本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種OR-ing MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)故障在線檢測的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在大功率電源系統(tǒng)中，由多個電源模塊組成N+1(或N+M)的并聯(lián)冗余(OR-ing)方式供電，可提高電源系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)性和擴(kuò)展性。OR-ing電路可放置于電源系統(tǒng)中的電源模塊內(nèi)部或負(fù)載設(shè)備供電入口上，對供電母線進(jìn)行隔離，防止電源系統(tǒng)中某路電源故障或某個電源模塊出現(xiàn)故障導(dǎo)致整個電源系統(tǒng)供電故障。

目前OR-ing電路采用MOSFET取代肖特基二極管實現(xiàn)，將電源模塊或多路供電源與供電母線隔離，采用MOSFET可大幅度降低導(dǎo)通壓降，對供電母線的輸出壓降影響小，可保證大電流情況下，減小MOSFET的功率損耗和結(jié)構(gòu)尺寸，從而提高電源系統(tǒng)的效率。但是，MOSFET為有源器件，其可靠性較差，如果不能及時發(fā)現(xiàn)MOSFET故障失效，將會使電源模塊故障或燒損，供電母線對電源模塊進(jìn)行倒灌，影響其它并聯(lián)的電源模塊，甚至造成電源系統(tǒng)供電故障。

現(xiàn)有的MOSFET故障檢測方法一般是在不通電的情況下，用數(shù)字萬用表或?qū)Ｓ脙x器去檢測，但是需要維護(hù)人員到現(xiàn)場斷電后進(jìn)行檢測。而OR-ing MOSFET在電源模塊內(nèi)部且處于通電狀態(tài)，無法用現(xiàn)有技術(shù)對OR-ing MOSFET故障進(jìn)行快速檢測及對已失效的使用了OR-ing MOSFET的電源模塊進(jìn)行快速定位，維護(hù)人員只有到現(xiàn)場對使用了OR-ing MOSFET的電源模塊拔出拆結(jié)構(gòu)件后進(jìn)行檢測，這種故障檢測方式導(dǎo)致工作量增加，實際操作起來不方便，且會存在電源掉電風(fēng)險和負(fù)載設(shè)備工作異常。

有鑒于此，急需提供一種方便可靠的OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法，克服現(xiàn)有OR-ing MOSFET故障檢測方法工作量大、效果差及無法快速定位已失效的使用了OR-ing MOSFET的電源模塊的不足，以提高電源系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種方便可靠的OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法，克服現(xiàn)有OR-ing MOSFET故障檢測方法工作量大、效果差及無法快速定位已失效的使用了OR-ing MOSFET電源模塊的不足，以提高電源系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的系統(tǒng)，包括OR-ing MOSFET模塊、電源監(jiān)控模塊、監(jiān)控模塊、顯示模塊以及第一隔離器件和第二隔離器件，

OR-ing MOSFET模塊包括OR-ing MOSFET控制單元、OR-ing MOSFET檢測單元和一個或多個并聯(lián)的OR-ing MOSFET；OR-ing MOSFET控制單元用于根據(jù)電源監(jiān)控模塊下發(fā)的指令對OR-ing MOSFET進(jìn)行驅(qū)動控制；OR-ing MOSFET檢測單元用于對OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓進(jìn)行采集，并將采集到的電壓與預(yù)設(shè)的故障門限電壓進(jìn)行比較，判斷OR-ing MOSFET是否短路失效；

電源監(jiān)控模塊設(shè)置于電源模塊中，其上配置有MCU，MCU用于對采集的OR-ing MOSFET的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和對其狀態(tài)量快速的進(jìn)行響應(yīng)，電源監(jiān)控模塊通過MCU的串口與監(jiān)控模塊相連，上報電源模塊的狀態(tài)給監(jiān)控模塊；

監(jiān)控模塊用于收集電源模塊的相關(guān)信息和故障告警，并與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，對電源監(jiān)控模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；

顯示模塊，對已失效的電源模塊進(jìn)行本地告警，完成本地定位；對未失效的電源模塊按正常方式顯示；

第一隔離器件用于連接OR-ing MOSFET控制單元與MCU的第一I/0口；

第二隔離器件用于連接OR-ing MOSFET檢測單元與MCU的第二I/0口。

在上述技術(shù)方案中，所述電源監(jiān)控模塊與所述OR-ing MOSFET模塊相連，所述OR-ing MOSFET模塊與供電母線相連，向負(fù)載設(shè)備供電；若所述電源模塊的功率較大，則所述OR-ing MOSFET模塊包括多個并聯(lián)的所述OR-ing MOSFET；若所述電源模塊的輸出電流不大，則所述OR-ing MOSFET模塊包括單個所述OR-ing MOSFET。

在上述技術(shù)方案中，OR-ing MOSFET驅(qū)動的關(guān)閉持續(xù)時間預(yù)設(shè)為10ms；OR-ing MOSFET驅(qū)動的開啟間隔周期可通過所述監(jiān)控模塊進(jìn)行設(shè)置，或通過所述網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)根據(jù)需求對所述電源監(jiān)控模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)置，對所述OR-ing MOSFET進(jìn)行定期遠(yuǎn)程維護(hù)。

在上述技術(shù)方案中，所述故障門限電壓為260mV。

在上述技術(shù)方案中，所述MCU的第二I/O口為外部中斷觸發(fā)模式，通過上升沿及下降沿觸發(fā)外部中斷。

本發(fā)明還提供了一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法，包括以下步驟：

S1、OR-ing MOSFET正常運行過程中，MCU下發(fā)指令將OR-ing MOSFET的柵極驅(qū)動關(guān)閉，并檢測OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓；

S2、將檢測到的V_D-S兩端電壓與預(yù)設(shè)的故障門限電壓進(jìn)行比較，判斷是否有外部中斷產(chǎn)生，如果是，轉(zhuǎn)S3；否則，轉(zhuǎn)S7；

S3、觸發(fā)中斷定時器，中斷定時器開始計時；

S4、OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間到達(dá)預(yù)設(shè)時間后，OR-ing MOSFET的柵極驅(qū)動重新開啟，將V_D-S兩端電壓與故障門限電壓比較后，電平翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)MCU的外部中斷，中斷定時器結(jié)束計時；

S5、判斷中斷定時器的計數(shù)時間是否大于OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間的一半，若是，轉(zhuǎn)S6；否則，轉(zhuǎn)S1；

S6、MCU本地正常顯示，上報OR-ing MOSFET正常，轉(zhuǎn)S8；

S7、MCU本地故障報警，上報OR-ing MOSFET失效，同時OR-ing MOSFET驅(qū)動開啟；

S8、結(jié)束。

在上述技術(shù)方案中，所述OR-ing MOSFET驅(qū)動的關(guān)閉持續(xù)時間預(yù)設(shè)為10ms。

在上述技術(shù)方案中，當(dāng)電源模塊內(nèi)采用多個OR-ing MOSFET并聯(lián)時，不考慮OR-ing MOSFET開路；當(dāng)電源模塊內(nèi)采用單個OR-ing MOSFET時，在不關(guān)閉OR-ing MOSFET驅(qū)動的情況下，若電平翻轉(zhuǎn)，通過上升沿或下降沿觸發(fā)MCU的外部中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)，中斷定時器開始且持續(xù)計時，說明OR-ing MOSFET已開路失效。

本發(fā)明提供了一種方便可靠的OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法及系統(tǒng)，對OR-ing MOSFET的運行進(jìn)行控制和在線檢測，從而實時完成OR-ing MOSFET故障的在線檢測，同時對故障的OR-ing MOSFET進(jìn)行本地報警，減小了現(xiàn)場維護(hù)人員的工作量，并利用電源監(jiān)控模塊將故障信息發(fā)送給監(jiān)控模塊及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，使維護(hù)人員能快速獲知故障信息，方便準(zhǔn)確定位故障的電源模塊，能高效的進(jìn)行后續(xù)維護(hù)，從而減小了OR-ing MOSFET故障給電源系統(tǒng)的運行安全帶來的隱患，提高了電源系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，提高了電源系統(tǒng)的維護(hù)效率，大大降低了維護(hù)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的OR-ing MOSFET驅(qū)動開啟周期和關(guān)閉持續(xù)時間示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式和說明書附圖對本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實施例提供了一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的系統(tǒng)，如圖1所示，包括：OR-ing MOSFET模塊1、電源監(jiān)控模塊2、監(jiān)控模塊3、顯示模塊4以及第一隔離器件5和第二隔離器件6。

OR-ing MOSFET模塊1包括OR-ing MOSFET控制單元10、OR-ing MOSFET檢測單元11和一個或多個并聯(lián)的OR-ing MOSFET12(低R_DS(ON)的MOSFET)；OR-ing MOSFET控制單元10用于根據(jù)電源監(jiān)控模塊2下發(fā)的指令對OR-ing MOSFET12進(jìn)行驅(qū)動控制，能快速開啟或關(guān)閉OR-ing MOSFET12的柵極驅(qū)動，當(dāng)OR-ing MOSFET12接反向電壓時，能快速關(guān)閉OR-ing MOSFET12，對供電母線進(jìn)行隔離；OR-ing MOSFET檢測單元11用于對OR-ing MOSFET12的V_D-S兩端電壓進(jìn)行采集，并將采集到的電壓與預(yù)設(shè)的故障門限電壓進(jìn)行比較，判斷OR-ing MOSFET 12是否短路失效。

電源監(jiān)控模塊2為設(shè)置于電源模塊中的電源監(jiān)控板，其上配置有帶串口及存儲的MCU20(微控制器)，MCU20用于對采集的OR-ing MOSFET12的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和對其狀態(tài)量快速的進(jìn)行響應(yīng)，電源監(jiān)控模塊2通過MCU20的串口與監(jiān)控模塊3相連，通過顯示模塊4對OR-ing MOSFET12的工作狀態(tài)進(jìn)行本地顯示或上報給監(jiān)控模塊3。

監(jiān)控模塊3用于收集電源系統(tǒng)內(nèi)電源模塊的相關(guān)信息和故障告警，能對電源監(jiān)控模塊2進(jìn)行控制，并能與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可對電源監(jiān)控模塊2進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程下發(fā)控制信息，電源監(jiān)控模塊2使能或關(guān)閉OR-ing MOSFET故障在線檢測，實現(xiàn)OR-ing MOSFET故障在線檢測的定期遠(yuǎn)程維護(hù)。

顯示模塊4為發(fā)光二極管，對于已失效的電源模塊，通過聲光方式進(jìn)行本地告警，完成本地定位；對于未失效的電源模塊按正常方式顯示。

上述第一隔離器件5和第二隔離器件6為光耦，其中，第一隔離器件5用于連接OR-ing MOSFET控制單元10與MCU20的第一I/O口，第二隔離器件6用于連接OR-ing MOSFET檢測單元11與MCU20的第二I/0口，即OR-ing MOSFET控制單元10能夠通過MCU20的第一I/O口控制OR-ing MOSFET12的柵極驅(qū)動，MCU20的第二I/O口設(shè)置為外部中斷觸發(fā)模式，通過上升沿及下降沿觸發(fā)外部中斷。

本發(fā)明設(shè)置的故障門限電壓為260mV(此電壓根據(jù)需求可調(diào))，此故障門限電壓低于OR-ing MOSFET12體二極管的導(dǎo)通壓降，而大于OR-ing MOSFET12導(dǎo)通的壓降。

OR-ing MOSFET12驅(qū)動的關(guān)閉持續(xù)時間較短，約為5ms～20ms，OR-ing MOSFET12驅(qū)動的開啟間隔周期可通過電源監(jiān)控模塊2進(jìn)行設(shè)置，或通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)根據(jù)需求對電源監(jiān)控模塊2進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)置，對OR-ing MOSFET12進(jìn)行定期遠(yuǎn)程維護(hù)。

帶串口及存儲的MCU20在實際應(yīng)用中可選用K10系列的MCU或有類似于此外設(shè)功能的MCU，MCU20的串口與監(jiān)控模塊3通信，接收監(jiān)控模塊3的控制指令，上報電源模塊的狀態(tài)。

為了保證OR-ing MOSFET12的可靠性和散熱要求，若在大功率電源模塊中，選用多個OR-ing MOSFET12并聯(lián)使用，增加電源模塊的輸出電流；若電源模塊的輸出電流不大，只需使用單個OR-ing MOSFET12，其中，對于使用D²PAK封裝的OR-ing MOSFET12，單個OR-ing MOSFET12的功率損耗應(yīng)小于1.0W。

本發(fā)明實施例提供的一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的系統(tǒng)實現(xiàn)原理為：OR-ing MOSFET12正常運行過程中，利用電源監(jiān)控模塊2對OR-ing MOSFET控制單元10進(jìn)行脈沖控制，將OR-ing MOSFET12的柵極驅(qū)動關(guān)閉；利用OR-ing MOSFET檢測單元11對OR-ing MOSFET12的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；電源監(jiān)控模塊2對監(jiān)測到的OR-ing MOSFET12的工作狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷，對OR-ing MOSFET12的工作狀態(tài)進(jìn)行本地顯示或上報給監(jiān)控模塊3，從而完成OR-ing MOSFET12故障的本地定位；然后，利用電源監(jiān)控模塊2對OR-ing MOSFET控制單元10進(jìn)行脈沖控制，將OR-ing MOSFET12的柵極驅(qū)動開啟；監(jiān)控模塊3將本地OR-ing MOSFET12故障信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程告警。

如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)中各電源系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)連接，并連接到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，對電源系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，電源系統(tǒng)內(nèi)部通過CAN總線、RS-485總線或RS-422總線等與監(jiān)控模塊3通訊，將電源模塊的運行狀態(tài)上報給監(jiān)控模塊3，通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可遠(yuǎn)程對某個電源系統(tǒng)內(nèi)的電源模塊進(jìn)行控制，完成遠(yuǎn)程維護(hù)及顯示。

如圖3所示，為本發(fā)明實施例提供的電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，電源系統(tǒng)包括：至少一個電源模塊，每個電源模塊中的電源監(jiān)控模塊2與一OR-ing MOSFET模塊1相連，每一個OR-ing MOSFET模塊1與供電母線相連，向負(fù)載設(shè)備供電。OR-ing MOSFET模塊1通過OR-ing MOSFET控制單元10控制OR-ing MOSFET12的柵極，對供電母線進(jìn)行隔離，保證供電母線不會因單個電源模塊失效而受影響，同時，采用OR-ing MOSFET12可降低器件導(dǎo)通壓降，提高電源系統(tǒng)效率。

如圖4所示，本發(fā)明實施例還提供了一種OR-ing MOSFET故障在線檢測的方法，主要是通過關(guān)閉OR-ing MOSFET的柵極驅(qū)動，檢測OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓并與預(yù)設(shè)的故障門限電壓進(jìn)行比較，判斷OR-ing MOSFET是否短路失效，具體包括以下步驟：

S1、OR-ing MOSFET正常運行過程中，MCU通過I/O口下發(fā)指令，將OR-ing MOSFET的柵極驅(qū)動關(guān)閉，并檢測OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓。

OR-ing MOSFET正常工作時，其柵極驅(qū)動開啟，由于其導(dǎo)通電阻為幾歐毫，則OR-ing MOSFET的D-S極(V_D-S)兩端導(dǎo)通電壓必小于100mV，與預(yù)設(shè)的故障門限電壓(本發(fā)明設(shè)置的故障門限電壓為260mV)比較后，無電平翻轉(zhuǎn)，上報OR-ing MOSFET正常。

OR-ing MOSFET的驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間極短，本發(fā)明的OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間設(shè)為10ms，從而保證OR-ing MOSFET不損壞，OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉后，電流通過OR-ing MOSFET的體二極管流動，不會造成供電母線上負(fù)載設(shè)備供電中斷。

S2、將檢測到的OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓與預(yù)設(shè)的故障門限電壓進(jìn)行比較，判斷是否有外部中斷產(chǎn)生，如果是，轉(zhuǎn)S3；否則，轉(zhuǎn)S7。

具體地：若OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓小于100mV，與故障門限電壓比較后，無電平翻轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生上升沿或下降沿觸發(fā)MCU的外部中斷，即MCU不產(chǎn)生外部中斷，此時認(rèn)為OR-ing MOSFET短路損壞，即D-S極(漏極-源極)短路。

若OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓大于0.8V(此時應(yīng)為OR-ing MOSFET體二極管的導(dǎo)通電壓)，與故障門限電壓比較后，電平翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生上升沿或下降沿觸發(fā)MCU的外部中斷，即MCU的外部中斷被觸發(fā)，進(jìn)入中斷服務(wù)后，為了防止誤判，此時觸發(fā)中斷定時器，中斷定時器開始計時。

S3、觸發(fā)中斷定時器，中斷定時器開始計時。

S4、OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間到達(dá)預(yù)設(shè)時間后(本發(fā)明中的預(yù)設(shè)時間為10ms)，OR-ing MOSFET的柵極驅(qū)動重新開啟，OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓小于100mV，與故障門限電壓比較后，電平翻轉(zhuǎn)，通過上升沿或下降沿觸發(fā)MCU的外部中斷，中斷定時器結(jié)束計時。

S5、判斷中斷定時器的計數(shù)時間是否大于OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間的一半，若是，轉(zhuǎn)S6；否則，轉(zhuǎn)S1。

為了提高OR-ing MOSFET失效檢測的準(zhǔn)確性，本發(fā)明對中斷定時器的計數(shù)時間與OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間進(jìn)行比較，防止外部電路干擾及抖動使MCU的外部中斷被誤觸發(fā)，導(dǎo)致MCU進(jìn)入中斷處理，造成OR-ing MOSFET失效的誤判斷，通過MCU的中斷定時器計數(shù)準(zhǔn)確延時，可屏蔽干擾，提高檢測的可靠性。OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間為5ms～20ms可調(diào)設(shè)置，中斷定時器的計數(shù)時間主要用于延時抗干擾，具體可根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置，但必須小于OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間。

若中斷定時器的計數(shù)時間大于OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間的一半(即大于5ms)，此時OR-ing MOSFET沒有失效，MCU本地正常顯示，并上報OR-ing MOSFET正常。

若中斷定時器的計數(shù)時間小于OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉持續(xù)時間的一半(即小于5ms)，可認(rèn)為是外部電路干擾及抖動使MCU的外部中斷被誤觸發(fā)，為防止誤檢測及告警，此時重新對OR-ing MOSFET的V_D-S兩端電壓進(jìn)行一輪新的檢測。

S6、MCU本地正常顯示，上報OR-ing MOSFET正常，轉(zhuǎn)S8。

S7、MCU通過聲光方式本地故障報警，上報OR-ing MOSFET失效，同時OR-ing MOSFET驅(qū)動開啟。

S8、結(jié)束。

上述方法中，當(dāng)電源模塊內(nèi)采用多個OR-ing MOSFET(如圖1所示的Q1～Qn)并聯(lián)時，OR-ing MOSFET本身就有冗余，且不會造成電源模塊故障或掉電，可不考慮OR-ing MOSFET開路；當(dāng)電源模塊內(nèi)采用單個OR-ing MOSFET時，在不關(guān)閉OR-ing MOSFET驅(qū)動的情況下，若電平翻轉(zhuǎn)，通過上升沿或下降沿觸發(fā)MCU的外部中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)，中斷定時器開始且持續(xù)計時，說明OR-ing MOSFET已開路失效。

如圖5所示，為本發(fā)明實施例提供的OR-ing MOSFET驅(qū)動開啟周期和關(guān)閉持續(xù)時間示意圖，OR-ing MOSFET的檢測為被動檢測，檢測過程中需關(guān)閉OR-ing MOSFET，OR-ing MOSFET驅(qū)動的開啟和關(guān)閉時間為可調(diào)設(shè)置，OR-ing MOSFET驅(qū)動的開啟可設(shè)置較長時間，而OR-ing MOSFET驅(qū)動關(guān)閉時間最好小于20ms，這樣當(dāng)開始對OR-ing MOSFET進(jìn)行檢測時，可在短時間內(nèi)進(jìn)行多次檢測，以保證檢測的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。