电源输出保护电路和电源装置

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源输出保护电路和电源装置。

背景技术

目前，电源装置(例如开关电源)已广泛应用至各个领域，为了保证电源装置在不同的环境工况中稳定可靠地工作，需要针对电源输出电路设计保护功能。现有技术中的电源输出保护模块通常采用双切换MOS管串联结构实现。但双MOS管要求检测电路及控制电路均设置两套，使得外围控制器件多，且使得主控模块控制逻辑复杂，控制成本较高，电源装置正常工作时的损耗和温升增加，且在一定程度上会增加控制部分的故障发生率，保护电路的可靠性难以保证。即使为了降低保护电路的复杂度而采用单MOS管进行关断控制，为了保证关断可靠性，现有技术中通常采用自锁结构，一旦保护触发就锁定在MOS管关断状态，无论电源输出电路的过流程度大小，也无论故障是否恢复，MOS管都不能自动恢复导通状态，电源输出电路不能自动恢复输出，电路的灵活性较差。因此，现有技术中的电源输出保护电路难以兼顾保护的灵活性和可靠性。

发明内容

本发明提供了一种电源输出保护电路和电源装置，以在保证电源输出保护电路可靠性的同时，提高保护电路控制的灵活性。

第一方面，本发明实施例提供了一种电源输出保护电路，包括：

开关模块，串联连接于电源输出电路的负极输入端和负极输出端之间；所述开关模块用于根据其控制端接入的信号导通或关断，从而控制电源输出电路是否向负载输出电流；

检测模块，用于采集所述电源输出电路的输出电流，采集所述电源输出电路的负极输入端至负极输出端的连接路径中任一节点的电位，并根据所述输出电流和采集到的电位生成检测信号；

保护动作模块，用于在所述检测信号大于第一预设阈值时，自所述保护动作模块的第一输出端向所述开关模块的控制端输出第一关断信号，以控制所述开关模块关断；

保护锁定模块，用于在所述检测信号大于第二预设阈值时，向所述开关模块的控制端输出第二关断信号，并将所述保护锁定模块自身的输出状态锁死，以控制所述开关模块关断，并维持所述开关模块的关断状态；

其中，所述第二预设阈值大于所述第一预设阈值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电源装置，包括：直流电源、至少一个电源输出电路和至少一个如本发明任意实施例所提供的电源输出保护电路；其中，所述电源输出电路与所述直流电源电连接，所述电源输出电路与所述电源输出保护电路一一对应电连接。

本发明实施例提供的电源输出保护电路，设置有开关模块、检测模块、保护动作模块和保护锁定模块。检测模块可以检测电源输出电路中的过流和/或短路故障，一旦故障发生，检测模块产生的检测信号就会升高，保护动作模块和保护锁定模块基于检测信号的值进行动作。当指示故障的检测信号的值较小时，故障较轻微，考虑到故障恢复的可能，设置仅保护动作模块动作，第一关断信号可有效控制开关模块关断，切断电源输出电路的输出，在故障恢复时，保护动作模块可恢复，使开关模块恢复导通，避免后级电路长时间的不必要断电。当指示故障的检测信号的值较大时，故障较严重，考虑到保护动作的可靠性和电路的安全性，保护动作模块和保护锁定模块均动作，且保护锁定模块动作后进入锁死状态，使开关模块保持在关断状态，可有效防止故障蔓延。因此，相比于现有技术，本发明实施例在保证电源输出保护电路可靠性的同时，实现了根据故障程度对保护电路的灵活控制，兼顾了负载用电需求和保护安全性需求，提高了保护电路控制的灵活性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电源输出保护电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种开关模块与电源输出电路的连接关系示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种电源输出保护电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种电源输出保护电路的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种检测模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种保护锁定模块的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种保护动作模块和软启动模块的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种电源装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明实施例提供了一种电源输出保护电路。图1是本发明实施例提供的一种电源输出保护电路的结构示意图。参见图1，电源输出保护电路包括：开关模块10、检测模块20、保护动作模块30和保护锁定模块40。

开关模块10串联连接于电源输出电路的负极输入端DCVS2和负极输出端OUT2之间；开关模块10用于根据其控制端DRV接入的信号导通或关断，从而控制电源输出电路与负载之间是否形成回路，控制电源输出电路是否向负载输出电流。检测模块20用于采集电源输出电路的输出电流，采集电源输出电路的负极输入端DCVS2至负极输出端OUT2的连接路径中任一节点的电位，并根据输出电流和采集到的电位生成检测信号，检测信号自检测模块20的输出端21输出。保护动作模块30用于在检测信号大于第一预设阈值时，自保护动作模块30的第一输出端31向开关模块10的控制端DRV输出第一关断信号，以控制开关模块10关断。保护锁定模块40用于在检测信号大于第二预设阈值时，自保护锁定模块40的输出端41向开关模块10的控制端DRV输出第二关断信号，并将保护锁定模块40自身的输出状态锁死，以控制开关模块10关断，并维持开关模块10的关断状态。其中，第二预设阈值大于第一预设阈值。

其中，电源输出电路可采用现有技术中任意结构的输出电路来实现。为了便于解释保护电路的工作过程，下面结合图2，对电源输出电路可能采用的具体结构进行说明。

图2是本发明实施例提供的一种开关模块与电源输出电路的连接关系示意图。参见图2，示例性地，电源输出电路包括电源输入模块101和电源输出模块102。电源输入模块101的正极输入端作为电源输出电路的正极输入端DCVS1，可接入电源芯片或其他电源模块提供的正极电源信号(例如为直流15V、24V或48V等)；电源输入模块101的负极输入端作为电源输出电路的负极输入端DCVS2，可接入电源芯片或其他电源模块提供的负极电源信号；电源输入模块101的正极输出端与电源输出模块102的正极输入端电连接，电源输入模块101的负极输出端通过开关模块10与电源输出模块102的负极输入端电连接；电源输出模块102的正极输出端可作为电源输出电路的正极输出端OUT1，电源输出模块102的负极输出端可作为电源输出电路的负极输出端OUT2，电源输出电路的正极输出端OUT1和负极输出端OUT2之间连接负载，负极输出端OUT2可以与负载共地。

具体地，电源输入模块101中可包括电容EC1，作为滤波电容连接在电源输出电路的正极输入端DCVS1和负极输入端DCVS2之间，用于过滤输入电源信号中的噪声。电源输出模块102中可包括：共模电感LC、电容CB、电阻RB、压敏电阻MOV和电容EC2，上述元件均连接于电源输出电路的正极输出端OUT1和负极输出端OUT2之间。共模电感LC用于抑制传输至电源输出模块102的信号中的共模噪声；电容CB作为滤波电容，用于滤除经电源输出模块102向后传输的信号中的噪声；电阻RB作为电路中的假负载，可用于进行阻抗匹配；压敏电阻MOV用于抑制电路中因相邻信号线间的耦合作用等原因而可能出现的过电压；电容EC2可作为储能滤波电容。需要说明的是，图2中只是示例性地给出了电源输出电路的一种结构，并不作为对本发明的限定。在其他实施方式中，电源输出电路也可以根据其功能需求增减或替换所需的功能元件，例如将压敏电阻MOV替换为瞬态抑制二极管等。

结合图1和图2，基于上述开关模块与电源输出电路的连接方式，示例性地，开关模块10与电源输入模块101连接的节点N1可作为开关模块10的第一端，开关模块10与电源输出模块102连接的节点N2可作为开关模块10的第二端，开关模块10的控制端DRV用于接收保护动作模块30和/或保护锁定模块40传输的控制信号。当控制信号控制开关模块10导通时，电源输出电路与负载之间形成通路，电源输出电路可正常向负载提供电源信号，电流可在回路中正常传输；当控制信号控制开关模块10关断时，电源输出电路与负载之间无法形成回路，电源输出电路无法正常向负载提供电源信号，无法输出电流。示例性地，开关模块10可由继电器、晶体管或断路器等可控开关器件及其必备的外围电路构成。

检测模块20通过采集电源输出电路的输出电流来检测电源输出电路是否发生过流。由于开关模块10导通时，电源输出电路与负载形成回路，回路中的电流处处相等，因此检测模块20可以在电源输出电路的任意位置采集其输出电流。示例性地，检测模块20中可以设置电流传感器，套接于电源输出电路的传输线路上，以获取输出电流。或者，如图2所示，可以在电源输出电路的电流通路中设置一检测电阻RCS，通过检测电阻RCS引出电流采集端ICS，与检测模块20连接，以获取输出电流。以及，检测模块20通过采集电源输出电路的负极输入端DCVS2至负极输出端OUT2这一负极连接路径中任一节点的电位来判断电源输出电路的正极输入端DCVS1和负极输入端DCVS2之间是否发生短路。短路检测原理为：将负极连接路径中被选取到的节点记为电压采集端VCS，当电源输出电路的正极输入端DCVS1和负极输入端DCVS2之间未发生短路时，电压采集端VCS的电位较低，一旦正极输入端DCVS1和负极输入端DCVS2之间短路，负极连接路径中各节点的电位都会被拉升至正极输入端DCVS1接入的高电位，即电压采集端VCS的电位升高。因此，一旦电压采集端VCS的电位高于电路正常工作的电压上限阈值时，即表明正极输入端DCVS1和负极输入端DCVS2之间发生了短路故障。示例性地，可将开关模块10的第一端N1或第二端N2作为电压采集端VCS，这样，可不必自线路中再引出其他连接节点，有利于电路实现。检测模块20根据输出电流和采集到的电位生成检测信号可以理解为：检测模块20输出的检测结果对故障类型不做区分，只要输出电流和采集到的电位中有至少一项超过其对应的阈值，检测模块20输出的检测信号就指示故障发生，使保护动作模块30和保护锁定模块40基于检测信号动作，控制开关模块10关断，抑制故障向后级电路传输。

对于保护动作模块30和保护锁定模块40这两个控制信号生成模块，二者的输入端均与检测模块20的输出端21电连接，以接收检测信号；保护动作模块30的第一输出端31和保护锁定模块40的输出端41均与开关模块10的控制端DRV电连接，以向开关模块10传输控制信号，尤其是关断信号。当电源输出电路正常工作时，检测信号不超过第一预设阈值，保护动作模块30和保护锁定模块40输出导通控制信号，控制开关模块10导通；或者，二者均不输出信号，开关模块10可在其额外接入的导通控制信号的作用下保持导通。当检测信号大于第一预设阈值而不超过第二预设阈值时，仅保护动作模块30动作，输出第一关断信号，以控制开关模块10关断。此时，虽然检测信号指示电路故障，但故障信号较小，电路仍存在恢复正常的可能性，当故障消失后，检测信号恢复至第一预设阈值以下，保护动作模块30可恢复初始状态，不再输出第一关断信号，此时开关模块10可恢复导通，电源输出电路可恢复供电。当检测信号超过第二预设阈值时，保护动作模块30和保护锁定模块40均动作，第一关断信号和第二关断信号共同作用于开关模块10，控制开关模块10关断；同时，保护锁定模块50进入锁死状态，持续输出第二关断信号，确保开关模块10维持在关断状态。此时，检测信号指示电路故障，且故障信号较大，故障对电路中各元器件造成损坏的风险较大，将开关模块10锁死在关断状态可以避免故障未消除的情况下出现误恢复对电路的冲击，保证保护的可靠性。示例性地，第一关断信号和第二关断信号可具有相同的电位。保护锁定模块40可以在电路故障排查并消除后人为控制解锁，恢复初始状态。

本发明实施例提供的电源输出保护电路，设置有开关模块10、检测模块20、保护动作模块30和保护锁定模块40。检测模块20可以检测电源输出电路中的过流和/或短路故障，一旦故障发生，检测模块20产生的检测信号就会升高，保护动作模块30和保护锁定模块40基于检测信号的值进行动作。当指示故障的检测信号的值较小时，故障较轻微，考虑到故障恢复的可能，设置仅保护动作模块30动作，第一关断信号可有效控制开关模块10关断，切断电源输出电路的输出，在故障恢复时，保护动作模块30可恢复，使开关模块10恢复导通，避免后级电路长时间的不必要断电。当指示故障的检测信号的值较大时，故障较严重，考虑到保护动作的可靠性和电路的安全性，保护动作模块30和保护锁定模块40均动作，且保护锁定模块40动作后进入锁死状态，使开关模块10保持在关断状态，可有效防止故障蔓延。因此，相比于现有技术，本发明实施例在保证电源输出保护电路可靠性的同时，实现了根据故障程度对保护电路的灵活控制，兼顾了负载用电需求和保护安全性需求，提高了保护电路控制的灵活性。

图3是本发明实施例提供的另一种电源输出保护电路的结构示意图。参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，检测模块20包括：过流检测单元210和短路检测单元220。过流检测单元210的输入端与电流采集端ICS电连接，短路检测单元220的输入端与电压采集端VCS(例如图3中开关模块10的第一端，或者开关模块10的第二端)电连接，过流检测单元210的输出端与短路检测单元220的输出端连接在一起，作为检测模块20的输出端21。

其中，过流检测单元210用于采集电源输出电路的输出电流，并根据输出电流生成第一检测信号，第一检测信号指示电源输出电路是否发生过流。检测过程可参见上述对检测模块20的描述，不再赘述。短路检测单元220用于采集电压采集端VCS的电位，并根据采集到的电位生成第二检测信号，第二检测信号指示电源输出电路是否发生短路。检测过程仍可参见上述对检测模块20的描述，不再赘述。由于过流检测单元210的输出端和短路检测单元220的输出端连接在一起，第一检测信号和第二检测信号汇聚成检测信号，因此实际上第一检测信号与第二检测信号中较大的信号作为检测信号被输出。

继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，保护锁定模块40包括：锁定单元410、开关单元420和解锁单元430。锁定单元410的第一输入端与检测模块20的输出端电连接，锁定单元410的第二输入端与解锁单元430的输出端电连接，锁定单元410的输出端与开关单元420的控制端电连接；锁定单元410用于在检测信号大于第二预设阈值时，输出第一控制信号，并将锁定单元410自身的输出状态锁死。开关单元420的输入端接入负极电源信号GND1(即电源输出电路的负极输入端DCVS2接入的信号)，开关单元420的输出端作为保护锁定模块40的输出端41；开关单元420用于响应第一控制信号导通，将负极电源信号GND1作为第二关断信号传输至开关模块10的控制端DRV。当锁定单元410不输出第一控制信号时，开关单元420不导通，不影响其他功能模块对开关模块10的控制。解锁单元430用于向锁定单元410的第二输入端传输解锁信号，以解除锁定单元410的锁死状态，使锁定单元410自输出第一控制信号的状态恢复至不输出信号的状态。

在上述各实施方式的基础上，可选地，开关单元420还接入启停控制信号ON/OFF；开关单元420还用于在启停控制信号ON/OFF指示停机(即OFF状态)时导通，将负极电源信号GND1传输至开关模块10的控制端DRV，控制开关模块10关断。这样，相当于设置了保护电路的整体启停控制功能，增加保护电路控制的灵活性。具体地，当启停控制信号ON/OFF指示停机时，无论电源输出电路当前是否存在故障，都控制开关模块10断开，强制结束电源输出电路的工作状态；当启停控制信号ON/OFF指示开启(即ON状态)时，该启停控制信号不影响开关单元420的工作，开关单元420的输出状态由锁定单元410控制。

继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，保护动作模块30还包括第二输出端32，保护动作模块30自其第一输出端31输出第一关断信号的同时，还自其第二输出端32输出第一关断信号。电源输出保护电路还包括：软启动模块50。保护动作模块30第二输出端32输出的信号用于控制软启动模块50的工作状态。

具体地，软启动模块50分别与保护动作模块30的第二输出端32和开关模块10的控制端DRV电连接；软启动模块50用于在保护动作模块30的第二输出端32输出第一关断信号时，向开关模块10的控制端DRV输出第三关断信号，第三关断信号同样控制开关模块10关断。这样，保护动作模块30的第一输出端31输出的第一关断信号和软启动模块50输出的第三关断信号均可控制开关模块10关断，相当于实现了双重保护，即使其中一个关断信号因故障不能正常输出，另一个关断信号也可以确保开关模块10被关断，从而提高保护可靠性。

以及，软启动模块50还用于在保护锁定模块40未处于锁死状态，且保护动作模块30的第二输出端32停止输出第一关断信号时，延时控制开关模块10导通。其中，若保护锁定模块40处于锁死状态，其必定输出第二关断信号，那么开关模块10无法导通，因此，软启动模块50需在保护锁定模块40未处于锁死状态时，根据保护动作模块30的输出状态工作。保护锁定模块40未处于锁死状态既可以是保护锁定模块40未被触发动作，也可以是锁定单元410已被解锁单元430成功解锁。保护动作模块30的第一输出端31与第二输出端32同步动作，两输出端同时停止输出第一关断信号时，表示故障已解除，此时开关模块10可以恢复导通状态，软启动模块50的设置可以控制开关模块10延时导通，为电源输出电路输出的建立提供缓冲时间，使电源输出电路能够稳定的上电输出，同时可抑制电源输出电路输出时的浪涌电流，减少电源瞬投负载时的电压波动，减少因电压波动造成检测模块20误检以及保护动作模块30和保护锁定模块40误保护的风险。

综上所述，本方案采用了电源输出电路的单负级端保护判断控制，相较于现有技术中的双MOS管控制结构，外围控制结构和控制逻辑简单，只需要一套检测电路和控制电路即可，使得电路工作时的损耗、温升都能得到很好的改善。

可选地，上述的检测模块20、保护动作模块30、保护锁定模块40和软启动模块50共同构成开关模块10的主控模块200。主控模块200中的各功能单元可以都采用分立器件实现，也可以将检测部分和解锁保护部分的功能单元以分立器件实现，将至少部分涉及控制逻辑的功能单元以程序的方式写入单片机内，从而实现输出的过流及短路保护方案，本申请对此不作限定，实际应用时，可基于电路成本和器件选择的便捷性灵活选择电路实现方式。

下面，结合一具体实施例，对全分立器件的电路实现方法进行说明，但不作为对本发明的限定。

图4是本发明实施例提供的又一种电源输出保护电路的结构示意图，图4给出了电源输出保护电路及电源输出电路的整体结构，为了清晰说明各模块的具体结构，图5-7给出了主控模块中各功能模块和单元的放大结构。参见图2和图4，在一种实施方式中，可选地，开关模块包括：第一晶体管Q100、第一电阻R1和第二电阻R2。第一晶体管Q100的第一极与电源输出电路的负极输入端DCVS2电连接，第一晶体管Q100的第二极与电源输出电路的负极输出端OUT2电连接；第一电阻R1的第一端与第二电阻R2的第一端电连接，并作为开关模块10的控制端DRV，第一电阻R1的第二端与第一晶体管Q100的控制极电连接；第二电阻R2的第二端与第一晶体管Q100的第一极电连接。开关模块10中，控制端DRV接入的信号经第一电阻R1和第二电阻R2分压后提供给第一晶体管Q100的控制极，以控制第一晶体管Q100的通断。当第一晶体管Q100断开时，切断电源输出电路的输出。示例性地，第一晶体管Q100可以是MOS管，例如NMOS管。

参见图4和图5，在一种实施方式中，可选地，过流检测单元210包括：第一运算放大器U100A、第三电阻R107、第四电阻R104、第五电阻R105和第六电阻R112。第一运算放大器U100A的第一输入端接入输出电流；第一运算放大器U100A的第一输入端还经第三电阻R107连接参考地，接入负极电源信号GND1；第一运算放大器U100A的第二输入端经第四电阻R104接入负极电源信号GND1；第五电阻R105连接于第一运算放大器U100A的第一输入端和输出端之间；第六电阻R112的第一端与运算放大器的输出端电连接，第六电阻R112的第二端作为过流检测单元的输出端。

其中，第一运算放大器U100A、第三电阻R107、第四电阻R104和第五电阻R105构成正向电流放大器，用于对第一运算放大器U100A第一输入端接入的输出电流进行放大处理，将电流变化量转换成电压变化量，处理后的信号经第六电阻R112转换为第一检测信号输出，提供给后级控制电路进行信号比较；第三电阻R107、第四电阻R104和第五电阻R105配合调整第一运算放大器U100A的放大倍数。具体地，根据运放的虚短虚断原则可知，第一运算放大器U100A第一输入端的电位(记为V1)等于第一运算放大器U100A第二输入端的电位(记为V2)，以及，流经第四电阻R104的电流(记为I1)等于流经第五电阻R105的电流(记为I2)。基于此，可以得到第一运算放大器U100A输出端的电位(记为V3)：V3＝V2+I2*R105＝V1*(1+R105/R104)；同时，由于第一运算放大器U100A第一输入端经第三电阻R107连接参考地，第三电阻R107的阻值影响着第一运算放大器U100A第一输入端的电位V1。因此，调节第三电阻R107、第四电阻R104和第五电阻R105中至少一个电阻的阻值可以实现对第一运算放大器U100A放大倍数的调整。

另外，过流检测单元210中还可以包括：电阻R106和电容C102，提供过流检测单元输入端的滤波功能，用于滤除过流检测单元210输入信号中的高频噪声以及其他干扰信号。具体地，电阻R106连接于电流采集端ICS和第一运算放大器U100A的第一输入端之间，电容C102连接于电流采集端ICS和参考地之间。过流检测单元210中还可以包括：电容C100，作为去耦电容，滤除第一运算放大器U100A供电电源上的杂波。过流检测单元210中还可以包括：电阻R103和电容C101，以稳定放大后的信号，滤除被第一运算放大器U100A放大的干扰信号，使第一运算放大器U100A的输出电流稳定；另外，电容C101还具有储能作用，以提供给第一检测信号一定的维持时间，从而向后端的功能模块(例如保护动作模块30和保护锁定模块40)提供一定的反应时间。

需要说明的是，对于第一运算放大器U100A以及后续的电路结构中涉及到的运算放大器，均可认为其第一输入端为正极输入端，第二输入端为负极输入端。运算放大器的供电电源均由第一电压信号VDD(例如为DC 12V)和负极电源信号GND1供给。

继续参见图4和图5，在一种实施方式中，可选地，短路检测单元220包括：第一稳压二极管ZD100、第二稳压二极管ZD101、第一电容C103、第一二极管D100、第七电阻R130、第八电阻R109和第九电阻R111。第一稳压二极管ZD100的第一端与电源输出电路的负极输入端DCVS2至负极输出端OUT2的连接路径中任一节点(即电压采集端VCS)电连接，第一稳压二极管ZD100的第二端与第七电阻R130的第一端电连接，第七电阻R130的第二端与第一电容C103的第一端电连接，第一电容C103的第二端分别与第八电阻R109的第一端和第二稳压二极管ZD101的第一端电连接，第二稳压二极管ZD101的第二端和接地端均接入负极电源信号GND1；第八电阻R109的第二端与第九电阻R111的第一端电连接，并作为短路检测单元220的输出端；第九电阻R111的第二端接入负极电源信号GND1；第一二极管D100的第一极与第一电容C103的第一极电连接，第一二极管D100的第二极与第一稳压二极管ZD100的接地端电连接。

该短路检测单元220的动作过程包括：当电源输出电路出现正负极输入端之间短路的问题时，第一晶体管Q100的第二极(即电压采集端VCS)的电压接近正极电源信号，已经达到第一稳压二极管ZD100的触发电压，第一稳压二极管ZD100被该高电压击穿。第七电阻R130与第一电容C103构成RC充电电路，基于第一电容C103通交隔直的特性，短路瞬间(即第一稳压二极管ZD100被击穿的瞬间)第一电容C103开始充电，将电压变化量耦合传递至第八电阻R109，以通过第八电阻R109和第九电阻R111的分压形成第二检测信号。第一电容C103充满电之后截止，阻止短路信号的继续传输，第一电容C103的充电时间控制在能够使后续控制模块对第二检测信号进行响应的较短时间即可，以防止较高电位的长时间传输对主控模块200的冲击和损坏。其中，第二稳压二极管ZD101可以在短路检测单元220的输出侧进行第二次稳压，防止短路后产生的第二检测信号的电压过高，对后级电路起保护作用。由于运放允许的最高输入电压等于供电电压，第二稳压二极管ZD101可设置为不超过第一电压信号VDD的值，例如设置为10V。第一二极管D100构成第一电容C103的放电支路，以在第一稳压二极管ZD100恢复时快速释放第一电容C103上存储的电量，使得下一次短路发生时，第一电容C103仍具备电压耦合作用，防止短路检测单元220失效。

其中，实际应用时，可以根据充电时间需求，以及两预设阈值的具体值，对第一电容C103、第七电阻R130、第八电阻R109和第九电阻R111进行配合选配，第一电容C103与第七电阻R130的取值决定着短路信号可传递时间，第八电阻R109和第九电阻R111的值决定着第二检测信号的值。

需要说明的是，对于第一二极管D100以及后续的电路结构中涉及到的二极管，均可认为其第一极为正极，第二极为负极。

检测模块20中，过流检测单元210的输出端与短路检测模单元220的输出端共同构成检测模块20的输出端21，过流检测单元210输出的第一检测信号与短路检测模单元220输出的第二检测信号汇合成检测信号。检测信号分两路分别传输至保护动作模块30和保护锁定模块40，下面分别对保护动作模块30和保护锁定模块40的具体结构和动作过程进行说明。

图6是本发明实施例提供的一种保护锁定模块的结构示意图。结合图4和图6，在一种实施方式中，可选地，锁定单元410包括：第三运算放大器U101B、第十二电阻R125、第十三电阻R124、第十四电阻R126、第十五电阻R127、第三二极管D105、第四二极管D1061和第五二极管D1062。第十二电阻R125的第一端与第十三电阻R124的第一端均与检测模块20的输出端21电连接，第十二电阻R125的第二端与第三二极管D105的第一极电连接，第三二极管D105的第二极和第十三电阻R124的第二端均与第三运算放大器U101B的第一输入端电连接；第三运算放大器U101B的第一输入端与解锁单元430的输出端电连接，第三运算放大器U101B的第二输入端经第十四电阻R126接入第二参考信号VREF2；第四二极管D1061的第一极和第五二极管D1062的第一极均与第三运算放大器U101B的输出端电连接，第四二极管D1061的第二极与第三运算放大器U101B的第一输入端电连接，第五二极管D1062的第二极与第十五电阻R127的第一端电连接，第十五电阻R127的第二端与开关单元420的控制端电连接。

锁定单元410的动作过程包括：检测信号经过第十二电阻R125、第三二极管D105和第十三电阻R124传输至第三运算放大器U101B的第一输入端，在第三运算放大器U101B第一输入端的电压未超过第二参考信号VREF2时，第三运算放大器U101B输出低电平，第五二极管D1062不导通，锁定单元410不输出信号。当第三运算放大器U101B第一输入端的电压超过第二参考信号VREF2时，第三运算放大器U101B的输出信号由最初的低电平转变为高电平，使得第五二极管D1062导通，该高电平经过第五二极管D1062和第十五电阻R127形成第一控制信号输出；同时，该高电平通过第四二极管D1061正反馈给到第三运算放大器U101B的第一输入端，使得第三运算放大器U101B第一输入端的电压一直比其第二输入端的电压高，使第三运算放大器U101B的输出端锁定高电平不变，锁定单元410进入锁死状态。

需要说明的是，第十三电阻R124为兆欧级的大电阻，用以抑制电源输出电路上电抖动(例如在连续开关状态下，因软启动部分未充分放电而失效产生的冲击)时产生的瞬时冲击电流大信号，防止锁定单元410误动作而提前锁死。第三二极管D105的设置起到隔离作用，可以防止锁死状态下第三运算放大器U101B第一输入端的高电平向其他模块传输；同时，由于第十三电阻R124较大，其上流过的电流较小，对第三运算放大器U101B第一输入端电位的影响较小，可以保证锁死状态下对第三运算放大器U101B第一输入端维持高电位。示例性地，第四二极管D1061和第五二极管D1062可以是一个集成元件D106。

继续参见图4和图6，在一种实施方式中，可选地，开关单元420包括：第二晶体管Q103和第六二极管D104；第二晶体管Q103的控制极作为开关单元420的控制端，第二晶体管Q103的第一极接入负极电源信号GND1，第二晶体管Q103的第二极与第六二极管D104的第二极电连接，第六二极管D104的第一极作为开关单元420的输出端，即保护锁定模块40的输出端41，与开关模块10的控制端DRV电连接。

开关单元420可实现对开关模块10开关状态的控制，通过控制第一晶体管Q100的驱动电压，来控制电源输出电路的输出状态。示例性地，第二晶体管Q103可以是NPN型三极管，当锁定单元410被触发动作时，第一控制信号为高电平，控制第二晶体管Q103导通，负极电源信号GND1作为第二关断信号，通过第二晶体管Q103和第六二极管D104传输至开关模块10的控制端DRV，控制开关模块10关断。

另外，开关单元420还接入启停控制信号ON/OFF，启停控制信号ON/OFF通过电阻R122和电阻R123分压后传输至第二晶体管Q103的控制极。开关单元420还受启停控制信号ON/OFF的控制导通或关断，作为总电源开关，控制电路整体的启停。具体地，当启停控制信号ON/OFF指示停机(例如为OFF状态，高电平)时，第二晶体管Q103导通，第一晶体管Q100的驱动电压通过第六二极管D104被拉低，控制第一晶体管Q100关闭，强制控制整个电源输出电路无输出。当启停控制信号ON/OFF指示开机(例如为ON状态，低电平)时，第二晶体管Q103的通断状态由锁定单元410的输出信号控制。

继续参见图4和图6，在一种实施方式中，可选地，解锁单元430包括：开关器件K100、第三晶体管Q104、第十六电阻R128和第十七电阻R129；开关器件的第一端接入第一电压信号VDD，开关器件的第二端与第十六电阻R128的第一端电连接，第十六电阻R128的第二端与第三晶体管Q104的控制极电连接，第三晶体管Q104的第一极接入负极电源信号GND1，第三晶体管Q104的第二极与第十七电阻R129的第一端电连接，第十七电阻R129的第二端作为解锁单元430的输出端。

在锁定单元410处于锁死状态后，解锁单元430用于实现解锁保护控制。在故障已解除，电源输出电路需要正常输出时，控制开关模块10导通，第一电压信号VDD经第十六电阻R128传输至第三晶体管Q104的控制极，控制第三晶体管Q104导通，负极电源信号通过第三晶体管Q104和第十七电阻R129传输至第三运算放大器U101B的第一输入端，使第三运算放大器U101B第一输入端的电位小于第一参考信号VREF1，那么第三运算放大器U101B的输出由高电位转变成低电位，锁定单元410的锁死状态解除。

示例性地，开关器件K100可以是纯机械按钮，由工作人员手动操作；或者，开关器件K100的控制信号可由电源装置中的控制芯片提供；再或者，开关器件K100可直接替换为一信号端，由控制芯片向该信号端提供高低电平来控制解锁单元430的工作状态。示例性地，解锁单元430还可以包括电阻R137和电容C107，均连接在第三晶体管Q104的控制极和第一级之间，作为RC滤波电路，以滤除外接信号和静电等产生的干扰。

图7是本发明实施例提供的一种保护动作模块和软启动模块的结构示意图。结合图4和图7，在一种实施方式中，可选地，保护动作模块30包括：第二运算放大器U100B、第十电阻R110、第十一电阻R113、第二电容C104和第二二极管D1011。第二运算放大器U100B的第一输入端经第十电阻R110接入第一参考信号VREF1，第二运算放大器U100B的第二输入端与检测模块20的输出端21电连接，接入检测信号，第二运算放大器U100B的输出端与第二二极管D1011的第二极电连接，第二二极管D1011的第一极作为保护动作模块30的第一输出端31；第十一电阻R113和第二电容C104串联连接于第二运算放大器U100B的第二输入端和输出端之间。

保护动作模块30的动作过程包括：第二运算放大器U100B将检测信号与第一参考信号VREF1进行比较，当检测信号超过第一参考信号VREF1时，第二运算放大器U100B的输出端由初始的高电平转变成输出低电平，该低电平经第二二极管D1011提供给后端电路进行控制。其中，第十一电阻R113和第二电容C104构成第二运算放大器U100B的RC反馈补偿电路，以提高保护动作模块30的输出稳定性。

其中，第一预设阈值可以通过调节第一参考信号VREF1来设定，第二预设阈值可以通过调节第二参考信号VREF2、第十二电阻R125和第十三电阻R124的值来设定。示例性地，第一参考信号VREF1的值不超过第二参考信号VREF2的值，以使第一预设阈值小于第二预设阈值。示例性地，第一参考信号VREF1可复用为第二参考信号VREF2，以减少电路中所需信号的数量。

进一步地，保护动作模块30还包括二极管D1012，其第二极与第二运算放大器U100B的输出端电连接，第一极作为保护动作模块30的第二输出端32。二极管D1012与第二二极管D1011共阳极设置，以使得保护动作模块30自其第一输出端31输出第一关断信号的同时，还自其第二输出端32输出第一关断信号。示例性地，二极管D1012与第二二极管D1011可以是一个集成元件D101。

继续参见图4和图7，在一种实施方式中，可选地，软启动模块50包括：第四运算放大器U101A、第七二极管D102、第三电容C105、第十八电阻R118、第十九电阻R119、第二十电阻R120、第二十一电阻R116、第二十二电阻R117和第二十三电阻R114。第二十电阻R120的第一端接入第一电压信号VDD，第二十电阻R120的第二端分别与保护动作模块30的第二输出端32、第十八电阻R118的第一端和第三电容C105的第一端电连接，第十八电阻R118的第二端分别与第十九电阻R119的第一端和第四运算放大器U101A的第一输入端电连接，第三电容C105的第二端和第十九电阻R119的第二端均接入负极电源信号GND1；第二十二电阻R117的第一端接入第一电压信号VDD，第二十二电阻R117的第二端分别与第二十一电阻R116的第一端和第四运算放大器U101A的第二输入端电连接，第二十一电阻R116的第二端接入负极电源信号GND1；第四运算放大器U101A的输出端与第七二极管D102的第二端电连接，第七二极管D102的第一端与开关模块10的控制端DRV电连接；第二十三电阻R114的第一端接入第一电压信号VDD，第二十三电阻R114的第二端与开关模块10的控制端DRV电连接。

软启动模块50用于给电源输出电路的输出建立提供缓冲时间，以实现稳定的上电输出。其中，第四运算放大器U101A第一输入端电平建立的时间受到第二十电阻R120和第三电容C105构成的充电时间常数，以及第十八电阻R118和第十九电阻R119的分压影响；第四运算放大器U101A第二输入端的电平建立时间快，它由第一电压信号VDD经过第二十一电阻R116和第二十二电阻R117的分压直接得到。因此，第四运算放大器U101A的第一输入端在开始充电时，第一输入端电位低于第二输入端电位，第四运算放大器U101A输出低电平，该低电平经第七二极管D102传输至开关模块10的控制端DRV，控制开关模块10关断。当第四运算放大器U101A的第一输入端充电至电位高于第二输入端后，第四运算放大器U101A转为输出高电平，第七二极管D102关断，该高电平无法传输至控制端DRV，此时，第一电压信号VDD经过第二十三电阻R114传输至开关模块10的控制端DRV，该高电平信号经第一电阻R1和第二电阻R2分压后提供给第一晶体管Q100的控制极，控制第一晶体管Q100饱和导通，使电源输出电路建立输出。

进一步地，软启动模块50还可以包括电阻R131、电阻R132、电阻R133和晶体管Q102。晶体管Q102的控制极通过电阻R131与第四运算放大器U101A的输出端电连接，晶体管Q102的第二极通过电阻R133与第四运算放大器U101A的第二输入端电连接，晶体管Q102的第一极接入负极电源信号GND1，电阻R132连接于晶体管Q102的控制极和第一极之间。该部分电路的作用在于：当第四运算放大器U101A输出高电位时，该高电平通过电阻R131和电阻R132分压后传输至晶体管Q102的控制极，控制晶体管Q102导通；负极电源信号GND1经过晶体管Q102和电阻R133传输至第四运算放大器U101A的第二输入端，将该端电位拉低，使第四运算放大器U101A能够稳定输出高电位，防止电源输出电路的误关闭。

示例性地，软启动模块50还可以包括：电阻R115、二极管D103和电容C106。电阻R115为连接在保护动作模块30的第二输出端和第十八电阻R118的第一端之间的保护电阻，二极管D103的第一极与第十八电阻R118的第一端电连接，第二极接入第一电压信号VDD，以隔离保护动作模块30第二输出端32的输出信号和第一电压信号VDD。电容C106作为第四运算放大器U101A正负供电端之间的去耦电容。

需要说明的是，主控模块200中用于向各功能器件供电的参考地信号均采用电源输出电路负极输入端DCVS2所接入的负极电源信号GND1，而不连接电源输出电路负极输出端OUT2的输出信号(绝缘地信号)。这是由于：无论开关模块10处于导通状态还是关断状态，主控模块200中的各功能器件都需要保持正常的供电，以保证保护电路中检测和控制等功能的正常实现。若将电源输出电路负极输出端OUT2的输出信号作为主控模块200中的参考地信号，当开关模块10关断时，电源输出电路停止输出，各功能器件会因接地端信号异常，无法提供供电回路而掉电无法工作，使整个主控模块200陷入瘫痪，无法继续执行检测和保护等功能，一旦开关模块10断开，电源输出电路就无法恢复工作，影响保护电路的可靠性。而电源输出电路负极输入端DCVS2所接入的负极电源信号GND1由前端电路提供，电源输出电路的工作状态不影响负极电源信号GND1，因此将负极电源信号GND1作为主控模块200中的参考地信号，可规避上述问题，保证保护电路的可靠性。

基于上述具体电路结构，保护电路的工作状态可分为：正常工作状态、短路保护状态和过流保护状态三种。下面进行具体说明。

正常工作状态：当电源输出电路正常时，检测模块20没有得到异常的检测信号，相应的，锁定单元410、开关单元420和保护动作模块30都没有得到触发动作电位，不会进行控制，第一晶体管Q100处于导通状态，电源输出电路能正常输出。软启动模块50中，第四运算放大器U101A第一输入端的电平，需要通过第一电压信号VDD供电，通过第二十电阻R120给第三电容C105充电，当充电电压达到了高于第四运算放大器U101A第二输入端的电平时，第四运算放大器U101A输出高电平，控制第一晶体管Q100导通；同时，第四运算放大器U101A输出的高电平通过控制晶体管Q102导通，将第四运算放大器U101A第二输入端的电位拉低，保证软启动模块50正常输出高电平，电源输出电路正常输出。

过流保护状态：当电源输出电路中出现过流时，输出电流ICS大于正常电流值，这时检测电阻RCS两端产生较高的电压差，该电压值通过电流采集端ICS提供给过流检测单元210，放大后的第一检测信号经第一运算放大器U100A的输出端输出；若第一检测信号大于第一预设阈值，即第一参考信号VREF1时，保护动作模块30动作，将开关模块10的控制端DRV的电位强制拉低为低电平，使第一晶体管Q100因丢失驱动电压而不导通截止，从而使电源输出电路的输入端与输出端断开，起到过流保护作用。同时，软启动模块50的第四运算放大器U101A第一输入端的工作电平，通过二极管D1012和电阻R115同样被拉低，使第四运算放大器U101A第一输入端的电压低于其第二输入端的电压，第四运算放大器U101A的输出翻转成低电平，再次通过第七二极管D102将开关模块10控制端DRV的电平拉低，确保电路的可靠性。

其中，过流程度较小时，第一检测信号较小，仅保护动作模块30动作，过流消失后，经软启动模块50的控制，电源输出电路的输出可恢复。过流程度较大时，第一检测信号较大，保护锁定模块40也被触发，主控模块200的工作过程与短路保护状态下相同。

短路保护状态：当电源输出电路出现短路时，其正极输入端DCVS1的正极电源电压会直接加到第一晶体管Q100的第二极，这时电压采集端VCS将采集到很高的电压，使得短路检测单元220输出第二检测信号。由于电压采集端VCS采集到的电压大，第二检测信号会超过第二预设阈值，那么，保护动作模块30和保护锁定模块40均动作。保护动作模块30的动作过程不再赘述。对于保护锁定模块40，第三运算放大器U101B的输出由原来的低电平变为高电平；由于第三运算放大器U101B的输出接有共阳极双二极管D106，分两路输出高电位：一路正反馈给到了第三运算放大器U101B的第一输入端，使第三运算放大器U101B的输出锁定在高电位。共阳极双二极管D106的另一路输出提供给开关单元420，使第二晶体管Q103的控制极得到高电位而导通，以将开关模块10的控制端DRV的电位拉低，使得第一晶体管Q100锁定在截止状态，电源输出电路无输出。如需要解除锁死状态，可以利用解锁单元430进行解锁。

综上，本发明实施例提供的保护电路，在电源输出电路存在短路或者过流问题时可迅速断开开关模块10，从而避免电源装置内部电路损坏。保护电路中仅使用一个功率MOS管，可有效降低保护成本，且电路正常工作时的损耗和温升都能得到改善。以及，主控模块200中采用两组(四个)运放及其外围电路，即可进行全部功能的控制实现，电路控制稳定，可靠性高。

本发明实施例还提供了一种电源装置，包括本发明任意实施例所提供的电源输出保护电路，具备相应的有益效果。图8是本发明实施例提供的一种电源装置的结构示意图。参见图8，该电源装置包括：直流电源300、至少一个电源输出电路和至少一个电源输出保护电路1；其中，电源输出电路与直流电源300电连接，电源输出电路与电源输出保护电路1一一对应电连接。电源输出保护电路1可由开关模块10和主控模块200构成，主控模块200中可包括检测模块、保护动作模块、保护锁定模块和软启动模块等功能模块。

其中，当电源装置具备多个电源输出电路时，不同的电源输出电路可以可与直流电源300的同一输出端连接，也可以与直流电源300的不同输出端连接。直流电源300内部可设置电压转换模块，使直流电源300的不同输出端输出不同的电源电压信号。电源输出电路与电源输出保护电路1一一对应电连接，使得保护电路可以针对电源输出电路进行精确保护，在部分电源输出电路出现故障时，仅控制对应的开关模块10关断，将故障支路断开，而未出现故障的电源输出电路可继续工作。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。