專利名稱：兩級限流電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及電源系統(tǒng)，更具體地，涉及一種能夠在過載狀 況下減小熱應力的兩級限流電源系統(tǒng)。
背景技術：
單級限流電源在過載狀況下會耗散過多的功率。從以下示例可以 理解功率耗散的概念。假設電源元件(例如，穩(wěn)壓器等)典型地在正 常工作模式下具有2伏特的電壓降。在該示例中，如果流經元件的電 流是500毫安，元件必然耗散1瓦特的功率(即，2伏特X500毫安)。 例如對于短接的電源輸出，可能發(fā)生更嚴重的狀況。在該示例中，假 設在電源輸出短接時，電源元件(例如，穩(wěn)壓器等)具有20伏特的電 壓降。此時，如果流經元件的電流是500毫安，則元件必然耗散10 瓦特的功率(即，20伏特X500毫安)。在前述示例中，由于功率耗散， 電源的元件受到熱應力損壞的風險可能增大。針對過多功率耗散的相關潛在問題的一種方法是簡單地構造具有 更高電流處理能力的電源系統(tǒng)。但是，提高電源系統(tǒng)的電流處理能力帶來了成本提高的問題，這可能是無法接受的，特別是對于成本比較 敏感的應用。因此，希望構造一種電源系統(tǒng)，其能夠在過載狀況下減 小熱應力，但不會顯著增加設計成本。發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明一方面，公開了一種用于保護電源的設備。根據(jù)典型 實施例，該設備包括第一裝置，用于測量提供至負載的電流；以及第二裝置，如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，第二裝置在 第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流，如果所述電流超過第二 閾值達第二測試時段，第二裝置在第二禁用時段內禁用至所述負載的所述電流。根據(jù)本發(fā)明另一方面，公開了一種用于保護電源的方法。根據(jù)典型實施例，該方法包括步驟測量提供至負載的電流；如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，在第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流；以及如果所述電流超過第二閾值達第二測試時段，在第二 禁用時段內禁用至所述負載的所述電流。根據(jù)本發(fā)明又-一方面，公開了一種電源保護設備。根據(jù)典型實施 例，該電源保護設備包括測量裝置，用于測量提供至負載的電流； 以及處理器，如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，處理器在 第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流，如果所述電流超過第二閾值達第二測試時段，處理器在第二禁用時段內禁用至所述負載的所 述電流。


參照如下結合附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述和其他 特征、優(yōu)點和實現(xiàn)方法顯而易見，并且能夠更好地理解本發(fā)明，附圖 中圖1是根據(jù)本發(fā)明典型實施例的電源系統(tǒng)的示圖； 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的圖1中電流控制電路的進-步細節(jié)的示圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的時序圖；以及圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的電源保護步驟的流程圖。這里描述的示例用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這些示例不應視為對本發(fā)明的保護范圍有任何限制。
具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖，具體參照附圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明典型實 施例的電源系統(tǒng)IOO。如圖1所示，電源系統(tǒng)IOO包括升壓電源10、 穩(wěn)壓器20和電流控制電路30。穩(wěn)壓器20包括電壓源VI、電阻器R1 到R5、晶體管Ql和Q2以及運算放大器12。電壓源V1的示例值是 5伏特。電阻器Rl到R5的示例值分別是10千歐姆、1千歐姆、10千歐姆、IO千歐姆和IO千歐姆。根據(jù)設計選擇，也可以使用前述示 例值之外的其他值。根據(jù)典型實施例，電源系統(tǒng)IOO用在衛(wèi)星接收機中。根據(jù)該典型 實施例，電源系統(tǒng)IOO可以具體實現(xiàn)于諸如機頂盒的電子設備的內部， 圖1中示出的負載可以表示衛(wèi)星接收機的低噪聲模塊(LNB)。當然， 本領域技術人員會認識到電源系統(tǒng)IOO也可以用在其他應用中。對于圖l的電源系統(tǒng)，由于在特定狀況下的功率耗散，穩(wěn)壓器20 的元件可能受到熱應力損壞。例如，假設在正常工作模式下，穩(wěn)壓器 20的晶體管Q1上的電壓降典型是2伏特，如圖1所示。在這種情況 下，如果流經穩(wěn)壓器20的電流是500毫安，則穩(wěn)壓器20必然耗散1 瓦特的功率(即，2伏特X500毫安)。這可以看作是軟故障狀況。對 于例如穩(wěn)壓器20的負載更重的情況，可能發(fā)生更加嚴重的硬故障狀 況。例如，假設穩(wěn)壓器20的晶體管Q1上的電壓降典型是2伏特，并 且流經穩(wěn)壓器20的電流是700毫安。穩(wěn)壓器20必然耗散1.4瓦特的 功率(即，2伏特X700毫安)。如下將描述的，本發(fā)明能夠處理這些 類型的故障狀況，從而減小穩(wěn)壓器20的元件受到熱應力損壞的風險。根據(jù)本發(fā)明原理，電源系統(tǒng)IOO使用兩級限流技術，該技術在電 流過載狀況下減小了穩(wěn)壓器20受到的熱應力。根據(jù)典型實施例，電源 系統(tǒng)100采用500和700毫安這兩個電流閾值。如果流經穩(wěn)壓器20 至負載的電流小于500毫安，電源系統(tǒng)IOO處于正常工作模式。但是，如果流經穩(wěn)壓器20至負載的電流達到或超過500毫安并持續(xù)了第一測 試時段(例如，l秒等)，電流控制電路30檢測到該狀況，并提供控 制信號C，以在第一禁用時段(例如l秒等)內禁用(即，關閉)穩(wěn) 壓器20。此外，如果流經穩(wěn)壓器20至負載的電流超過700毫安并持 續(xù)了第二測試時段(例如，35毫秒等)，電流控制電路30檢測到該狀 況，并提供控制信號C，以在第二禁用時段(例如1.25秒等)內禁用 穩(wěn)壓器20。通過這樣禁用穩(wěn)壓器20，本發(fā)明有利地減小了穩(wěn)壓器20 的元件可能受到的熱應力損壞。參照圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的圖1中電流控制電路 30的具體細節(jié)。如圖2所示，電路控制電路30包括電壓源V2和V3、 電阻器R6到R14、晶體管Q3、運算放大器22、比較器24和26、以 及處理器28。電壓源V2和V3的示例值分別是30伏特和3.3伏特。 電阻器R6到R14的示例值分別是0.1歐姆、l千歐姆、l千歐姆、33 千歐姆、12千歐姆、8千歐姆、20千歐姆、IO千歐姆和IO千歐姆。 根據(jù)設計選擇，也可以使用前述示例值之外的其他值。圖2中，運算放大器22及其相關電路用作對提供至負載(例如， LNB)的電流的大小進行測量的測量裝置。根據(jù)典型實施例，電壓源 V2、電阻器R6到R9、晶體管Q3和運算放大器22用作電流至電壓換能器，該換能器產生大小與提供至負載的電流的大小相對應的電壓。 比較器24和26接收從電流至電壓換能器產生的輸出電壓，并用作閾值檢測器來檢測提供至負載的電流(對應于電流至電壓換能器的輸出 電壓)是否達到某些預定閾值。根據(jù)典型實施例，如果提供至負載電流等于或超過第一閾值500毫安，則比較器26向處理器28提供處于邏輯高狀態(tài)的第一檢測信號 A。如果提供至負載電流小于第一閾值500毫安，則第一檢測信號A 處于邏輯低狀態(tài)。此外，根據(jù)該典型實施例，如果提供至負載電流超 過第二閾值700毫安，則比較器24向處理器28提供處于邏輯高狀態(tài) 的第二檢測信號B。如果提供至負載電流小于或等于第二閾值700毫 安，則第二檢測信號B處于邏輯低狀態(tài)。處理器28進行操作，以響應于分別從比較器26和24提供的第一 和第二檢測信號A和B，控制提供至負載的電流。根據(jù)這里所述的典 型實施例，如果流經穩(wěn)壓器20至負載的電流小于500毫安，電源系統(tǒng) IOO處于正常工作模式。但是，如果流經穩(wěn)壓器20至負載的電流達到 或超過500毫安并持續(xù)了第一測試時段(例如，1秒等)，處理器28 響應于來自比較器26的處于邏輯高狀態(tài)的第一檢測信號A，檢測到該 狀況，并提供控制信號C，以在第-一禁用時段(例如，1秒等)內禁 用(即，關閉)穩(wěn)壓器20。此外，如果流經穩(wěn)壓器20至負載的電流 超過700毫安并持續(xù)了第二測試時段(例如，35毫秒等)，處理器28 響應于來自比較器24的處于邏輯高狀態(tài)的第二檢測信號B，檢測到該 狀況，并提供控制信號C，以在第二禁用時段(例如，1.25秒等)內禁用穩(wěn)壓器20。通過這樣禁用穩(wěn)壓器20，本發(fā)明有利地減小了穩(wěn)壓器 20的元件可能受到的熱應力損壞。注意，這里所示的特定電流閾值、 測試時段和禁用時段只是示例性的，根據(jù)本發(fā)明原理，可以按照設計 選擇采用其他電流閾值、測試時段和禁用時段。參照圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的時序圖。具體而言， 圖3的時序圖示出了上述處理器28的操作。在時間1，至負載的電流 小于500毫安，電源系統(tǒng)100處于正常工作模式。在時間2，至負載 的電流超過500毫安，引起比較器26輸出處于邏輯高狀態(tài)的第一檢測 信號A。處理器28通過啟動用于測量第一測試時段(例如，l秒等) 的第一內部定時器Tl，對處于邏輯高狀態(tài)的第一檢測信號A進行響 應。當?shù)谝粌炔慷〞r器T1在時間3到時時，處理器28輸出控制信號 C，以在第一禁用時段(例如，1秒等)內禁用(即，關閉)穩(wěn)壓器 20，第一禁用時段在時間4處結束，此時重新啟用至負載的電流。接 下來，在時間5，至負載的電流超過700毫安，引起比較器24輸出處 于邏輯高狀態(tài)的第二檢測信號B。處理器28通過啟動用于測量第二測 試時段(例如，35毫秒等)的第二內部定時器T2，對處于邏輯高狀 態(tài)的第二檢測信號B進行響應。當?shù)诙炔慷〞r器T2在時間6到時 時，處理器28輸出控制信號C，以在第二禁用時段(例如，1.25秒等) 內禁用穩(wěn)壓器20，第二禁用時段在時間7處結束，此時重新啟用至負 載的電流。參照圖4,示出了根據(jù)本發(fā)明典型實施例的用于保護電源的步驟流程圖400。為了示例和說明目的，參照圖1電源系統(tǒng)100和圖2所 示電流控制電路30，描述圖4的步驟。圖4的步驟只是示例性的，不 旨在對本發(fā)明進行任何限制。在步驟405，電源系統(tǒng)IOO處于正常工作模式。在步驟410，執(zhí)行 電流測試，測量提供給負載(例如，LNB)的電流的大小。根據(jù)典型 實施例，電流控制電路30產生大小與提供至負載(例如，LNB)的電 流的大小相對應的電壓。根據(jù)該典型實施例，電流控制電路30的電壓 源V2、電阻器R6到R9、晶體管Q3和運算放大器22用作電流至電 壓換能器，該換能器產生大小與提供至負載的電流的大小相對應的電 壓。比較器24和26接收從電流至電壓換能器產生的輸出電壓，并作 為閾值檢測器來檢測提供至負載的電流(對應于電流至電壓換能器的 輸出電壓)是否達到某些預定閾值。根據(jù)典型實施例，如果提供至負 載電流等于或超過第一閾值500毫安，則比較器26向處理器28提供 處于邏輯高狀態(tài)的第一檢測信號A。如果提供至負載電流超過第二閾 值700毫安，則比較器24向處理器28提供處于邏輯高狀態(tài)的第二檢 測信號B。由此，處理器28基于第一和第二檢測信號A和B的邏輯 狀態(tài)，確定提供至負載的電流的大小。如果步驟410的電流測試指示電流小于500毫安，流程前進到步 驟415，在步驟415處理器28將第一和第二內部定時器Tl和T2重置到預定初始值(例如，0)。如上所述，第一和第二內部定時器Tl和T2分別測量第一和第二測試時段。流程從步驟415循環(huán)回到步驟405 ， 在步驟405是正常工作模式。如果步驟410的電流測試指示電流大于或等于500毫安但是小于 或等于700毫安，流程前進到步驟420，在步驟420處理器28將第一 定時器T1遞增。流程從步驟420前迸到步驟425，在步驟425處理器 28確定第一定時器T1是否到時。根據(jù)典型實施例，當?shù)谝欢〞r器T1 達到與示例的第一測試時段相對應的1秒時，第一定時器Tl到時。 如果在步驟425，第一定時器T1還未到時，則流程循環(huán)回到步驟410， 這里再次執(zhí)行電流測試。如果步驟410的電流測試指示電流大于700毫安，流程前進到步 驟430，在步驟430處理器28將第二定時器T2遞增。流程從步驟430 前進到步驟435，在步驟435處理器28確定第二定時器T2是否到時。 根據(jù)典型實施例，當?shù)诙〞r器T2達到與示例的第二測試時段相對 應的35毫秒時，第二定時器T2到時。如果在步驟435，第二定時器 T2還未到時，則流程循環(huán)回到步驟410，這里再次執(zhí)行電流測試。如果處理器在步驟425確定第一定時器Tl己到時或者在步驟435 確定第二定時器T2已到時，或流程前進到步驟440，在步驟440處理 器28禁用至負載的電流。根據(jù)典型實施例，處理器28通過輸出控制 信號C (見圖2和3)，禁用至負載的電流。流程從步驟440前進到步驟445，在步驟445處理器28等待所采用的禁用時段。根據(jù)典型實施 例，如果第一定時器T1在步驟425已過時，則處理器28在步驟445 等待第一禁用時段(例如，1秒等)，如果第二定時器T2在步驟435 已過時，則處理器28在步驟445等待第二禁用時段(例如，1.25秒 等)。在處理器28在步驟445等待所用的禁用時段之后，流程前進到 步驟450，在步驟450處理器28通過轉換控制信號C (見圖3)的邏 輯狀態(tài)，重新啟用至負載的電流。流程從步驟450循環(huán)回到步驟415， 在步驟415處理器28將第一和第二內部定時器Tl和T2重置為預定 初始值(例如，0)。如上所述，本發(fā)明提供了能夠在電流過載狀況下減小熱應力的兩 級限流電源系統(tǒng)。再次注意，雖然參照特定電流閾值、測試時段和禁 用時段描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是這些特定值只是示例性的， 不是要對本發(fā)明進行任何限制。本領域技術人員會認識到按照設計選 擇可以使用其他電流閾值、測試時段和禁用時段。本發(fā)明可以應用于 使用電源系統(tǒng)的多種應用。雖然描述了具有優(yōu)選設計的本發(fā)明，但是 在本公開的精神和范圍內可以進一步修改本發(fā)明。因此，本申請旨在 涵蓋使用本發(fā)明總體原理的任何變體、用途或改變。此外，本申請旨 在涵蓋與本發(fā)明相關并落入所附權利要求保護范圍的屬于本領域公知 或慣用手段的本公開之外的內容。
權利要求
1.一種用于保護電源的設備(30)，所述設備包括第一裝置(R6-R9，22，V2，Q3)，用于測量提供至負載的電流；以及第二裝置(28)，如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，第二裝置(28)在第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流，如果所述電流超過第二閾值達第二測試時段，第二裝置(28)在第二禁用時段內禁用至所述負載的所述電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其中 所述第一閾值小于所述第二閾值； 所述第一禁用時段比所述第二禁用時段短；以及 所述第一測試時段比所述第二測試時段長。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其中所述負載包括衛(wèi)星接收 機的低噪聲模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，還包括 第三裝置(26)，用于如果所述電流超過所述第一閾值，則向所述 第二裝置(28)提供第--檢測信號(A);以及第四裝置(24)，用于如果所述電流超過所述第二閾值，則向所述 第二裝置(28)提供第二檢測信號(B)。
5. 根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其中所述第一裝置(R6-R9, 22,V2,Q3)產生對應于所述電流的電壓。
6. 根據(jù)權利要求1所述的設備(30)，其中，在所述第一和第二禁 用時段之一內所述電流被禁用之后，所述第二裝置(28)啟用至所述 負載的所述電流。
7. —種用于保護電源的方法(400)，包括步驟 測量提供至負載的電流(410);如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，在第一禁用時段內 禁用至所述負載的所述電流(420, 425， 440, 445);以及如果所述電流超過第二閾值達第二測試時段，在第二禁用時段內 禁用至所述負載的所述電流(430, 435, 440, 445)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的方法(400)，其中 所述第 一 閾值小于所述第二閾值； 所述第一禁用時段比所述第二禁用時段短；以及所述第一測試時段比所述第二測試時段長。
9. 根據(jù)權利要求7所述的方法(400)，其中所述負載包括衛(wèi)星接收機的低噪聲模塊。
10. 根據(jù)權利要求7所述的方法(400)，還包括步驟-如果所述電流超過所述第一閾值，產生第一檢測信號(A);以及 如果所述電流超過所述第二閾值，產生第二檢測信號(B)。
11. 根據(jù)權利要求7所述的方法(400)，其中所述測量步驟(410) 包括產生對應于所述電流的電壓。
12. 根據(jù)權利要求7所述的方法(400)，還包括步驟在所述第一 和第二禁用時段之一內所述電流被禁用之后，啟用至所述負載的所述 電流(450)。
13. —種電源保護設備(30)，包括測量裝置(R6-R9,22，V2,Q3)，用于測量提供至負載的電流；以及處理器(28)，如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，處理 器(28)在第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流，如果所述電 流超過第二閾值達第二測試時段，處理器(28)在第二禁用時段內禁 用至所述負載的所述電流。
14.根據(jù)權利要求13所述的電源保護設備(30)，其中 所述第 一 閾值小于所述第二閾值； 所述第一禁用時段比所述第二禁用時段短；以及 所述第一測試時段比所述第二測試時段長。
15.根據(jù)權利要求13所述的電源保護設備(30)，其中所述負載包 括衛(wèi)星接收機的低噪聲模塊。
16.根據(jù)權利要求13所述的電源保護設備(30)，還包括 與所述測量裝置(R6-R9，22,V2，Q3)連接的第一比較器(26)，用于在所述電流超過所述第一閾值時，向所述處理器(28)提供第一檢測信號(A);以及與所述測量裝置(R6-R9，22， V2，Q3)連接的第二比較器(24)，用于在所述電流超過所述第二閾值時，向所述處理器(28)提供第二檢測信號(B)。
17. 根據(jù)權利要求13所述的電源保護設備(30)，其中所述測量裝 置(R6-R9,22，V2，Q3)產生對應于所述電流的電壓。
18. 根據(jù)權利要求13所述的電源保護設備(30)，其中，在所述第 -和第二禁用時段之一內所述電流被禁用之后，所述處理器(28)啟用至所述負載的所述電流。
全文摘要
一種兩級限流電源系統(tǒng)(100)能夠在電流過載狀況期間減小熱應力。根據(jù)典型實施例，電源系統(tǒng)(100)包括測量裝置(R6-R9，22，V2，Q3)，用于測量提供至負載的電流；以及處理器(28)，如果所述電流超過第一閾值達第一測試時段，處理器(28)在第一禁用時段內禁用至所述負載的所述電流，如果所述電流超過第二閾值達第二測試時段，處理器(28)在第二禁用時段內禁用至所述負載的所述電流。
文檔編號G05F1/573GK101336399SQ200680052236
公開日2008年12月31日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權日2006年2月2日
發(fā)明者約翰·詹姆斯·菲茨帕特里克 申請人:湯姆遜許可公司