电子设备的保护电路及保护方法

技术领域

本发明涉及电子设备的保护技术，特别涉及基于电子设备的检测模拟信号来进行保护的电子设备的保护电路及保护方法。

背景技术

对于大多数带有电气部件的电子设备(包括无源部件和有源部件)，它们可能会因过热、过压或过流情况而损坏。一旦出现极端情况，应采取适当的保护措施来进行消除，以防止电子设备发生故障、伤害用户或造成灾难。

现有的电子设备的保护电路通常包括检测单元、比较单元及保护单元。检测单元包括用于检测电子设备的温度、电压、电流、位置、角度等物理量并输出检测模拟信号的无源传感器和有源传感器。比较单元包括运算放大器、比较器或MCU(Microcontroller Unit：微控制单元)等，用于判断检测模拟信号是否超过或低于作为保护点的设定目标值。保护单元包括MCU、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)或FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等，用于根据比较单元的比较结果来执行对应的保护策略。

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有的电子设备的保护电路中，存在太多重复的电路和零件，导致电路成本过高。

在基于电子设备的多相检测模拟信号来进行保护的情况下，以三相电流保护为例，如图1的电流波形图所示，相电流IU、IV、IW在20A、－20A处具有用于过流保护和欠流保护的两个保护点OCP_H和OCP_L。因此，需要6个比较器来将相电流IU、IV、IW的检测模拟信号V_I(U)、V_I(V)、V_I(W)分别与设定上限目标值、设定下限目标值进行比较，输出6个比较结果信号OCP_H(U)、OCP_H(V)、OCP_H(W)及OCP_L(U)、OCP_L(V)、OCP_L(W)。与此对应，需要6个MCU引脚来检测保护的发生。这就导致了电路结构重复、电路成本的提高。

另一方面，在基于电子设备的多个物理量(例如温度、电压、电流等)的检测模拟信号来进行保护的情况下，物理量的种类和保护点越多，基于与上文同样的理由，所需的比较器和MCU引脚的数量越多，由此也存在电路结构重复、电路成本提高的问题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种可简化电路结构、降低电路成本的电子设备的保护电路及保护方法。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明提供一种电子设备的保护电路，基于所述电子设备的多相检测模拟信号来进行保护，其包括：

检测单元，所述检测单元检测所述电子设备并输出多相检测模拟信号；

选择单元，所述选择单元选择所述多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号；

比较单元，所述比较单元将所述最大信号和/或所述最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出；

组合单元，所述组合单元将所述比较单元输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护；及

保护单元，所述保护单元基于所述组合单元输出的组合信号进行保护。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述多相检测模拟信号为两相以上的检测模拟信号。

本发明还提供一种电子设备的保护电路，基于所述电子设备的多个物理量检测模拟信号来进行保护，其包括：

检测单元，所述检测单元检测所述电子设备并输出多个物理量检测模拟信号；

选择单元，所述选择单元从所述多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号；

比较单元，所述比较单元将所述最大信号和/或所述最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出；

组合单元，所述组合单元将所述比较单元输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护；及

保护单元，所述保护单元基于所述组合单元输出的组合信号进行保护。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述多个物理量检测模拟信号包括电压检测模拟信号、电流检测模拟信号、温度检测模拟信号、位置检测模拟信号、角度检测模拟信号中的至少两种。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，在不基于物理量的种类进行区分保护的情况下，仅利用一个组合单元来进行组合逻辑运算。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，在基于物理量的种类进行区分保护的情况下，使所述组合单元的数量与物理量的种类相对应。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述多个物理量检测模拟信号包括多相检测模拟信号。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述多个物理量检测模拟信号包括保护电平设为相同的输入电压检测模拟信号和三相电流检测模拟信号。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述组合单元利用进行逻辑或的运算。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述组合单元利用线或电路来实现。

优选地，在上述电子设备的保护电路中，所述选择单元和所述组合单元利用二极管、双极型晶体管、MOSFET或数据选择器来构成。

本发明还提供一种电子设备的保护方法，基于所述电子设备的多相检测模拟信号来进行保护，其包括如下步骤：

检测所述电子设备并输出多相检测模拟信号的检测步骤；

选择所述多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号的选择步骤；

将所述最大信号和/或所述最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出的比较步骤；

将所述比较步骤中输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出的组合步骤，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护；及

基于所述组合步骤中输出的组合信号进行保护的保护步骤。

本发明还提供一种电子设备的保护方法，基于所述电子设备的多个物理量检测模拟信号来进行保护，其包括如下步骤：

检测所述电子设备并输出多个物理量检测模拟信号的检测步骤；

从所述多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号的选择步骤；

将所述最大信号和/或所述最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出的比较步骤；

将所述比较步骤中输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出的组合步骤，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护；及

基于所述组合步骤中输出的组合信号进行保护的保护步骤。

发明效果

根据本发明的电子设备的保护电路及保护方法，通过选择多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号以进行后续的比较，且将比较结果信号进行组合逻辑运算，由此，可削减用于进行比较保护的模拟信号的数量，削减比较器的数量和MCU引脚的数量，从而可简化电路结构、降低电路成本。

此外，根据本发明的电子设备的保护电路及保护方法，通过从多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号以进行后续的比较，且将比较结果信号进行组合逻辑运算，由此，可削减用于进行比较保护的模拟信号的数量，削减比较器的数量和MCU引脚的数量，从而可简化电路结构、降低电路成本。

附图说明

图1是表示现有技术中的电流波形及其保护点的图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护电路的结构框图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护电路的一例的电路图。

图4是说明图3中的选择器选择最大信号时的情况的图。

图5是说明组合单元的输入输出情况的图。

图6是说明线或电路的结构及线或电路的真值表的图。

图7是本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护方法的流程图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的电子设备的保护电路的结构框图。

图9是表示具有相同保护电平的电流保护和电压保护的情况的图。

图10是表示选择单元将输入电压模拟检测信号与三相电流检测模拟信号一起选择的情况的图。

图11是本发明的实施方式2所涉及的电子设备的保护方法的流程图。

图12是说明在逆变器驱动器的一例中本申请相对于现有技术的成本下降情况的图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式来进行说明，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容清楚地了解本申请的其他优点与技术效果。此外，本申请并不限于下述具体实施方式，也可通过其他不同的实施方式加以施行或应用，并且，对于本说明书中的各项具体内容，可以在不背离本申请的精神下进行各种修改与变更。

下面，基于附图对本申请的具体实施方式进行详细叙述。所列举的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，未反应出相关结构的实际尺寸，先予叙明。为了便于理解，在各附图中使用了相同的参考标号，以指示附图中共用的相同元素。附图并未依比例绘制并且可为了清晰而被简化。一个实施方式的元素及特征可有利地并入其他实施方式中，而无须进一步叙述。

各个附图中，箭头指的是各个部分彼此之间电压、电功率和/或信号的输入输出的关系(箭头所指方向为从一个部分的输出到另一个部分的输入)，但各附图中的输入输出关系只是一个示例，本领域技术人员也可以构想到根据需要增加、减少和/或改变各个部分之间的输入输出关系，这些变化方案应当落在本申请权利要求书所确定的保护范围内，而无需赘述。

<实施方式1>

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护电路10的结构框图。本实施方式1中，电子设备的保护电路10基于电子设备的多相检测模拟信号来进行保护。多相检测模拟信号例如可以为三相检测模拟信号。当然，本发明并不限于此，只要是两相以上的检测模拟信号即可。例如在某些应用场合的三相电路中，可以仅设置两相的检测单元，并配合软件来达到三相检测的控制效果。另外，有些电动机的控制相位数可以是四相、六相甚至更多相。

如图2所示，电子设备的保护电路10具备检测单元11、选择单元12、比较单元13、组合单元14及保护单元15。

检测单元11用于检测电子设备并输出多相检测模拟信号，例如U、V、W三相电流模拟检测信号。检测单元11可以使用无源传感器和有源传感器等来实现。

选择单元12选择多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号。关于其详细情况在后面阐述。

比较单元13将最大信号和/或最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出。比较单元13可以使用运算放大器、比较器或MCU等来实现。

组合单元14将比较单元13输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护。关于其详细情况在后面阐述

保护单元15基于组合单元14输出的组合信号进行保护。保护单元15可以使用MCU、DSP或FPGA等来执行对应的保护策略。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护电路的一例的电路图。以下，结合图3来说明本实施方式1所涉及的电子设备的保护电路的具体示例。

在图3的示例中，设检测单元输出的多相检测模拟信号为三相电流检测模拟信号V_I(U)、V_I(V)、V_I(W)，且设对应的设定上限目标值和设定下限目标值分别为Vset_H、Vset_L。

如图3所示，选择单元12包括选择器121和选择器122。选择器121的各输入端经由三个电阻分别连接到三个二极管的阳极，该三个二极管的阴极连接到公共输出端。选择器122的各输入端经由三个电阻分别连接到三个二极管的阴极，将该三个二极管的阳极连接到公共输出端。

图3中，选择器121选择三相电流检测模拟信号V_I(U)、V_I(V)、V_I(W)中的最大信号，并作为信号Vs_H来输出。选择器122选择三相电流检测模拟信号V_I(U)、V_I(V)、V_I(W)中的最小信号，并作为信号Vs_L来输出。Vs_H、Vs_L满足如下公式。

Vs_H＝maximum{(V_I(U)-Vf),(V_I(V)-Vf),(V_I(W)-Vf)}

Vs_L＝minimum{(V_I(U)+Vf),(V_I(V)+Vf),(V_I(W)+Vf)}

其中，Vf为二极管的正向电压降。

图4是说明图3中的选择器121选择最大信号时的情况的图。如图4右侧的波形图所示，输出信号Vs_H示出为其上侧的虚线部分。

返回图3，比较单元13包括比较器131和比较器132。比较器131的正相输入端输入有通过利用2个电阻将电源电压VDD进行分压得到的设定上限目标值Vset_H，反相输入端输入有选择器121的输出信号Vs_H。比较器131输出比较结果信号OCP_H。比较器132的正相输入端输入有选择器122的输出信号Vs_L，反相输入端输入有通过利用2个电阻将电源电压VDD进行分压得到的设定下限目标值Vset_L。比较器132输出比较结果信号OCP_L。比较器131输出的比较结果信号OCP_H和比较器132输出的比较结果信号OCP_L被输入到组合单元14。

图5是说明组合单元14的输入输出情况的图。如图5所示，组合单元14输入信号设为O1P、O2P、……OnP，输出信号设为OxP。在低电平激活的情况下，如图3所示，组合单元14可利用三个反向连接的二极管来实现。

此时，组合单元14的输出信号与输入信号满足如下关系。

OxP＝minimum{(O1P+Vf),(O2P+Vf)…(OnP+Vf)}

此外，在采用高电平激活的情况下，组合单元换14也可以利用逻辑或的运算来实现。逻辑或的运算例如可利用线或电路来实现。图6是说明线或电路的结构及线或电路的真值表的图。如图6所示，线或电路可通过将正向连接的二极管并联并经由电阻连接到接地来实现。

在上述示例中，选择单元12和组合单元14利用二极管来实现，但本申请并不限定于此，还可以利用例如双极型晶体管、MOSFET或数据选择器来构成。

此外，由上述图3的示例可知，与现有技术的保护电路结构中需要6个比较器和6个MCU引脚相比，利用本实施方式的图3的保护电路结构仅需要2个比较器和1个MCU引脚即可，实现了75％的成本下降。

以下，结合图7来说明本发明的实施方式1所涉及的电子设备的保护方法的流程图。

如图7所示，本实施方式的电子设备的保护方法包括如下步骤S11～S15。

步骤S11中，检测电子设备并输出多相检测模拟信号。

步骤S12中，选择多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号。

步骤S13中，将上述最大信号和/或最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出。

步骤S14中，将步骤S13中输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出。其中，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护。

步骤S15中，基于步骤S14中输出的组合信号进行保护的保护步骤。

根据本实施方式的电子设备的保护电路及保护方法，通过选择多相检测模拟信号中的最大信号和/或最小信号以进行后续的比较，且将比较结果信号进行组合逻辑运算，由此，可削减用于进行比较保护的模拟信号的数量，削减比较器的数量和MCU引脚的数量，从而可简化电路结构、降低电路成本。

<实施方式2>

在上述实施方式1中示出了基于电子设备的多相检测模拟信号来进行保护的示例，但在本实施方式2中，说明基于电子设备的多个物理量检测模拟信号来进行保护的示例。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的电子设备的保护电路10A的结构框图。

如图8所示，电子设备的保护电路10A具备检测单元11A、选择单元12A、比较单元13A、组合单元14A及保护单元15A。

检测单元11A用于检测电子设备并输出多个物理量检测模拟信号，例如电压检测模拟信号、电流检测模拟信号、温度检测模拟信号、位置检测模拟信号、角度检测模拟信号中的至少两种。检测单元11可以使用无源传感器和有源传感器等来实现。

选择单元12A从上述多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号。

比较单元13A将最大信号和/或最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出。比较单元13可以使用运算放大器、比较器或MCU等来实现。

组合单元14A将比较单元13A输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护。

此外，在不基于物理量的种类进行区分保护的情况下，仅利用一个组合单元14A来进行组合逻辑运算即可。另一方面，在基于物理量的种类进行区分保护的情况下，使组合单元14A的数量与物理量的种类相对应。例如，在像上述图3那样采用低电平激活的情况下，对于电流保护，满足OCP＝minimum{…}。对于电压保护，满足OVP＝minimum{…}。对于温度保护，满足OTP＝minimum{…}。

保护单元15A基于组合单元14A输出的组合信号进行保护。保护单元15A可以使用MCU、DSP或FPGA等来执行对应的保护策略。

此外，上述多个物理量检测模拟信号可以包括多相检测模拟信号。例如，多个物理量检测模拟信号包括保护电平设为相同的输入电压检测模拟信号和三相电流检测模拟信号。图9示出了具有相同保护电平Vset_H、Vset_L的电流保护OCP和电压保护OVP的情况。电流保护的保护点为20A、－20A，电压保护的保护点为50V、20V。在此情况下，选择单元可以将电流检测模拟信号和电压检测模拟信号一起选择。此外，图9中，对于20V的保护点，由于并不属于危险情况，因此不进行保护判断而由MCU发出警告即可。

图10示出了选择单元具体将输入电压模拟检测信号V_Vin与三相电流检测模拟信号V_I(U)、V_I(V)、V_I(W)一起选择的情况。选择单元选择其中的最大信号和/或最小信号，并输出到下一级电路即可。

以下，结合图11来说明本发明的实施方式2所涉及的电子设备的保护方法的流程图。

如图11所示，本实施方式的电子设备的保护方法包括如下步骤S21～S25。

步骤S21中，检测电子设备并输出多个物理量检测模拟信号。

步骤S22中，从多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号。

步骤S23中，将上述最大信号和/或最小信号与设定上限目标值和/或设定下限目标值进行比较，得到比较结果信号并输出。

步骤S24中，将步骤S23中输出的比较结果信号进行组合逻辑运算，得到组合信号并输出。其中，该组合信号在任一比较结果信号为激活保护时，均激活保护。

步骤S25中，基于步骤S24中输出的组合信号进行保护的保护步骤。

根据本实施方式的电子设备的保护电路及保护方法，通过从多个物理量检测模拟信号中选择具有相同保护电平的物理量检测模拟信号，并选择其中的最大信号和/或最小信号以进行后续的比较，且将比较结果信号进行组合逻辑运算，由此，可削减用于进行比较保护的模拟信号的数量，削减比较器的数量和MCU引脚的数量，从而可简化电路结构、降低电路成本。

此外，本申请人还对其它示例中本申请的成本下降情况进行了研究。图12是说明在逆变器驱动器的一例中本申请相对于现有技术的成本下降情况的图。如图12所示，在保护点为9个的情况下，现有技术中，MCU引脚加上比较器数量为45个，而本申请中MCU引脚加上比较器数量下降到了18，可实现60％的成本下降。

可以知道的是，在不背离本申请的广义精神和范围的情况下，本领域技术人员可将上述实施方式的保护电路中的一个或多个元器件进行省略或者于上述各个部分的电路中添加一个或多个元器件，或用其他的具有相同或者相似的功能的电路设置代替本实施方式中所涉及的各种电路的部分或者全部。因此，凡本领域技术人员能够依本申请的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验对上述各个部分进行变化而得到的技术方案，皆属于由本申请的权利要求书所确定的保护范围内。

本发明进行了详细的说明，但上述实施方式仅是所有实施方式中的示例，本发明并不局限于此。本发明可以在该发明的范围内对各实施方式进行自由组合，或对各实施方式的任意构成要素进行变形，或省略各实施方式的任意的构成要素。