本實(shí)用新型涉及一種電源保護(hù)電路，特別是一種對(duì)采用串接電源供電的系統(tǒng)進(jìn)行過流、過壓保護(hù)的電路，還涉及一種采用串接電源供電的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大型客機(jī)的機(jī)載娛樂系統(tǒng)顯示終端采用如附圖1所示的電源串接形式，即第一級(jí)顯示終端的電源來源于外接電源，而除第一級(jí)顯示終端以外的各級(jí)顯示終端，其電源均來源于其前一級(jí)顯示終端。這種采用串接電源形式的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高電源線和網(wǎng)絡(luò)接線的效率，但同時(shí)也帶來了電壓串?dāng)_的風(fēng)險(xiǎn)，即當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，若A顯示終端遇到高電壓、大電流的情況，由于電源的串接結(jié)構(gòu)，會(huì)使得該高電壓、大電流串?dāng)_到A后續(xù)的各個(gè)顯示終端上，將直接導(dǎo)致A顯示終端及其之后的各個(gè)顯示終端的損壞。而在航空供電系統(tǒng)中，低電壓直流源一般為28V電源，其中常伴有80V/50ms的浪涌電壓，因此，機(jī)載用電設(shè)備對(duì)電源浪涌電壓的承受能力具有嚴(yán)格的要求，需要用電設(shè)備能夠承受電壓尖峰Vpk為80V，持續(xù)50ms的浪涌電壓以后不發(fā)生任何故障。故在用電設(shè)備中需配備電壓電流保護(hù)電路。然而，現(xiàn)有的電壓電流保護(hù)電路通常采用較多的器件構(gòu)成復(fù)雜的電路，較為笨拙，且可靠性較差。為此，需要涉及一種電路簡(jiǎn)單易應(yīng)用、具有較高可靠性和穩(wěn)定性的保護(hù)電路來進(jìn)行電源保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種電路簡(jiǎn)單易應(yīng)用、具有較高可靠性和穩(wěn)定性的適用于采用串接電源供電的系統(tǒng)中的保護(hù)電路。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

一種適用串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路，用于對(duì)采用串接電源供電的系統(tǒng)進(jìn)行過流過壓保護(hù)，所述采用串接電源供電的系統(tǒng)包括多級(jí)電源串接的用電設(shè)備，所述串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路對(duì)應(yīng)控制各所述用電設(shè)備的輸入，所述適用串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路包括：

所述用電設(shè)備的CPU，所述用電設(shè)備的CPU用于產(chǎn)生使能信號(hào)和判斷是否發(fā)生過流，并在判斷出發(fā)生過流時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)；

電流監(jiān)控子模塊，所述電流監(jiān)控子模塊與所述用電設(shè)備連接，用于監(jiān)控所述用電設(shè)備的輸入電流，并將監(jiān)控到的輸入電流傳輸給所述用電設(shè)備的CPU，供所述用電設(shè)備的CPU判斷是 否發(fā)生過流；

過壓保護(hù)子模塊，所述過壓保護(hù)子模塊與所述用電設(shè)備相連接，所述過壓保護(hù)子模塊在所述用電設(shè)備的CPU的使能信號(hào)作用下監(jiān)控其控制的所述用電設(shè)備的輸入電壓是否發(fā)生過壓，并在發(fā)生過壓時(shí)關(guān)斷所述用電設(shè)備的輸入電壓，所述過壓保護(hù)子模塊還根據(jù)其控制的所述用電設(shè)備的CPU產(chǎn)生的控制信號(hào)關(guān)斷所述用電設(shè)備的輸入電壓。

優(yōu)選的，所述過壓保護(hù)子模塊在發(fā)生過壓關(guān)斷所述用電設(shè)備的輸入電壓時(shí)，采用延時(shí)關(guān)斷方式。

優(yōu)選的，所述過壓保護(hù)子模塊關(guān)斷所述用電設(shè)備的輸入電壓時(shí)，所述過壓保護(hù)子模塊向?qū)?yīng)的所述用電設(shè)備的CPU傳送狀態(tài)警告信號(hào)。

優(yōu)選的，所述過壓保護(hù)子模塊采集所述用電設(shè)備的輸入線路上一點(diǎn)的電壓或其相關(guān)電壓值并與基準(zhǔn)電壓相比較，從而監(jiān)控所述用電設(shè)備的輸入電壓是否發(fā)生過壓。

優(yōu)選的，所述過壓保護(hù)子模塊包括第一控制器、連接在所述用電設(shè)備的輸入線路上并與所述第一控制器相連接而受控于所述第一控制器的第一開關(guān)管，所述第一控制器與所述用電設(shè)備相信號(hào)連接并接收所述使能信號(hào)或所述控制信號(hào)，所述第一控制器與所述用電設(shè)備的輸入線路相連接而采集所述用電設(shè)備的輸入電壓并判斷是否發(fā)生過壓，所述第一開關(guān)管根據(jù)所述第一控制器的控制而通或斷。

優(yōu)選的，所述電流監(jiān)控子模塊包括連接在所述用電設(shè)備的輸入線路上的采樣電阻、與所述采樣電阻的兩端相連接而采集所述采樣電阻兩端的電壓并據(jù)此計(jì)算所述用電設(shè)備的輸入電流后與所述用電設(shè)備通信的第二控制器。

優(yōu)選的，所述串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路還包括向所述用電設(shè)備提供可選擇的輸入線路的冗余電源輸入子模塊。

優(yōu)選的，所述冗余電源輸入子模塊包括多路并接并采用均流控制的連接線路單元，每個(gè)所述連接線路單元包括：

第二開關(guān)管，所述第二開關(guān)管設(shè)置于所述用電設(shè)備的輸入線路上；

第三控制器，所述第三控制器控制所述第二開關(guān)管在所述連接線路單元供電失敗時(shí)關(guān)斷，或在所述連接線路單元插入/拔出時(shí)以無縫方式進(jìn)行負(fù)載均分。

本實(shí)用新型還提供一種采用串接電源供電的系統(tǒng)，它包括多級(jí)電源串接的用電設(shè)備、對(duì)應(yīng)控制各所述用電設(shè)備的輸入的保護(hù)電路，所述保護(hù)電路為上述任一種適用串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路。

所述采用串接電源供電的系統(tǒng)為客機(jī)上的由多個(gè)串聯(lián)的顯示終端構(gòu)成的機(jī)載娛樂系 統(tǒng)。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型在不改變串接電源接入形式的情況下，能夠?qū)γ總€(gè)用電設(shè)備進(jìn)行過壓、過流保護(hù)，串接中的每一個(gè)用電設(shè)備都可以啟動(dòng)保護(hù)電路來斷開輸入電源，從而避免浪涌電壓對(duì)本用電設(shè)備和其他用電設(shè)備造成損害，并且由于保護(hù)電路受到用電設(shè)備CPU的控制，從而能夠提高其可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

附圖1為機(jī)載娛樂系統(tǒng)的顯示終端的示意圖。

附圖2為本實(shí)用新型的串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路的功能框圖。

附圖3為本實(shí)用新型的串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路中冗余電源輸入子模塊的電路示意圖。

附圖4為本實(shí)用新型的串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路中過壓保護(hù)子模塊的電路示意圖。

附圖5為本實(shí)用新型的串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路中電流監(jiān)控子模塊的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：采用串接電源供電的系統(tǒng)(串接電源系統(tǒng))包括多級(jí)電源串聯(lián)的用電設(shè)備，第一級(jí)用電設(shè)備的電源來源于總電源，除第一級(jí)用電設(shè)備以外的各級(jí)用電設(shè)備的電源來源于其上一級(jí)用電設(shè)備。而每級(jí)用電設(shè)備中均包括控制用的CPU。本實(shí)施例中的串接電源系統(tǒng)為附圖1所示的由多個(gè)串聯(lián)的顯示終端構(gòu)成的機(jī)載娛樂系統(tǒng)。

針對(duì)上述串接電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種新型保護(hù)電路，用于對(duì)采用串接電源供電的系統(tǒng)進(jìn)行過流過壓保護(hù)。該保護(hù)電路對(duì)應(yīng)控制串接電源系統(tǒng)中的各個(gè)用電設(shè)備的輸入信號(hào)，從而起到保護(hù)作用。參見附圖2所示，該保護(hù)電路包括上述用電設(shè)備的CPU、電流監(jiān)控子模塊和過壓保護(hù)子模塊。

所述用電設(shè)備的CPU用于產(chǎn)生使能信號(hào)和判斷是否發(fā)生過流，并在判斷出發(fā)生過流時(shí)產(chǎn)生控制信號(hào)。

電流監(jiān)控子模塊與用電設(shè)備對(duì)應(yīng)連接，它用于監(jiān)控用電設(shè)備的輸入電流，并將所監(jiān)控到的輸入電流傳輸給其對(duì)應(yīng)的用電設(shè)備的CPU，使得用電設(shè)備的CPU能夠據(jù)此判斷是否發(fā)生過流，并在發(fā)生過流時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。如附圖5所示，電流監(jiān)控子模塊包括連接在用電設(shè)備的輸入線路上的采樣電阻R1、第二控制器，第二控制器與采樣電阻R1的兩端相 連接而采集采樣電阻R1兩端的電壓，并根據(jù)采樣電阻R1的電阻值和兩端的電壓值計(jì)算用電設(shè)備的輸入電流，然后與對(duì)應(yīng)的用電設(shè)備的CPU通信。第二控制器包括用做電流檢測(cè)放大器的芯片U1(NVCC_SD1AUB+)及其外圍電路。采樣電阻R1為1Ω的電阻，其串連于用電設(shè)備的電流回路中，輸入電流由IN_28V端口輸入，流經(jīng)采樣電阻R1后由AUX_28V端口輸出，而采樣電阻R1的兩端分別連接在芯片U1的RS+和RS-兩個(gè)端口，從而可以檢測(cè)RS+和RS-兩個(gè)端口之間的電壓，這樣芯片U1就可以根據(jù)所檢測(cè)到的電壓和采樣電阻R1的阻值計(jì)算出用電設(shè)備的電流回路中的輸入電流。芯片U1與用電設(shè)備的CPU通過IIC總線或其他方式相信號(hào)連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，芯片U1將計(jì)算出的輸入電流值傳輸給用電設(shè)備的CPU。以上方案中，芯片U1工作在0V至60V的寬輸入共模電壓范圍內(nèi)，并采用可編程的電壓放大器，從而提高電流測(cè)量的精確度和應(yīng)用的靈活性，能夠?qū)λO(jiān)測(cè)的時(shí)間進(jìn)行快速反應(yīng)。

過壓保護(hù)子模塊與用電設(shè)備相連接，從而用于根據(jù)用電設(shè)備的CPU發(fā)出的使能信號(hào)監(jiān)控其所控制的用電設(shè)備的輸入電壓是否發(fā)生過壓，并在發(fā)生過壓時(shí)關(guān)斷其所控制的用電設(shè)備的輸入電壓，過壓保護(hù)子模塊還能夠用于根據(jù)其所控制的用電設(shè)備的CPU發(fā)出的控制信號(hào)關(guān)斷其所控制的用電設(shè)備的輸入電壓。如附圖4所示，過壓保護(hù)子模塊包括第一開關(guān)管Q2和第一控制器，其中第一開關(guān)管Q2采用MOSFET管，它連接在用電設(shè)備的輸入線路上，從而受控于第一控制器而實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的輸入電壓是否關(guān)斷；而第一控制器采用芯片U1(LT4356IMS-1)及其外圍電路，它能夠與用電設(shè)備的CPU相通信而接收使能信號(hào)或控制信號(hào)，它還與用電設(shè)備的輸入線路相連接而進(jìn)行輸入電壓的采樣和反饋，從而根據(jù)所反饋的電壓判斷是否發(fā)生過壓，并據(jù)此控制第一開關(guān)管的通或斷。這里，過壓保護(hù)子模塊采集用電設(shè)備的輸入線路上一點(diǎn)的電壓或其相關(guān)電壓值并與基準(zhǔn)電壓相比較，從而監(jiān)控用電設(shè)備的輸入電壓是否發(fā)生過壓。輸入電壓由AUX_28V端口輸入，其一方面接入芯片U1，另一方面接入第一開關(guān)管Q2的D腳，而第一開關(guān)管Q2的S腳連接至OUT28V端口輸出。并且，第一開關(guān)管Q2的S腳經(jīng)過相串聯(lián)的電阻R5、R6，電阻R5、R6的共同端連接至芯片U1的FB端進(jìn)行電壓采樣，芯片U1的GATE腳來控制第一開關(guān)管Q2的G腳，來控制第一開關(guān)管Q2是否導(dǎo)通。用電設(shè)備的CPU通過DATA信號(hào)控制芯片U1使能，芯片U1通過電壓比較器將其FB端的反饋電壓與一個(gè)設(shè)定的1.25V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而控制其GATE端的輸出。當(dāng)反饋電壓未超過基準(zhǔn)電壓時(shí)，芯片U1控制第一開關(guān)管Q2導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)供電；而當(dāng)發(fā)生過壓時(shí)，過壓保護(hù)子模塊的芯片U1采用延時(shí)方式關(guān)斷用電設(shè)備的輸入電壓，即在設(shè)定的延時(shí)時(shí)間內(nèi)，芯片U1的GATE端控制第一開關(guān)管Q2繼續(xù)保持導(dǎo)通，直到設(shè)定的延時(shí)時(shí) 間到時(shí)，芯片U1的GATE端控制第一開關(guān)管Q2關(guān)斷，從而保證系統(tǒng)保持同一時(shí)間內(nèi)的順勢(shì)浪涌電壓。當(dāng)過壓保護(hù)子模塊關(guān)斷用電設(shè)備的輸入電壓時(shí)，芯片U1的FLT引腳將被拉低至低電平，從而向?qū)?yīng)的用電設(shè)備傳送“即將斷電”的狀態(tài)警告信號(hào)，該狀態(tài)警告信號(hào)通過CMD信號(hào)通知用電設(shè)備的CPU，從而起到過壓保護(hù)作用。計(jì)算鉗位電壓Vr為28.75V過壓保護(hù)時(shí)電阻R5和R6的取值：則R5取值為10K，R6取值為220K。當(dāng)用電設(shè)備的CPU根據(jù)電流監(jiān)控子模塊采集的輸入電流判斷出發(fā)生過流時(shí)，CPU輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，來控制芯片U1使其關(guān)斷第一開關(guān)管Q2，起到過流保護(hù)作用。對(duì)于第一級(jí)用電設(shè)備，該過壓保護(hù)子模塊設(shè)置在其電源后，此時(shí)，過壓保護(hù)子模塊所控制關(guān)斷的是其該第一級(jí)用電設(shè)備的輸入電壓；而對(duì)于其他各級(jí)用電設(shè)備，該過壓保護(hù)子模塊可以設(shè)置在其前一級(jí)用電設(shè)備所輸出的為下一級(jí)用電設(shè)備所提供的電源之后，此處前一級(jí)用電設(shè)備所輸出的為下一級(jí)用電設(shè)備所提供的電源即為下一級(jí)用電設(shè)備的輸入電壓，即過壓保護(hù)子模塊的OUT28V端口串聯(lián)至下一級(jí)用電設(shè)備的電壓輸入端，此時(shí)，過壓保護(hù)子模塊受控于前一級(jí)的使能信號(hào)但控制關(guān)斷的是其下一級(jí)用電設(shè)備的輸入電壓，附圖2總所示即為這種情況。從而該過壓保護(hù)子模塊能夠?yàn)榇?lián)電源系統(tǒng)中的各用電設(shè)備提供可靠的前端保護(hù)，并且保護(hù)門限電壓可以設(shè)定和調(diào)節(jié)。

除了上述電流監(jiān)控子模塊和過壓保護(hù)子模塊外，該串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路還包括冗余電源輸入子模塊，它用于向用電設(shè)備提供可選擇的輸入線路，該冗余電源輸入子模塊包括多路并接并采用均流控制的連接線路單元。如附圖3所示，本實(shí)施例中的冗余電源輸入子模塊包括兩路并接的連接線路單元。每個(gè)連接線路單元包括第二開關(guān)管和第三控制器。第二開關(guān)管設(shè)置于用電設(shè)備的輸入線路上，它采用MOSFET管，因此兩路連接線路單元中的第二開關(guān)管分別為Q1、Q2；而第三控制器用于控制第二開關(guān)管Q1、Q2在連接線路單元供電失敗時(shí)關(guān)斷，或在連接線路單元插入/拔出時(shí)以無縫方式進(jìn)行負(fù)載均分。它包括控制芯片(LTC4357IMS8)及其外圍電路，兩路連接線路單元中的控制芯片分別為U1、U2。兩個(gè)連接線路單元的連接端VINA_28V、VINB_28V為直流電壓輸入端，它們對(duì)應(yīng)連接到第二開關(guān)管Q1、Q2的S腳，而第二開關(guān)管Q1、Q2的D腳則連接至System_28V端口，供連接用電設(shè)備提供電源。芯片U1、U2的GATE腳對(duì)應(yīng)控制第二開關(guān)管Q1、Q2的G腳，來控制第二開關(guān)管Q1、Q2的導(dǎo)通，從而控制用電設(shè)備的電壓輸入。兩路連接線路單元并聯(lián)運(yùn)行，從而平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載。由于采用冗余配置，當(dāng)一個(gè)連接線路單元出現(xiàn)故障時(shí)，特設(shè)的電路將故障的連接線路單元從負(fù)載上斷開，其它連接線路單元將立即支持所有負(fù)載，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷地供電。這些連接線路單元是功能相同的單元，每個(gè)連接線路單元的輸出功率均大于或 等于對(duì)應(yīng)的用電設(shè)備要求的功率，各連接線路單元的輸出通過或門二極管并聯(lián)在一起，其輸出采取均流控制電路。兩路冗余方式由于是多個(gè)連接線路單元同時(shí)向用電設(shè)備供電，單個(gè)連接線路單元故障(失效)一般不會(huì)對(duì)輸出電壓產(chǎn)生影響，但是，如果輸出線發(fā)生故障容易波及到所有連接線路單元。LTC4357芯片是一款理想diode－OR控制器和均分控制器，它能夠在多重N+1冗余電源和高可用性系統(tǒng)中為肖特基“或”二極管提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的低損耗替代方案。LTC4357芯片主要有五個(gè)方面的特征：通過使用一個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管代替肖特基二極管來降低電能損耗；0.5us關(guān)斷時(shí)間限制峰值故障電流；電壓工作范圍從9V～80V；和緩的切換，不產(chǎn)生震蕩；無逆向直流電流。主要有五個(gè)大方面的應(yīng)用：2個(gè)冗余電源供應(yīng)器；高可用性系統(tǒng)；先進(jìn)的TCA技術(shù)系統(tǒng)。

本冗余電源輸入子模塊中，在一個(gè)連接線路單元供電失敗時(shí)，其中一路滿載的連接線路單元輸出突然跟地短路，反向電流臨時(shí)通過MOSFET管溢出。這個(gè)反向電流來自負(fù)載電容或者其他的連接線路單元。LTC4357芯片迅速響應(yīng)這種情況，并在0.5us之內(nèi)迅速關(guān)斷其控制的MOSFET管，對(duì)輸出總線的損害降到最小。同時(shí)在每個(gè)LTC4357芯片的電路系統(tǒng)得到有效保護(hù)的前提下，其他的連接線路單元重新承擔(dān)負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)新的負(fù)載共享。連接線路單元的熱插拔過程受LTC4357芯片的Vdd引腳的電壓控制。連接線路單元插入時(shí)，Vdd引腳的電壓低于鎖定電壓時(shí)，GATE端輸出為0V，F(xiàn)ET關(guān)斷。隨著Vdd引腳的電壓因電容充電而緩慢上升，當(dāng)該電壓高于鎖定電壓時(shí)，F(xiàn)ET的柵極通過電流源充電，GATE引腳的電壓上升。這種緩慢的充電過程允許電源輸出以無縫的方式進(jìn)行負(fù)載均分，防止了大的浪涌電流進(jìn)入電源系統(tǒng)。當(dāng)電源模塊關(guān)閉或拔出時(shí)，LTC4357芯片對(duì)FET的柵極進(jìn)行快速放電，Vdd引腳的電壓跌落至鎖定電壓以下時(shí)，F(xiàn)ET關(guān)斷，使連接線路單元與負(fù)載隔離開來，實(shí)現(xiàn)LTC4357芯片冗余電源的熱插拔功能，以確保從一條路徑至另一條路徑的平滑電流轉(zhuǎn)移而沒有振蕩現(xiàn)象。

上述模塊化的串接電源系統(tǒng)的保護(hù)電路，在不改變輸入電壓串接的情況下解決了過流、過壓保護(hù)問題，避免過流過壓對(duì)系統(tǒng)的損害，其實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)便易行，具有較佳的使用價(jià)值，提高了串接電源系統(tǒng)——機(jī)載娛樂系統(tǒng)的系統(tǒng)電源的穩(wěn)定可靠性。

上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。