一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路及控制方法与流程

本申请涉及电路，尤其涉及一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路及控制方法。

背景技术：

1、随着电子设备和系统集成度的不断提升，电源管理和过流保护成为了设计中的关键问题。特别是在大功率电子设备中，电源系统的稳定性和安全性直接影响到设备的性能和使用寿命。传统的电源管理和过流保护方法中，常采用机械式断路器或熔断器来防止过流。然而，这些传统方法存在响应速度慢、保护不够精准、以及难以与现代化智能系统整合等问题，无法满足高集成度电子设备对实时响应和可编程控制的需求。

2、在大尺寸显示屏的生产过程中，电源模块需要为显示屏提供高达25v/6a的输出能力。然而，由于显示屏体内部短路，或屏体fpc连接器压接短路等问题时常出现，一旦打开电源输出模块，可能会直接导致几十安培的超大电流产生，进而烧毁屏体或fpc连接器。传统的过流保护方案通常依赖于adc采样电流大小来判断是否触发过流保护（ocp）。但由于adc采样转换时间较慢，通常响应时间为毫秒级别以上，而在大功率输出场景中，短路会瞬间导致输出电流骤增至几十安培，使得屏体在短时间内被烧毁。因此，传统的ocp方案无法满足这一场景下的快速保护需求。

3、为了解决大功率电源模块在显示屏点屏过程中因短路而烧毁屏体的问题，设计一种能够快速响应并关断电源输出的保护方法变得尤为重要。这种方法必须能够在毫秒以内检测到大电流异常情况，并及时切断电源输出，从而避免屏体或fpc连接器的损坏。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路及控制方法，下面对本申请中的技术方案进行描述：

2、本申请第一方面提供了一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路，包括：

3、第一电源电压输入端（vcc）、nmos管（q1）、参考电压输入端（in_ref）、限流电阻(r1)、三极管(q2)、光耦合器(u1)、外部控制单元（u2）以及电压输出端，其中，

4、所述第一电源电压输入端（vcc）用于输入电源电压，所述参考电压输入端（in_ref）用于输入参考电压；

5、所述nmos管的漏极（d）与所述第一电源电压输入端（vcc）电连接，

6、所述限流电阻（r1）的一端连接至三极管（q2）的发射极（e）和电压输出端（v_out），另一端连接至三极管（q2）的基极（b）和nmos管（q1）的源极（s），所述nmos管的栅极（g）与所述参考电压输入端（in_ref）电连接；

7、所述三极管（q2）的集电极（c）与所述参考电压输入端（in_ref）电连接；

8、所述光耦合器（u1）的输入端的阳极与所述参考电压输入端（in_ref）电连接，所述光耦合器（u1）的输入端的阴极与所述三极管（q2）的集电极（c）电连接；所述光耦合器（u1）的输出端的集电极与所述外部控制单元（u2）电连接，所述光耦合器（u1）的输出端的发射极接地。

9、所述外部控制单元用于根据所述光耦合器（u1）的导通状态判断是否触发过流报警信号，若触发所述过流报警信号则控制所述参考电压输入端（in_ref）为0v。

10、可选的，所述外部控制单元包括fpga、上拉电阻（r2）以及第二电源电压输入端，所述上拉电阻（r2）的一端与所述fpga以及所述光耦合器（u1）的输入端的阳极电连接，所述上拉电阻（r2）的另一端与所述第二电源电压输入端电连接。

11、可选的，当在限流电阻（r1）上的压降超过0.6v时所述三极管（q2）导通。

12、可选的，所述光耦合器（u1）在限流电阻（r1）上的电流超过6a时，降低参考电压输入端（in_ref）以使nmos管（q1）进入半导通状态。

13、可选的，所述外部控制单元通过上拉电阻（r2）连接至3.3v电源，并用于检测当光耦合器（u1）导通时，io电平的变化。

14、本申请第二方面提供了一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，应用于如第一方面以及第一方面任一项所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路中，所述控制方法包括：

15、外部控制单元通过光耦合器（u1）实时检测电源输出电流，并根据限流电阻（r1）上的电压压差判断电流大小；

16、当所述限流电阻（r1）上的电流超过预设电流阈值时，通过光耦合器（u1）控制参考电压输入端（in_ref）降低，从而减少nmos管（q1）的栅极电压；

17、控制nmos管（q1）进入半导通状态，降低输出电压（v_out）；

18、外部控制单元根据采集的io电平信号生成过流报警信号，并通过降低参考电压输入端（in_ref）至0v，关断nmos管（q1）以切断电源输出。

19、可选的，所述外部控制单元通过每1μs采样一次io电平信号。

20、可选的，所述外部控制单元通过计数器计算io电平信号连续为0的时长。

21、可选的，所述计数器的长度阈值通过上位机进行配置。

22、可选的，所述限流电阻（r1）上的压降阈值设定为0.6v。

23、可选的，所述光耦合器（u1）的固定压降为1.2v。

24、可选的，通过上位机配置所述长度阈值为10μs。

25、从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

26、1、采用三极管（q2）作为电流检测元件，当限流电阻（r1）上的电流超过预设值时，能够迅速导通，从而快速降低参考电压输入端（in_ref）。这种快速反应特性确保了在发生短路或过流情况下，电源输出能在微秒级别内关闭，保护屏体和其他元件不被损坏。

27、2、通过限流电阻（r1）的设计，电路能够准确监测输出电流，并在电流超过预设值（如6a）时启动保护机制。这样能有效防止电流过大导致的设备烧毁，增强了电源管理的安全性。

28、3、电路中通过nmos管（q1）和参考电压输入端（in_ref）实现了控制与输出的隔离，减少了电源控制信号对输出电压的干扰，确保了电源的稳定性和可靠性。

29、4、外部控制单元能够根据实际需求进行配置，实时检测电流并生成报警信号。其可编程性使得电路能够适应不同的工作条件与应用场景，提高了电路的灵活性。

30、5、fpga通过计数器配置了检测延时机制，能够滤除非短路情况下的脉冲电流，避免误报警。这增强了系统的稳定性与可靠性，使其在各种工作环境下都能有效运行。

技术特征：

1.一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路，其特征在于，所述外部控制单元（u2）包括fpga、上拉电阻（r2）以及第二电源电压输入端（vdd），所述上拉电阻（r2）的一端与所述fpga以及所述光耦合器（u1）的输入端的阳极电连接，所述上拉电阻（r2）的另一端与所述第二电源电压输入端（vdd）电连接。

3.根据权利要求1所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路，其特征在于，当在限流电阻（r1）上的压降超过0.6v时所述三极管（q2）导通。

4.根据权利要求1所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路，其特征在于，所述光耦合器（u1）在限流电阻（r1）上的电流超过6a时，降低参考电压输入端（in_ref）以使nmos管（q1）进入半导通状态。

5.一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至权利要求4中任一项所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路中，所述控制方法包括：

6.根据权利要求5中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，所述外部控制单元（u2）通过每1μs采样一次io电平信号。

7.根据权利要求5中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，所述外部控制单元（u2）通过计数器计算io电平信号连续为0的时长。

8.根据权利要求7中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，所述计数器的长度阈值通过上位机进行配置。

9.根据权利要求5中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，所述限流电阻（r1）上的压降阈值设定为0.6v。

10.根据权利要求5中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，所述光耦合器（u1）的固定压降为1.2v。

11.根据权利要求8中所述的基于可编程输出参考电压的电源管理电路的控制方法，其特征在于，通过上位机配置所述长度阈值为10μs。

技术总结本申请公开了一种基于可编程输出参考电压的电源管理电路及其控制方法。该电路包括：第一电源电压输入端（VCC）用于输入电源；NMOS管（Q1）用于根据参考电压输入端（IN_REF）的变化控制输出电压（V_OUT）；限流电阻（R1）与NMOS管（Q1）源极串联，用于检测输出电流；三极管（Q2）的基极连接至限流电阻（R1）一端，当检测到电流超过预设值时，导通三极管（Q2）以降低参考电压；光耦合器（U1）与外部控制单元相连，外部控制单元通过检测限流电阻上的电压生成过流报警信号，并通过控制参考电压输入端（IN_REF）至0V实现关断电源输出，从而保护电路。技术研发人员：谢开,徐大鹏,刘浩受保护的技术使用者：长沙精智达电子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/13