專利名稱：多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路上多電壓監(jiān)控和保護(hù)的實(shí)現(xiàn)裝置及方法，主要是涉及電子設(shè)備上有 上電順序要求的電路板上多電源電壓檢測(cè)、控制和保護(hù)的實(shí)現(xiàn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展，專有電子器件以及集成電路功能、構(gòu)造越來越復(fù)雜，對(duì)供電電源 的監(jiān)控及保護(hù)也提出了更高的要求，否則，將影響器件內(nèi)部的配置，導(dǎo)致器件不能正常執(zhí)行 固有的功能、電路無法正常工作。另外，在電路板上由于物理特性和電路設(shè)計(jì)的原因，各器 件的啟動(dòng)和關(guān)閉往往是有先后順序的，如果次序錯(cuò)亂會(huì)影響電路板的使用及各器件的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置及 方法，解決現(xiàn)有電路中存在的由于電源加電/斷電可能對(duì)電路板上電子器件帶來的損傷問題。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
(1) 產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓；
(2) 當(dāng)電路板上正常運(yùn)行的各器件的電源中有一個(gè)或一個(gè)以上電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，上 報(bào)告警，同時(shí)順序關(guān)斷電路板上各器件的電源，再順序?yàn)殡娐钒迳细髌骷碾娫瓷想姡绻?順序斷電或順序上電失敗則上報(bào)告警。
上述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法中，所述步驟(2)中順序斷電或順序上電失敗 是指順序斷電或順序上電無效，或者是順序斷電或順序上電沒有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
上述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟(1)與步驟(2)之間還包括 (A)向電路板上各器件的電源上電時(shí)，按照上電順序依次向各器件的電源上電。
上述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法中，所述步驟(A)進(jìn)一步包括 (Al)按照上電順序向電路板上一個(gè)器件的電源上電；
(A2)延時(shí)一段時(shí)間后，檢測(cè)所述器件的電源是否已經(jīng)正常上電，如果是則按照上電順 序向電路板上的下一個(gè)器件的電源上電；否則重復(fù)步驟(A2)，如果在系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)定時(shí)間內(nèi)
所述器件的電源一直無法正常上電，停止重復(fù)步驟(A2)，將已上電的各器件電源順序斷電， 上報(bào)上電失敗告警。
上述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟(2)之后還包括 (B)將電路板上各器件的電源斷電時(shí)，按照斷電順序依次將各器件的電源斷電。
上述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法中，所述步驟(B)進(jìn)一步包括-(Bl)按照斷電順序?qū)㈦娐钒迳弦粋€(gè)器件的電源斷電；
(B2)延時(shí)一段時(shí)間后，檢測(cè)所述器件的電源是否已經(jīng)正常斷電，如果是則按照斷電順 序?qū)㈦娐钒迳系南乱粋€(gè)器件的電源斷電；否則重復(fù)步驟(B2)，如果在系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)定時(shí)間內(nèi) 所述器件的電源一直無法正常斷電，停止重復(fù)步驟(B2)，上報(bào)斷電失敗告警。
一種多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置，包括
一次電源模塊電路板上的總電源，將電源供電轉(zhuǎn)化為直流電，不受上電順序控制； 二次電源模塊將直流電轉(zhuǎn)化為電路板上各器件的電源；
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓； 電壓比較模塊將電路板上各器件的電源電壓與基準(zhǔn)電壓比較； 電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊對(duì)電路板上各器件的電源進(jìn)行控制；
其中， 一次電源模塊將民用電轉(zhuǎn)化為直流電，二次電源模塊將一次電源提供的直流電轉(zhuǎn) 化為電路板上各器件的電源，之后，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn) 行比較的基準(zhǔn)電壓，并將基準(zhǔn)電壓輸送給電壓比較模塊，電壓比較模塊將電路板上各器件的 電源電壓與基準(zhǔn)電壓比較，并將比較結(jié)果輸入電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊，電源監(jiān)控及保 護(hù)控制邏輯模塊根據(jù)電壓比較模塊輸送的比較結(jié)果對(duì)電路板上各器件的電源進(jìn)行控制。
采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用較少的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有上電/斷電 順序要求的多電壓監(jiān)視、控制和保護(hù)的功能，節(jié)省了資源，提高了對(duì)單板電源的監(jiān)控能力。


圖1為控制電路上電流程圖； 圖2為控制電路斷電流程圖3為電源保護(hù)流程圖； 圖4為相關(guān)硬件原理框圖； 圖5為可編程邏輯器件外圍設(shè)計(jì)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
本發(fā)明所述單板多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置由以下幾部分組成 一次電源模塊、 帶電源輸出使能的二次電源模塊、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、電壓比較模塊、電源監(jiān)控及保護(hù)控制 邏輯模塊。
電路板上器件一般采用多次電源供電方式，首先使用一次電源模塊將民用電或機(jī)房48V 電源轉(zhuǎn)換為單板可以使用的較低的直流電源，再使用低壓電源轉(zhuǎn)換器件(二次電源模塊)產(chǎn) 生集成電路要求的多種高精度電源。
控制電路板上器件的加電和斷電順序就是按要求依次供給/斷開各相關(guān)電源，主要由電源 監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊控制二次電源模塊使能端實(shí)現(xiàn)。單板電源保護(hù)電路主要根據(jù)對(duì)電源 電壓檢測(cè)電路(由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、分壓電阻網(wǎng)絡(luò)與電壓比較器組成)的檢測(cè)結(jié)果，如果 發(fā)現(xiàn)各電源加電穩(wěn)定后的電壓低于單板器件的正常工作電壓，則觸發(fā)中斷及告警，并按照斷 電次序要求進(jìn)行斷電操作。
本發(fā)明所述電源監(jiān)控及保護(hù)的方法如下
核心方法是
第一步電路上各種電源狀態(tài)采集 本步驟又可以包括下列步驟
1、 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生要求由一次電源產(chǎn)生的(或再經(jīng)降壓處理到合適電平)、不受上電順 序控制的電壓為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用高精度的電阻(1%)分壓產(chǎn)生與各個(gè)二次電源模塊輸出進(jìn)行比 較的基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓一般低于實(shí)際二次電源模塊輸出的電壓0.1V左右(可以根據(jù)情況如 電路正常工作的電壓范圍進(jìn)行調(diào)整)；
2、 電壓狀態(tài)監(jiān)視主要由電壓比較電路實(shí)現(xiàn)，電壓比較電路不能直接使用普通的運(yùn)算放 大器，必須使用帶磁滯回線并且功耗較低的專用電源比較器，否則將容易造成通斷控制信號(hào) 的振蕩或失控。
3、可編程邏輯器件采集電源狀態(tài)電壓比較電路將比較結(jié)果輸入到可編程器件，由可編 程器件提供軟件接口、由軟件根據(jù)需求對(duì)當(dāng)前電源狀態(tài)作出判斷和操作(此步操作也可有邏 輯器件自身實(shí)現(xiàn))。
第二步多電源電壓上電/斷電/保護(hù)控制
1、 設(shè)定延時(shí)參數(shù)此參數(shù)要求滿足不小于電路所要求的順序上電最小時(shí)間間隔，具體實(shí) 現(xiàn)上可以通過計(jì)數(shù)器做延時(shí)實(shí)現(xiàn)。
2、 上電控制過程由可編程邏輯器件使能先上電的二次電源模塊，同時(shí)由電壓監(jiān)測(cè)電路 對(duì)其上電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，延時(shí)一段時(shí)間(延時(shí)參數(shù)設(shè)定)由電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊采 集該二次電源模塊是否已正常上電，如已正常上電則打開后續(xù)二次電源模塊使能讓其輸出， 否則繼續(xù)延時(shí)相同時(shí)間再進(jìn)行同樣判斷。具體如圖l所示，按照電源l、 2....n的順序上電。
同時(shí)為了防止某二次電源模塊出現(xiàn)問題，總是無法正常上電，陷于循環(huán)等待的死循環(huán)， 需要在使能二次電源1以后設(shè)定順序上電超時(shí)計(jì)數(shù)器，如果在規(guī)定時(shí)間(具體需綜合模塊斷 電時(shí)間以及延時(shí)參數(shù)設(shè)定，可稍長(zhǎng))內(nèi)沒有上電成功則順序斷電并上報(bào)上電失敗告警。
3、 斷電控制過程如圖2所示，由可編程邏輯器件關(guān)斷要求先斷電的二次電源模塊，同 時(shí)由電壓監(jiān)測(cè)電路對(duì)其上電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，延時(shí)一段時(shí)間(延時(shí)參數(shù)設(shè)定)由邏輯采集狀態(tài) 判斷該二次電源模塊是否已正常斷電，如己正常斷電則斷開后續(xù)二次電源模塊，否則繼續(xù)延
時(shí)相同時(shí)間再進(jìn)行同樣判斷。具體如圖2所示，按照電源n、 n-l....l的順序斷電。
同樣為了電路故障等導(dǎo)致二次電源無法斷電，需要設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器，當(dāng)關(guān)斷二次電源N 的時(shí)候使能計(jì)時(shí)器，在設(shè)定時(shí)間(具體需綜合模塊斷電時(shí)間以及延時(shí)參數(shù)設(shè)定，可稍長(zhǎng))內(nèi) 未完成斷電，則上報(bào)斷電失敗告警。
4、 電源保護(hù)控制過程主要由可編程邏輯器件或者軟件控制可編程器件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方法 如圖3所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)單板正常運(yùn)行的多電源中某一電壓或幾個(gè)電壓低于單板正常工作所需的 最小電壓(也即設(shè)置的基準(zhǔn)電壓)時(shí)，上報(bào)告警，同時(shí)就會(huì)順序關(guān)斷單板各個(gè)電源，然后再 順序上電。如果順序上電或斷電失敗(超時(shí))，則上報(bào)相關(guān)告警。
下面舉一個(gè)實(shí)際的例子。
電路部分采用的核心芯片(二次電源模塊)要求上電順序滿足.2V上電》3.3V上電》2.5V， 斷電順序要求滿足2.5￥先斷電->3.3￥斷電->1.2￥斷電。電路硬件部分由一次電源模塊、帶 電源輸出使能的二次電源模塊、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、分壓電阻網(wǎng)絡(luò)、電壓比較器、電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊組成，具體電路結(jié)構(gòu)可見圖4。其中
一次電源模塊完成輸入的48V電源》5V/3.3V轉(zhuǎn)換，注意其中的3.3V電源直接給CPU 系統(tǒng)以及電源監(jiān)控部分電路供電；
帶使能控制的二次電源模塊分別完成5V->ORN_1.2V、 5V->ORN—3.3V、 3.3V->ORN_2.5V 的轉(zhuǎn)換；
基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由于單板上5V電壓功耗較大，電壓基準(zhǔn)在5V電壓上(而非在3.3V 上)，采用5V-〉3.3V的小功耗LDO (無需使能)產(chǎn)生3.3V的基準(zhǔn)電壓，再采用精度為1%的 電阻分壓產(chǎn)生I.IV、 2.4V、 3.2V的基準(zhǔn)比較電壓。(實(shí)際中電路正常工作的最小電壓極限為 1.08V、 2.375V、 3.135V)
電壓比較器采用微功耗的RAIL-TO-RAIL比較器(規(guī)格型號(hào)可以為 LMC7215IM5//NCS2200SN1T1),主要的技術(shù)參數(shù)有帶PUSH/PULL輸出、工作電壓 +2V~+8V、傳輸延時(shí)25uS、 High output current drive (@ VS = 5V) 45 mA封裝為SOT23-5。
電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊采用EPLD(CPLD)，外帶1.4MHz的晶振產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)， 同時(shí)提供各個(gè)電源狀態(tài)檢測(cè)及二次電源控制引腳。具體可見圖5。
可編程邏輯器件部分由電源狀態(tài)檢測(cè)、上電順序控制、斷電控制以及CPU接口部分組成。 具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制可見上文技術(shù)方案描述。
軟件部分功能主要是完成電源狀態(tài)信號(hào)上報(bào)、產(chǎn)生告警、電路的上電/斷電控制以及保護(hù) 控制功能，具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制也可見上文技術(shù)方案描述。
總之，本發(fā)明可以低成本、高可靠的滿足在對(duì)電源上電/斷電控制及電源保護(hù)要求嚴(yán)格的 大規(guī)模電路，上電/斷電過程利用對(duì)前一級(jí)電源狀態(tài)的監(jiān)視實(shí)現(xiàn)可靠的上/斷電，電源保護(hù)利用 對(duì)所有電壓狀態(tài)的監(jiān)視可將由于電源電壓浮動(dòng)變化等對(duì)單板器件的損傷減小的最低限度。
權(quán)利要求
1、一種多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟(1)產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓；(2)當(dāng)電路板上正常運(yùn)行的各器件的電源中有一個(gè)或一個(gè)以上電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，上報(bào)告警，同時(shí)順序關(guān)斷電路板上各器件的電源，再順序?yàn)殡娐钒迳细髌骷碾娫瓷想?，如果順序斷電或順序上電失敗則上報(bào)告警。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟(2) 中順序斷電或順序上電失敗是指順序斷電或順序上電無效，或者是順序斷電或順序上電沒有 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于在步驟(1) 與步驟(2)之間還包括-(A) 向電路板上各器件的電源上電時(shí)，按照上電順序依次向各器件的電源上電。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟(A)進(jìn)一步包括(Al)按照上電順序向電路板上一個(gè)器件的電源上電；(A2)延時(shí)一段時(shí)間后，檢測(cè)所述器件的電源是否已經(jīng)正常上電，如果是則按照上電順序向電路板上的下一個(gè)器件的電源上電；否則重復(fù)步驟(A2)，如果在系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)定時(shí)間內(nèi)所述器件的電源一直無法正常上電，停止重復(fù)步驟(A2)，將已上電的各器件電源順序斷電，上報(bào)上電失敗告警。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于在步驟(2) 之后還包括(B) 將電路板上各器件的電源斷電時(shí)，按照斷電順序依次將各器件的電源斷電。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述步驟(B)進(jìn)一步包括-(Bl)按照斷電順序?qū)㈦娐钒迳弦粋€(gè)器件的電源斷電；(B2)延時(shí)一段時(shí)間后，檢測(cè)所述器件的電源是否已經(jīng)正常斷電，如果是則按照斷電順 序?qū)㈦娐钒迳系南乱粋€(gè)器件的電源斷電；否則重復(fù)步驟(B2),如果在系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)定時(shí)間內(nèi) 所述器件的電源一直無法正常斷電，停止重復(fù)步驟(B2)，上報(bào)斷電失敗告警。
7、 一種多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于包括一次電源模塊電路板上的總電源，將電源供電轉(zhuǎn)化為直流電，不受上電順序控制； 二次電源模塊將直流電轉(zhuǎn)化為電路板上各器件的電源；基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓； 電壓比較模塊將電路板上各器件的電源電壓與基準(zhǔn)電壓比較； 電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊對(duì)電路板上各器件的電源進(jìn)行控制；其中， 一次電源模塊將民用電轉(zhuǎn)化為直流電，二次電源模塊將一次電源提供的直流電轉(zhuǎn) 化為電路板上各器件的電源，之后，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn) 行比較的基準(zhǔn)電壓，并將基準(zhǔn)電壓輸送給電壓比較模塊，電壓比較模塊將電路板上各器件的 電源電壓與基準(zhǔn)電壓比較，并將比較結(jié)果輸入電源監(jiān)控及保護(hù)控制邏輯模塊，電源監(jiān)控及保 護(hù)控制邏輯模塊根據(jù)電壓比較模塊輸送的比較結(jié)果對(duì)電路板上各器件的電源進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)裝置及方法?，F(xiàn)有電路中存在的由于電源加電/斷電可能對(duì)電路板上電子器件帶來的損傷問題。為解決上述問題，本發(fā)明多電壓監(jiān)控和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟(1)產(chǎn)生用于與電路板上各器件的電源進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓；(2)當(dāng)電路板上正常運(yùn)行的各器件的電源中有一個(gè)或一個(gè)以上電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，上報(bào)告警，同時(shí)順序關(guān)斷電路板上各器件的電源，再順序?yàn)殡娐钒迳细髌骷碾娫瓷想姡绻樞驍嚯娀蝽樞蛏想娛t上報(bào)告警。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用較少的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有上電/斷電順序要求的多電壓監(jiān)視、控制和保護(hù)的功能，節(jié)省了資源，提高了對(duì)單板電源的監(jiān)控能力。
文檔編號(hào)H02H3/20GK101188353SQ200610138459
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者徐宏毅, 楊祖發(fā) 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司