專利名稱：一種直流固態(tài)功率控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)功率控制器，特別是一種保護(hù)算法由硬件電路實(shí)現(xiàn)的可通過外部編程的直流固態(tài)功率控制器。
背景技術(shù)：
固態(tài)功率控制器是利用固態(tài)開關(guān)-MOSFET通斷實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)配電單元中繼電器和過載保護(hù)器功能的開關(guān)控制器。固態(tài)功率控制器依據(jù)對母線電纜“熱記憶”理論，檢測母線線纜溫度，在母線過流情況下，針對不同的母線電流在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)母線跳閘。固態(tài)功率控制器，相對于傳統(tǒng)繼電器和過載保護(hù)器，優(yōu)勢在于1、可針對不同的母線電流靈活的控制跳閘保護(hù)時(shí)間2、可反饋母線電流異常信息和負(fù)載狀態(tài)目前的固態(tài)功率控制器，尤其是多路固態(tài)功率控制器，多采用軟件編程的方式計(jì)算過載跳間時(shí)間。但是，由于軟件編程的失誤或存儲(chǔ)器的耐輻照特性差，使得軟件算法的固態(tài)功率控制器在對環(huán)境適應(yīng)性要求高的場所應(yīng)用受到質(zhì)疑。基于硬件電路實(shí)現(xiàn)算法的固態(tài)功率控制器，由于不依靠存儲(chǔ)器提取數(shù)據(jù)，在惡劣的環(huán)境條件下依然可以正常工作?，F(xiàn)有的分離元件搭建的固態(tài)功率控制器電路，使用分離的芯片，實(shí)現(xiàn)多芯片板級集成。由于使用的芯片單元均為通用芯片，固態(tài)功率控制器將受限于芯片的體積和功耗，難以實(shí)現(xiàn)小型化和低功耗要求。例如固態(tài)功率控制器中必備模塊乘法器，通用芯片是8角DIP 封裝，且靜態(tài)功耗為lOOmW。發(fā)明專利US6125024A公開了一種外部可編程固態(tài)功率控制器；該固態(tài)功率控制器包括邏輯隔離模塊、電流源模塊、邏輯控制模塊、振蕩器和帶隙基準(zhǔn)模塊、光耦隔離模塊、 MOSFET保護(hù)模塊、上電復(fù)位模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)與限流模塊、MOSFET保護(hù)模塊、I2RC模塊。當(dāng)芯片產(chǎn)生跳閘信號(hào)后，通過拉低ENABLE信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)限流模塊的OPl輸出高電平，從而打開電流源111，使得111與112產(chǎn)生向芯片內(nèi)部灌入的靜而關(guān)閉MOSFET。 電流1. 6mA。此1. 6mA的電流將瀉放功率MOSFET柵源電荷，從但是如果這么處理異常關(guān)斷環(huán)節(jié)，將無法在短時(shí)間內(nèi)，如IOOus的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷M0SFET。從而無法滿足快速關(guān)斷的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種關(guān)斷快速、環(huán)境適應(yīng)性高的直流固態(tài)功率控制器。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種直流固態(tài)功率控制器，包括控制芯片，功率M0SFET、電源模塊、開關(guān)狀態(tài)檢測模塊、光耦隔離模塊、電阻&及其它芯片外器件；控制芯片包括邏輯控制模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、上電復(fù)位模塊、I2T過流保護(hù)模塊、MOSFET保護(hù)模塊、 MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊；功率MOSFET和電阻&串聯(lián)于母線上；其特征在于，控制芯片還包括短路判斷模塊；控制芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測流過電阻&的母線電流，當(dāng)母線電流過流倍數(shù)超過I2T 過流保護(hù)下限閾值后，I2T過流保護(hù)模塊按照反時(shí)限算法產(chǎn)生過流跳閘信號(hào)I2T_TRIP ；當(dāng)過流倍數(shù)超過短路保護(hù)閾值后，短路判斷模塊產(chǎn)生短路跳間信號(hào)SC_TRIP ；當(dāng)過流倍數(shù)超過 MOSFET保護(hù)閾值時(shí)，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生MOSFET保護(hù)使能信號(hào)MP_ENA ；當(dāng)過流倍數(shù)超過限流閾值后，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊限制電流增長；MOSFET保護(hù)模塊在控制信號(hào)MP 的控制下產(chǎn)生跳閘信號(hào)MP_TRIP ；邏輯控制模塊根據(jù)上位機(jī)傳輸?shù)目刂菩盘?hào)COM，和通過外部可編程端口輸入的驅(qū)動(dòng)邏輯電平使能信號(hào)C0MEN，結(jié)合I2T過流保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)I2T_TRIP、M0SFET保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)MP_TRIP、短路判斷模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)SC_TRIP、M0SFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生的MP_ENA信號(hào)，輸出控制MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊的使能信號(hào)ENA、M0SFET保護(hù)模塊的控制信號(hào)MP、和跳閘信號(hào)TRP ；上述使能信號(hào)ENA送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，用于控制MOSFET的正常開關(guān)過程；上述跳閘信號(hào)TRP送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，在母線電流過流倍數(shù)超過一定閾值后， 用于關(guān)閉MOSFET ；輸出驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)負(fù)載狀態(tài)模塊產(chǎn)生的負(fù)載狀態(tài)信號(hào)ISTATUS、邏輯控制模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)TRP、上電復(fù)位模塊輸出的復(fù)位信號(hào)RESET，輸出負(fù)載狀態(tài)信號(hào)STATUS和跳閘信號(hào)TRIP。I2T過流保護(hù)模塊將母線電流平方后輸入RC充電網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)反時(shí)限算法；通過更改控制芯片外配置的電阻&2、Rti或Riv的阻值可實(shí)現(xiàn)I2T過流保護(hù)下限閾值倍數(shù)的硬件編程；通過更變電阻氏、電容Ci的值可實(shí)現(xiàn)I2T保護(hù)曲線形狀的硬件編程。通過更改控制芯片外配置的電阻I^istat可實(shí)現(xiàn)負(fù)載狀態(tài)模塊判斷閾值的硬件可編程。通過更改控制芯片外配置的可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)閾值的硬件可編程。通過更改控制芯片外配置的電阻Rmp、電容Cmp實(shí)現(xiàn)對MOSFET保護(hù)模塊的跳閘信通過更改控制芯片外配置的電阻Rell和Rel2實(shí)現(xiàn)MOSFET限流閾值的硬件可更改。MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊包括放大器0P2，所述使能信號(hào)ENA作為放大器0P2的使能信號(hào)，用于控制MOSFET的正常開關(guān)過程；跳閘信號(hào)TRP與MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊中的三極管Q20相連；當(dāng)跳閘信號(hào)TRP為高電平時(shí)，三極管Q20導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)MOSFET的關(guān)斷。所述電源模塊產(chǎn)生高電壓和低電壓；高電壓供給上電復(fù)位模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊；低電壓供給邏輯控制模塊、MOSFET保護(hù)模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、上電復(fù)位模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊、I2T過流保護(hù)模塊和短路判斷模塊。上電復(fù)位模塊包括高壓控制模塊和低壓控制模塊；電源模塊上電時(shí)，在低電壓大于第一電壓后，低壓控制模塊使得與低電壓相連的各模塊正常工作；在低電壓大于第一電壓后，并且高電壓大于第二電壓高壓后，上電復(fù)位模塊使得MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊輸出正常的功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電壓；電源模塊掉電時(shí)，當(dāng)?shù)碗妷盒∮诘谌妷簳r(shí)，上電復(fù)位模塊產(chǎn)生低電平的復(fù)位信號(hào)RESET，用于鎖存跳閘信號(hào)TRP和負(fù)載狀態(tài)信號(hào)ISTATUS信號(hào)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的固態(tài)功率控制器通過內(nèi)部全定制模擬集成電路芯片，實(shí)現(xiàn)了器件的小型化，低功耗，高可靠，并提高了控制器的環(huán)境適應(yīng)性?？刂菩酒撵o態(tài)功耗僅不到2mW， 芯片的總面積也僅為1. IcmXl. Icm0由此可見，基于ASIC技術(shù)的固態(tài)功率控制器在體積和功耗方面較分離元件搭建的電路有明顯優(yōu)勢。且從可靠性方面考慮，單一芯片從信號(hào)內(nèi)部傳遞和工藝制作一致性方面，都是分離元件搭建的系統(tǒng)所不能比擬的。(2)與以往的控制芯片相比，本發(fā)明在控制芯片內(nèi)部產(chǎn)生TRP信號(hào)后，直接短路 MOSFET柵源兩端，從而達(dá)到迅速關(guān)閉(在IOOus內(nèi)關(guān)斷)M0SFET的效果。(3)相對于US6125024A，本發(fā)明增加了短路判斷模塊，通過內(nèi)置短路電壓比較器， 為母線電流在10倍過流內(nèi)提供短路保護(hù)，使本發(fā)明的固態(tài)功率控制器更可靠。(4)較發(fā)明專利US6125024A，本發(fā)明通過增加可編程端口輸入驅(qū)動(dòng)邏輯電平使能信號(hào)C0MEN，使得控制芯片可在不同條件下接收高電平或低電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。避免了接收單一驅(qū)動(dòng)電平的控制芯片還需在外部增加電平轉(zhuǎn)換芯片，減小了由外部電平轉(zhuǎn)換芯片帶來的系統(tǒng)功耗，提高了實(shí)用性。


圖1基于全定制集成電路芯片(ASIC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的直流固態(tài)功率控制器原理框圖；圖2本發(fā)明的固態(tài)功率控制器芯片及其芯片外器件電路框圖；圖3為MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊的原理框圖；圖4為MOSFET保護(hù)模塊的原理框圖；圖5為I2T過流保護(hù)模塊的原理框圖；圖6為I2T過流保護(hù)曲線；圖7為短路判斷模塊的原理框圖；圖8為邏輯控制和輸出驅(qū)動(dòng)模塊的原理框圖；圖9為負(fù)載狀態(tài)模塊的原理框圖；圖10為上電復(fù)位模塊原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例介紹固態(tài)功率控制器的硬件可編程功能。如圖1所示，本發(fā)明的直流固態(tài)功率控制器包括基于全定制集成電路芯片(ASIC) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的控制芯片(SSPC ASIC)、電源模塊、開關(guān)狀態(tài)檢測模塊、光耦隔離模塊、功率 M0SFET、電流探測電阻&、及其它芯片外器件。外部供電電壓為28V直流電壓，經(jīng)電源模塊隔離處理為12V和5V的電源供控制芯片使用?？刂菩酒鳛楣虘B(tài)功率控制器的核心元件， 負(fù)責(zé)接收上層系統(tǒng)的控制信號(hào)，反饋母線電流狀態(tài)、負(fù)載狀態(tài)和MOSFET開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)電阻 Rs兩端電壓值超過閾值電壓(或者說母線電流的電流倍數(shù)超過一定閾值后)，控制芯片產(chǎn)生跳閘信號(hào)，關(guān)斷M0SFET，并反饋負(fù)載狀態(tài)。反饋信號(hào)經(jīng)光耦隔離可傳遞至上層控制系統(tǒng)。 上層控制系統(tǒng)發(fā)送的控制信號(hào)也將經(jīng)光耦隔離傳送至控制芯片中。MOSFET管的開關(guān)狀態(tài)可經(jīng)開光狀態(tài)檢測模塊反饋輸入到上層控制系統(tǒng)?？刂菩酒煞譃檫壿嬁刂颇K、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、MOSFET保護(hù)模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊、上電復(fù)位模塊、帶隙基準(zhǔn)模塊、短路判斷模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊和I2T過流保護(hù)模塊。如圖2所示，低壓電源+5V(作為后續(xù)電路中的VCC，與圖2中的P5端相連)供給芯片的邏輯控制模塊、MOSFET保護(hù)模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、上電復(fù)位模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊、I2T過流保護(hù)模塊和短路判斷模塊。高壓電源+12V(作為后續(xù)電路中的VDD，與圖2中的P5端相連)供給MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊。固態(tài)功率控制器的保護(hù)功能由I2T過流保護(hù)模塊、短路判斷模塊、控制邏輯模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊、 和MOSFET保護(hù)模塊共同完成?？刂菩酒瑢?shí)時(shí)監(jiān)測流過電阻&的母線電流。當(dāng)母線電流過流倍數(shù)超過I2T保護(hù)下限閾值后，芯片中的I2T過流保護(hù)模塊首先工作，按照反時(shí)限算法產(chǎn)生過流跳閘信號(hào)I2T_TRIP。當(dāng)過流倍數(shù)超過短路保護(hù)閾值后，短路判斷模塊同I2T過流保護(hù)模塊一同工作，產(chǎn)生短路跳閘信號(hào)SC_TRIP。當(dāng)過流倍數(shù)超過MOSFET保護(hù)閾值時(shí)，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生MOSFET保護(hù)使能信號(hào)MP_ENA ；當(dāng)過流倍數(shù)超過限流閾值后，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊限制電流增長，防止因過流倍數(shù)太大燒毀功率MOSFET ；MOSFET保護(hù)模塊根據(jù)邏輯控制模塊輸出的控制信號(hào)MP產(chǎn)生跳閘信號(hào)MP_TRIP ；邏輯控制模塊接收通過上位機(jī)傳輸?shù)腃OM，并根據(jù)COMEN信號(hào)的電平，結(jié)合I2T過流保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)I2T_TRIP、M0SFET 保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)MP_TRIP、短路判斷模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)SC_TRIP、M0SFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生的MP_ENA信號(hào)，輸出控制MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊的ENA信號(hào)、MOSFET保護(hù)模塊的控制信號(hào)MP、和跳閘信號(hào)TRP。上述使能信號(hào)ENA送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，用于控制MOSFET的正常開關(guān)過程；上述跳閘信號(hào)TRP送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，在母線電流過流倍數(shù)超過一定閾值后，用于關(guān)閉MOSFET ；從而達(dá)到固態(tài)功率控制器智能配電功能。輸出驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)負(fù)載狀態(tài)模塊產(chǎn)生的ISTATUS信號(hào)、邏輯控制模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)TRP、上電復(fù)位模塊輸出的復(fù)位信號(hào)RESET，輸出負(fù)載狀態(tài)信號(hào)STATUS和跳閘信號(hào)TRIP。芯片內(nèi)部產(chǎn)生的TRIP和STATUS信號(hào)能夠滿足驅(qū)動(dòng)芯片外部的光耦隔離模塊的需要，即能輸出4mA 的電流。本發(fā)明中的母線電流過流倍數(shù)均為與母線額定電流值相比的倍數(shù)。芯片檢測母線電流額定值是預(yù)設(shè)參數(shù)。此參數(shù)可由芯片反饋端口 P16輸入的最小電壓值和探測電阻Rs 決定的。下面舉例說明本發(fā)明的固態(tài)功率控制器的保護(hù)功能在母線電流超過母線額定電流1. 14倍至5倍的情況下芯片I2T保護(hù)模塊啟動(dòng)，根據(jù)預(yù)設(shè)的反時(shí)限曲線，結(jié)合母線具體過流倍數(shù)在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生正確的跳閘信號(hào)I2T_ TRIP。在母線電流超過母線額定電流5倍至9倍的情況下芯片I2T保護(hù)模塊仍在工作， 工作流程如1過程。在此階段，芯片中的短路判斷模塊啟動(dòng)。I2T保護(hù)模塊和短路判斷模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)都可以使芯片跳閘。當(dāng)母線電流超過閾值電流6倍后，芯片的MOSFET保護(hù)模塊也將使能，產(chǎn)生MP_TRIP跳閘信號(hào)。由此可見，在第二階段，芯片的保護(hù)功能將由3個(gè)模塊功能冗余完成。相對于US6125024A，本發(fā)明增加了短路判斷模塊，通過內(nèi)置短路電壓比較器，更可靠的為母線電流在10倍過流內(nèi)提供短路保護(hù)。而在US6125024A專利，類似功能只能在母線電流過流21倍才起作用。而在真實(shí)的配電系統(tǒng)中，即使出現(xiàn)了由于供電電壓不穩(wěn)定的情況導(dǎo)致的母線電流尖峰，也極少的情況會(huì)遇到母線電流過流21倍的情況。在母線電流過流倍數(shù)超過母線額定電流9倍的情況下，上述2過程的3個(gè)保護(hù)模塊仍然正常工作，芯片通過MOSFET驅(qū)動(dòng)與限流模塊可提供限流保護(hù)，此功能在SSPC通用規(guī)范中，定為SSPC器件保護(hù)功能。通過降低MOSFET柵源電壓，增大MOSFET內(nèi)阻，可將出現(xiàn)異常情況的母線電流限制在過流10倍的電流值。為芯片保護(hù)模塊產(chǎn)生TRIP信號(hào)，控制MOSFET 關(guān)斷母線中負(fù)載與電壓的通路爭取時(shí)間。此功能可以解決現(xiàn)有功率控制器對快速升高的母線電流不能提供有效保護(hù)的問題。
上述母線電流過流倍數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。下面具體介紹控制芯片中各模塊的工作原理。1、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊圖3所示為MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊的電路原理框圖，具體組成為電阻Rs的一端接芯片管腳P16，再連接電阻R9。經(jīng)過電阻R9后分別連接于比較器CMP3的正輸入端、放大器0P2的正輸入端和電容Cotp的一端。功率MOSFET的柵極經(jīng)電阻Rsrose連接至電阻I SU)PE的一端，電的另一端與電容Cs_串聯(lián)；經(jīng)芯片管腳P17連接至電流源I 7和電流源19 的一端。電源VCC分別連接Rai和Ra2。Rai連接三極管Q18的發(fā)射極。三極管Q18的基極連接于其集電極和三極管Q19的發(fā)射極。三極管Q18的基極連接于三極管Q17的基極。三極管Q17的發(fā)射極通過管腳P19連接Ra2，集電極連接Q19的基極和電流源110。電流源IlO 另一端連接芯片地。三極管Q19的集電極連接于放大器0P2的負(fù)相輸入端和電阻R11的一端。電阻R11的另一端連接于比較器CMP 3的負(fù)相輸入端和電阻Iiltl的一端。跳閘信號(hào)TRP 連接至三極管Q20的基極。三極管Q20的集電極連接至P17管腳，其發(fā)射極連接至芯片地。正常關(guān)斷過程當(dāng)放大器0P2的使能信號(hào)ENA是低電平時(shí)，放大器0P2的輸出端被I 8電流源拉高，從而完全開啟19。由17和19兩個(gè)電流源產(chǎn)生的凈電流通過RmqsJP &■對功率MOSFET 柵源電容和電容Csote放電。開啟過程當(dāng)放大器0P2的使能信號(hào)ENA為高電平，并且放大器的正向輸入端小于反向輸入端時(shí)，放大器0P2輸出低電平，從而關(guān)斷19。17通過Rsrose和I^sujpe對功率MOS管柵極和電容 Csote充電，當(dāng)柵極電壓大于MOSFET開啟電壓時(shí)，MOSFET開啟。限流保護(hù)過程如果流過電阻Rs的電流過流倍數(shù)超過限流閾值，放大器0P2正向輸入端的電壓值大于反向輸入端的電壓值VTH2時(shí)，放大器0P2將輸出正電壓。而放大器0P2的輸出端電壓值決定了 19輸出的電流值。如0P2輸出為OV時(shí)，19 = (^;0 2輸出為2.5￥時(shí)，19 = ImA ； 當(dāng)0P2輸出為5V時(shí)，19 = 2mA。當(dāng)放大器0P2輸出正向電壓時(shí)，19將部分開啟，從而使得驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生灌入電流，導(dǎo)致MOSFET柵極電壓下降，從而實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)功能。上述工作完全可依靠電阻Rs電壓與MOSFET柵源電壓值的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)。即降低MOSFET柵源電壓，會(huì)提高M(jìn)OSFET內(nèi)阻，從而降低母線電流，使得電阻Rs電壓值降低，直至電阻Rs兩端電壓值等于 VTH2。限流保護(hù)電壓VTH2的計(jì)算方法如下
權(quán)利要求
1.一種直流固態(tài)功率控制器，包括控制芯片，功率M0SFET、電源模塊、開關(guān)狀態(tài)檢測模塊、光耦隔離模塊、電阻&及其它芯片外器件；控制芯片包括邏輯控制模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、 帶隙基準(zhǔn)模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、上電復(fù)位模塊、I2T過流保護(hù)模塊、MOSFET保護(hù)模塊、MOSFET 驅(qū)動(dòng)和限流模塊；功率MOSFET和電阻&串聯(lián)于母線上；其特征在于，控制芯片還包括短路判斷模塊；控制芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測流過電阻&的母線電流，當(dāng)母線電流過流倍數(shù)超過I2T過流保護(hù)下限閾值后，I2T過流保護(hù)模塊按照反時(shí)限算法產(chǎn)生過流跳閘信號(hào)I2T_TRIP ；當(dāng)過流倍數(shù)超過短路保護(hù)閾值后，短路判斷模塊產(chǎn)生短路跳閘信號(hào)SC_TRIP ；當(dāng)過流倍數(shù)超過MOSFET 保護(hù)閾值時(shí)，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生MOSFET保護(hù)使能信號(hào)MP_ENA ；當(dāng)過流倍數(shù)超過限流閾值后，MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊限制電流增長。MOSFET保護(hù)模塊在控制信號(hào)MP的控制下產(chǎn)生跳閘信號(hào)MP_TRIP ；邏輯控制模塊根據(jù)上位機(jī)傳輸?shù)目刂菩盘?hào)COM，和通過外部可編程端口輸入的驅(qū)動(dòng)邏輯電平使能信號(hào)C0MEN，結(jié)合I2T過流保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)I2T_TRIP、M0SFET保護(hù)模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)MP_TRIP、短路判斷模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)SC_TRIP、M0SFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊產(chǎn)生的MP_ENA信號(hào)，輸出控制MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊的使能信號(hào)ENA、M0SFET保護(hù)模塊的控制信號(hào)MP、和跳閘信號(hào)TRP ；上述使能信號(hào)ENA送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，用于控制MOSFET的正常開關(guān)過程；上述跳閘信號(hào)TRP送入MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊，在母線電流過流倍數(shù)超過一定閾值后，用于關(guān)閉 MOSFET ；輸出驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)負(fù)載狀態(tài)模塊產(chǎn)生的負(fù)載狀態(tài)信號(hào)ISTATUS、邏輯控制模塊產(chǎn)生的跳閘信號(hào)TRP、上電復(fù)位模塊輸出的復(fù)位信號(hào)RESET，輸出負(fù)載狀態(tài)信號(hào)STATUS和跳閘信號(hào) TRIP。
2.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于I2T過流保護(hù)模塊將母線電流平方后輸入RC充電網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)反時(shí)限算法；通過更改控制芯片外配置的電阻I T2、RT1或Riv 的阻值可實(shí)現(xiàn)I2T過流保護(hù)下限閾值倍數(shù)的硬件編程；通過更變電阻氏、電容Ci的值可實(shí)現(xiàn) I2T保護(hù)曲線形狀的硬件編程。
3.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于通過更改控制芯片外配置的電阻Ristat可實(shí)現(xiàn)負(fù)載狀態(tài)模塊判斷閾值的硬件可編程。
4.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于通過更改控制芯片外配置的可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)閾值的硬件可編程。
5.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于通過更改控制芯片外配置的電阻Rmp、電容Cmp實(shí)現(xiàn)對MOSFET保護(hù)模塊的跳閘信號(hào)MP_TRIP產(chǎn)生時(shí)間的更改。
6.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于通過更改控制芯片外配置的電阻Rell和R。12實(shí)現(xiàn)MOSFET限流閾值的硬件可更改。
7.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于=MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊包括放大器0P2，所述使能信號(hào)ENA作為放大器0P2的使能信號(hào)，用于控制MOSFET的正常開關(guān)過程；跳閘信號(hào)TRP與MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊中的三極管Q20相連；當(dāng)跳閘信號(hào)TRP為高電平時(shí)，三極管Q20導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)MOSFET的關(guān)斷。
8.如權(quán)利要求1所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于所述電源模塊產(chǎn)生高電壓和低電壓；高電壓供給上電復(fù)位模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊；低電壓供給邏輯控制模塊、MOSFET保護(hù)模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、帶隙基準(zhǔn)模塊、負(fù)載狀態(tài)模塊、上電復(fù)位模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊、I2T過流保護(hù)模塊和短路判斷模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的直流固態(tài)功率控制器，其特征在于上電復(fù)位模塊包括高壓控制模塊和低壓控制模塊；電源模塊上電時(shí)，在低電壓大于第一電壓后，低壓控制模塊使得與低電壓相連的各模塊正常工作；在低電壓大于第一電壓后，并且高電壓大于第二電壓高壓后，上電復(fù)位模塊使得MOSFET驅(qū)動(dòng)和限流模塊輸出正常的功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電壓；電源模塊掉電時(shí)，當(dāng)?shù)碗妷盒∮诘谌妷簳r(shí)，上電復(fù)位模塊產(chǎn)生低電平的復(fù)位信號(hào)RESET，用于鎖存跳閘信號(hào)TRP和負(fù)載狀態(tài)信號(hào)ISTATUS信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流固態(tài)功率控制器，可適用于不同功率等級的配電系統(tǒng)。該器件由基于全定制專用集成電路芯片為核心的信號(hào)處理單元、電源隔離單元、信號(hào)隔離單元、功率MOSFET和串聯(lián)于母線上的電阻組成。器件接收驅(qū)動(dòng)開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)于母線的MOSFET開通或關(guān)斷，并具有母線負(fù)載檢測、限流保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)和器件自保護(hù)功能，且可以通過改變硬件電路實(shí)現(xiàn)多個(gè)保護(hù)參數(shù)。本發(fā)明固態(tài)功率控制器所有功能均由內(nèi)部硬件電路實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)MOSFET信號(hào)和保護(hù)信號(hào)由全定制集成電路生成。故該器件抗干擾性強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間少，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，具有高可靠、低功耗和輕小型等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H7/22GK102570412SQ20111046083
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者唐侃, 朱靈允, 楊帆, 趙英凱 申請人:中國航天時(shí)代電子公司, 航天時(shí)代電子技術(shù)股份有限公司