输出电流已达趋近过电流保护值的预警值，将不经微处理器10而直接通知负载主板，借此争取负载主板反应的时间。
【权利要求】
1.一种具有输出保护的电源供应器控制方法，其特征在于，主要使一电源供应器执行以下步骤: 提供一过电流保护值； 设定一个以上小于前述过电流保护值的前置保护值； 取得输出电流，并判断输出电流是否大于等于前置保护值； 若输出电流大于前置保护值且小于过电流保护值，即进一步执行一温度异常判别程序，若温度异常则停止供电，无异常则回到取得输出电流步骤； 若输出电流大于等于过电流保护值，则执行过电流保护。
2.根据权利要求1所述的具有输出保护的电源供应器控制方法，其特征在于，若输出电流未大于等于过电流保护值，则进一步判断输出电流是否到达预警值，当输出电流大于等于预警值，即进入一第三温度异常判别程序，该第三温度异常判别程序包括: 判断温度是否超过一警告值，若未超过警告值即回到取得输出电流步骤；若超过警告值则对负载送出一警告信息，此时不停止供电，且进一步判断温度是否超过一过高温保护值，若未超过则回到取得输出电流步骤，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护。
3.根据权利要求2所述的具有输出保护的电源供应器控制方法，其特征在于，若输出电流未大于等于预警值，进入一第一温度异常判别程序，该第一温度异常判别程序包括: 判断温度是否超过一警告值，若未超过警告值，则进一步判断是否持续一段时间，若未持续即回到取得输出电流步骤；若超过一段时间则启动过电流保护。
4.根据权利要求3所述 的具有输出保护的电源供应器控制方法，其特征在于，该第三温度异常判别程序中，若温度超过警告值则对负载送出一警告信息，但不停止供电，且在进一步判断温度是否超过一过高温保护值，若未超过则回到取得输出电流步骤，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护。
5.根据权利要求1至权利要求4中任何一项所述的具有输出保护的电源供应器控制方法，其特征在于，在判断输出电流是否大于等于前置保护值之前，先判断是否大于等于一保护门坎值，当输出电流未大于等于保护门坎值，不启动保护。
6.根据权利要求5所述的具有输出保护的电源供应器控制方法,其特征在于,若输出电流大于等于保护门坎值，但未大于等于前置保护值时，即进入一第二温度异常判别程序，该第二温度异常判别程序包括: 判断温度是否大于等于一警告值，若未超过警告值即回到取得输出电流步骤；若超过警告值则对负载送出一警告信息，且进一步判断温度是否大于等于一过高温保护值，若未大于等于则回到取得输出电流步骤，若已超过过高温保护值，即启动过高温保护。
7.一种具有输出保护的电源供应器，其特征在于，包括: 一整流电路，具有一交流电源输入端及一直流电源输出端； 一功率因数校正电路，具有一输入端及一输出端，其输入端与整流电路的直流电源输出端连接； 一变压器，其一次侧与功率因数校正电路的输出端连接； 一输出电路，具有一输入端及一输出端，其输入端与变压器的二次侧连接； 一功率开关，与变压器的一次侧连接； 一脉宽调变控制器，具有一个以上的回授输入端及一脉宽调变信号输出端，其脉宽调变信号输出端连接并控制功率开关的启闭； 一微处理器，具有一输出电流检测端、一警告信息输出端、一温度信号输入端、一锁円信号输入端及一输出端；其输出端与脉宽调变控制器的致能禁能端连接；该微处理器并预设一过电流保护值； 一电流检测器，具有一输入端与一输出端，其输入端与输出电路的输出端连接，电流检测器的输出端与微处理器的输出电流检测端连接； 一前置检测电路，具有一电流信号输入端及一锁闩信号输出端，其电流信号输入端与电流检测器的输出端连接，其锁闩信号输出端与微处理器的锁闩信号输入端连接；该前置检测电路提供一小于但接近过电流保护值的前置保护值，并在输出电路的输出电流到达该前置保护值时，由前置检测电路送出一警告信息给微处理器； 一温度检测器，设于微处理器的温度信号输入端上。
8.根据权利要求7所述的具有输出保护的电源供应器，其特征在于，该前置检测电路主要由一比较器及一锁闩电路所组成，比较器具有一电流信号输入端及一输出端，其电流信号输入端与电流检测器的输出端连接； 该锁R电路具有一输入端及一锁R信号输出端，其输入端与比较器的输出端连接，其锁闩信号输出端与微处理器的锁闩信号输入端连接。
9.根据权利要求7或8所述的具有输出保护的电源供应器，其特征在于，该前置检测电路的锁闩信号输出端与微处理器的警告信息输出端连接。
10.根据权利要求9所述的具有输出保护的电源供应器，其特征在于，该前置检测电路的锁R信号输出端通过一反相器与微处理器的警告信息输出端连接。
【文档编号】H02M3/28GK103795277SQ201210425374
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月30日 优先权日:2012年10月30日
【发明者】陈伟达 申请人:康舒科技股份有限公司