供电电路和电源故障处理方法与流程

本发明涉及电路，具体而言，涉及一种供电电路和电源故障处理方法。

背景技术：

1、随着机器人和工业现场控制板卡等设备的集成度越来越高，板上电源趋于多路电源供电和低压化，一般会由输入电源通过降压转换为多路电源给处理器和外设供电，而这些板卡上电源通常会出现过压，欠压，过流等故障。

2、相关技术中，通过处理器自带模拟数字转换器或外部模拟数字转换器来轮询监测板卡每路电源是否存在故障，但是这种方式不能保证发生故障时电路逻辑能及时响应切除主电，电源过压过流故障可能会引起板卡烧毁甚至火灾。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的一个方面在于提出了一种供电电路。

3、本发明的另一个方面在于提出了一种电源故障处理方法。

4、有鉴于此，根据本发明的一个方面，提出了一种供电电路，包括：输入电源；转换电路，与输入电源连接，用于将输入电源转换为多路子电源；故障检测电路，连接于多路子电源，用于检测任一子电源的电压故障情况；处理电路，分别与输入电源、故障检测电路连接，基于故障检测电路检测到第一子电源的电压故障信号，执行目标处理；其中，第一子电源为多路子电源中的一个，目标处理包括关断输入电源、复位输入电源或者发出故障提醒。

5、在该技术方案中，供电电路包括输入电源、转换电路、故障检测电路以及处理电路。

6、其中，输入电源也即主电源，转换电路为降压电路，输入电源通过转换电路转换为多路子电源分别给故障检测电路、处理电路或外设电路等进行供电。故障检测电路与每一个子电源均连接，能够检测每个子电源的电压故障情况，其中电压故障情况包括过压故障或欠压故障。处理电路分别连接于输入电源以及故障检测电路，在故障检测电路检测到多路子电源中的任意一个子电源(也即第一子电源)出现电压故障的情况下，切断输入电源，或者对输入电源进行复位重启，或者进行故障提醒。

7、具体地，当发生过压故障时切断输入电源，当发生欠压故障时依照具体情况进行切断输入电源，或者对输入电源进行复位重启，或者故障提醒的处理。

8、本发明实施例中，每一路子电源都能够得到过压故障和欠压故障的实时监测，且当发生过压故障或欠压故障时能及时进行相应地处理，提高板卡的安全性。

9、根据本发明的上述供电电路，还可以具有以下附加技术特征：

10、在上述技术方案中，电压故障信号包括过压信号，处理电路包括：保护电路，分别与输入电源、故障检测电路连接，基于故障检测电路检测到第一子电源的过压信号，保护电路关断输入电源。

11、在该技术方案中，当故障检测电路检测到多路子电源中的任意一个子电源(也即第一子电源)出现过压故障的情况下，利用处理电路包括的保护电路切断输入电源。

12、本发明实施例中，每一路子电源的过压故障都能够得到实时监测，在任一子电源发生过压故障时，切断主电源避免板卡受到过压冲击，避免过压故障可能引起的板卡烧毁甚至火灾。

13、在上述任一技术方案中，保护电路包括：反相器，反相器的输入端与故障检测电路连接；晶闸管，晶闸管的控制端与反相器的输出端连接、阴极接地；过流保护电路，与晶闸管的阳极连接。

14、在该技术方案中，保护电路包括反相器、晶闸管以及过流保护电路。其中，反相器可以为施密特反相器，晶闸管可以为可控硅晶闸管，过流保护电路可以为e-fuse防护电路，通常也称为电子保险丝热拔插电路，能够起到对输入电源的过压、欠压、过流、过温、缓启动保护功能。

15、当某一路子电源发生过压故障时，故障检测电路会及时发现过压故障，故障检测电路输出一个低电平，而这个低电平通过一个施密特反相器会变为高电平，当可控硅晶闸管的控制端为高电平时其导通，导通会触发过流保护电路的电子保险丝过流保护关断，则输入电源被切断，使得后级电路得到保护。

16、通过上述硬件电路，在某路子电源发生过压故障时，能够以最快速度切断主输入电源，以保护后级电路免遭破坏。并且，本发明实施例，易于实现且成本较低，相比于处理器的逻辑关断控制能够更加及时。

17、在上述任一技术方案中，电压故障信号包括欠压信号，处理电路还包括：处理器，与保护电路连接，接收来自故障检测电路的第一子电源的欠压信号，根据第一子电源的供电负载，确定目标处理的方式，并执行目标处理。

18、在该技术方案中，处理电路除了包括保护电路，还包括处理器。

19、当某一路子电源发生欠压故障时，故障检测电路反馈给处理器一个欠压信号，处理器根据该欠压故障进行目标处理。

20、具体地，处理器根据发生欠压故障的子电源的供电负载的重要程度，选择是否需要关断输入电源，或通过看门狗重启复位，或只是上报故障。示例性地，一般不是很重要的供电负载对应的子电源发生欠压，例如备份电池发生欠压，只需要通知用户换电池就可以。但如果是处理器或某个重要芯片发生欠压则需要关断输入电源或通过喂狗来重启系统。

21、通过上述方式，每一路子电源的欠压故障都能够得到实时监测，并且在任一子电源发生欠压故障时，均能够及时地做出响应。

22、在上述任一技术方案中，供电电路还包括：超级电容，与处理器连接，用于在输入电源关断的情况下，向处理器供电。

23、在该技术方案中，在关断输入电源的同时，能够通过无缝切换备份电源保证故障数据和重要运行参数能及时得到保存，保证故障的可追溯性和重要数据的完整性。

24、具体地，供电电路还包括供电切换电路，在发生过压故障或欠压故障时，供电切换电路会将处理器的供电电源，从子电源切换至备份电源，使得备份电源对处理器供电。

25、需要说明的是，本发明实施例中，备份电源采用超级电容，其容量大、使用寿命长的特点，能够为处理器提供充足的电量，相比于其他放电时间过快的储能装置(例如储能电容)，能够更加保证故障数据和重要运行参数及时得到保存。

26、在上述任一技术方案中，超级电容还与多路子电源中的第二子电源连接，在输入电源未关断的情况下，由第二子电源向超级电容充电。

27、在该技术方案中，多路子电源中的具有用于对超级电容进行充电的第二子电源，在输入电源未关断时，超级电容能够通过第二子电源进行充电。

28、通过上述方式，保障在输入电源关断时能够由具有电能的超级电容为处理器供电，以保证输入电源断电时及时保存故障记录和重要运行参数。

29、在上述任一技术方案中，在输入电源未关断的情况下，由第二子电源向处理器供电。

30、在该技术方案中，在输入电源未关断时，是由第二子电源正常向处理器提供电能，以保证处理器的正常工作。

31、在上述任一技术方案中，供电电路还包括：存储器，分别与处理器、超级电容连接，用于基于电压故障信号，存储处理器的运行中断数据。

32、由于一些电路板上电源发生故障时，通常程序还在运行当中，当出现过压故障或欠压故障时一些程序运行的重要参数未能及时存储在外部非易失性存储器当中，导致板卡再次上电后丢失原来的重要参数。

33、在该技术方案中，在供电切换电路将处理器和存储器的供电电源从子电源切换至备份电源后，会主动上报状态给处理器，处理器进入中断后将运行中的重要参数和故障发生的信息(也即运行中断数据)，打包写入外部非易失性存储器，再次读回确认后保护掉电数据保存完成。

34、本发明实施例中，板卡在运行期间如果发生板卡电源故障时，能够及时保存故障事件记录和运行当中的一些重要参数至非易失性存储器，便于重新上电后继续按照故障出现时的状态参数运行，同时便于后期定位和分析故障。

35、根据本发明的另一个方面，提出了一种电源故障处理方法，用于供电电路，供电电路包括输入电源、转换电路、故障检测电路以及处理电路，转换电路用于将输入电源转换为多路子电源，故障检测电路用于检测任一子电源的电压故障情况，该方法包括：基于故障检测电路检测到第一子电源的电压故障信号，通过处理电路执行目标处理；其中，第一子电源为多路子电源中的一个，目标处理包括关断输入电源、复位输入电源或者发出故障提醒。

36、在该技术方案中，供电电路包括输入电源、转换电路、故障检测电路以及处理电路。

37、其中，输入电源也即主电源，转换电路为降压电路，输入电源通过转换电路转换为多路子电源分别给故障检测电路、处理电路或外设电路等进行供电。故障检测电路与每一个子电源均连接，能够检测每个子电源的电压故障情况，其中电压故障情况包括过压故障或欠压故障。处理电路分别连接于输入电源以及故障检测电路，在故障检测电路检测到多路子电源中的任意一个子电源(也即第一子电源)出现电压故障的情况下，切断输入电源，或者对输入电源进行复位重启，或者进行故障提醒。

38、具体地，当发生过压故障时切断输入电源，当发生欠压故障时依照具体情况进行切断输入电源，或者对输入电源进行复位重启，或者故障提醒的处理。

39、本发明实施例中，每一路子电源都能够得到过压故障和欠压故障的实时监测，且当发生过压故障或欠压故障时能及时进行相应地处理，提高板卡的安全性。

40、根据本发明的上述电源故障处理方法，还可以具有以下附加技术特征：

41、在上述技术方案中，电压故障信号包括过压信号，处理电路包括保护电路，通过处理电路执行目标处理，包括：基于过压信号，通过保护电路关断输入电源。

42、在该技术方案中，当故障检测电路检测到多路子电源中的任意一个子电源(也即第一子电源)出现过压故障的情况下，利用处理电路包括的保护电路切断输入电源。

43、本发明实施例中，每一路子电源的过压故障都能够得到实时监测，在任一子电源发生过压故障时，切断主电源避免板卡受到过压冲击，避免过压故障可能引起的板卡烧毁甚至火灾。

44、在上述任一技术方案中，供电电路还包括超级电容和存储器，处理电路还包括处理器，方法还包括：基于过压信号，控制超级电容向处理器和存储器供电，并将处理器的第一运行中断数据存储至存储器。

45、输入电源出现电压故障时板卡需要安全断电且响应安全关断输出，这对于实现功能安全认证至关重要，电源作为板卡系统重要的组成部分，实时的诊断和监测能保证减少共因失效，保证电源在发生故障时重要数据得到保护，安全输出得到实时响应。

46、在该技术方案中，在关断输入电源的同时，能够通过无缝切换备份电源保证故障数据和重要运行参数能及时得到保存，保证故障的可追溯性和重要数据的完整性。

47、具体地，供电电路还包括供电切换电路、备份电源和存储器，存储器为外部非易失性存储器。在发生过压故障时，供电切换电路会将处理器和存储器的供电电源，从子电源切换至备份电源，利用备份电源对处理器和存储器供电。

48、在供电切换电路将处理器和存储器的供电电源从子电源供电切换至备份电源后，会主动上报状态给处理器，处理器进入中断后将运行中的重要参数和过压故障发生的信息(也即第一运行中断数据)，打包写入存储器，再次读回确认后保护掉电数据保存完成。

49、需要说明的是，本发明实施例中，备份电源采用超级电容，其容量大、使用寿命长的特点，能够为处理器提供充足的电量，相比于其他放电时间过快的储能装置(例如储能电容)，能够更加保证故障数据和重要运行参数及时得到保存。

50、本发明实施例中，板卡在运行期间如果发生板卡过压故障时，能够及时保存故障事件记录和运行当中的一些重要参数至非易失性存储器，便于重新上电后继续按照故障出现时的状态参数运行，同时便于后期定位和分析故障。

51、在上述任一技术方案中，电压故障信号包括欠压信号，通过处理电路执行目标处理，包括：基于欠压信号，根据第一子电源的供电负载，确定目标处理的方式，并通过处理电路执行目标处理。

52、在该技术方案中，当某一路子电源发生欠压故障时，故障检测电路反馈给处理器一个欠压信号，处理器根据该欠压故障进行目标处理。

53、具体地，处理器根据发生欠压故障的子电源的供电负载的重要程度，选择是否需要关断输入电源，或通过看门狗重启复位，或只是上报故障。示例性地，一般不是很重要的供电负载对应的子电源发生欠压，例如备份电池发生欠压，只需要通知用户换电池就可以。但如果是处理器或某个重要芯片发生欠压则需要关断输入电源或通过喂狗来重启系统。

54、通过上述方式，每一路子电源的欠压故障都能够得到实时监测，并且在任一子电源发生欠压故障时，均能够及时地做出响应。

55、在上述任一技术方案中，该方法还包括：基于欠压信号，将处理电路的处理器的第二运行中断数据存储至供电电路的存储器。

56、在该技术方案中，当发生欠压故障时，处理器能及时进入故障中断，保存故障数据和程序运行中的重要中间参数，当电源恢复后能从断电时的状态继续运行。

57、在上述任一技术方案中，将处理器的第二运行中断数据存储至供电电路的存储器，包括：基于第一子电源的第一电压小于或等于预设阈值，且第三子电源的第二电压大于预设阈值，将处理器的第二运行中断数据存储至存储器；其中，第三子电源为除第一子电源外的其他子电源。

58、在该技术方案中，当某一路子电源发生欠压时，处理器会被触发中断，处理器在进入中断后会延迟1到2秒，再通过模拟数字转换器来读取相应发生欠压故障的子电源的电压(也即第一电压)与其他所有子电源的电压(也即第二电压)。如果读取到的第一电压维持在欠压状态且其他子电源的电压正常，则可以判定是子电源欠压故障，如果其他子电源的电压低于0.5v则认为是正常的断电。

59、如果是欠压故障，将运行中的重要参数和欠压故障发生的信息(也即第一运行中断数据)，打包写入存储器，再次读回确认后保护掉电数据保存完成。并视具体情况依据负载重要性抉择是否需要关断主电源，或通过看门狗重启复位，或只是上报故障。

60、本发明实施例，能够区分欠压故障和板卡正常断电，当发生电源欠压时也能及时通知处理器，处理器通过分析确认为欠压故障时可主动进行目标处理，同时故障记录和重要运行参数能够很好得到保护存储。

61、在上述任一技术方案中，该方法还包括：基于第一电压小于或等于预设阈值，且第二电压小于或等于预设阈值，将处理器的第三运行中断数据存储至存储器。

62、在该技术方案中，当第一电压和第二电压均小于或等于预设阈值时，表明是正常断电发生，会自动切换至超级电容供电，供电切换电路会产生给处理器一个反馈，处理器会将运行中的重要参数和断电数据(也即第三运行中断数据)记录写入存储器，并在重启复位后主动上报上位机系统。

63、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。