專利名稱：應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路及其控制方法
應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路及其控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力電子與電工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓固態(tài)功率控制器泄漏鉗位技術(shù)，可在固態(tài)功率控制器處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)保證負(fù)載電壓鉗位在安全電壓以下。
背景技術(shù)：
固態(tài)功率控制器(Solid State Power Controller,簡(jiǎn)稱SSPC)是由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的智能開關(guān)裝置，用于接通斷開電路，實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)和接收前級(jí)計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)并報(bào)告其狀態(tài)信息。
在高壓配電系統(tǒng)中，當(dāng)固態(tài)功率控制器處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，由于功率管存在漏電流， 其負(fù)載電壓可能大于人身安全電壓，將威脅到工作人員的安全，所以需一泄漏鉗位電路在 SSPC關(guān)斷時(shí)將負(fù)載電壓鉗位在安全電壓以下。泄漏鉗位電路主要有以下兩個(gè)作用
I) SSPC關(guān)斷狀態(tài)下，功率管不可避免存在漏電流；當(dāng)負(fù)載呈現(xiàn)一定的容性時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間關(guān)斷狀態(tài)下，漏電流將會(huì)在負(fù)載上累積一定的電壓；當(dāng)該電壓大于安全電壓時(shí)，會(huì)對(duì)人身安全產(chǎn)生危害。因此當(dāng)SSPC關(guān)斷時(shí)，不希望出現(xiàn)該電壓；漏電流保護(hù)電路提供漏電流的通路，使功率輸出端的電壓維持在安全電壓以下。
2)當(dāng)關(guān)斷容性負(fù)載時(shí)，容性負(fù)載中存儲(chǔ)的能量通過漏電流保護(hù)電路在一定時(shí)間內(nèi)釋放，并最終降低到安全電壓以下。
在專利ZL 200510038027. 0中，提出在負(fù)載兩端并聯(lián)一功率管作為輔助功率管， 采用“緩開通，慢關(guān)斷”控制方式控制的泄漏鉗位電路。該方式解決了 SSPC關(guān)斷時(shí)容性負(fù)載能量泄放問題，且可將負(fù)載電壓鉗位在安全電壓以下，但該種方式有如下缺點(diǎn)
I)在負(fù)載電容的容值較大的情況下關(guān)斷SSPC后，輔助功率管導(dǎo)通，相當(dāng)于將負(fù)載短路，放電電流很大；為了保證可靠工作，通常輔助功率管的功率定額與主功率管的定額相近,體積重量和成本都較高；
2)由于輔助功率管開通時(shí)為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，在主開關(guān)功率管關(guān)斷失效而常通時(shí)， 可能形成主功率管和輔助功率管“直通”問題，而將電源短路；
3)輔助功率管控制電路較為復(fù)雜為了避免主功率管和輔助功率管“直通”的問題，需要檢測(cè)主功率管和輔助功率管的狀態(tài)，設(shè)置“死區(qū)時(shí)間”；一旦檢測(cè)電路出現(xiàn)故障，則會(huì)發(fā)生“直通”短路的危險(xiǎn)。
針對(duì)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)上述方案進(jìn)行改進(jìn)，提出一種采用恒流模式的泄漏鉗位電路，本案由此產(chǎn)生。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路及其控制方法，其采用恒流模式進(jìn)行容性負(fù)載能量泄放以及給漏電流提供流通旁路，并且在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)將負(fù)載電壓鉗位在I. 5V以下，提高安全性能。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，包括一恒流源和一開關(guān)，其中，恒流源由輔助功率管構(gòu)成，恒流源和開關(guān)順序串聯(lián)后，再并接在負(fù)載兩端，通過開關(guān)控制恒流源的工作狀態(tài)，在固態(tài)功率控制器開通時(shí)，恒流源不工作，在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)，恒流源工作在恒流模式。
上述恒流源由第一 MOSFET和第一電阻構(gòu)成，而開關(guān)采用第二 M0SFET，第一 MOSFET 的漏極連接功率輸出端，其源極連接第一電阻的一端，第一電阻的另一端連接第一 MOSFET 的柵極；所述第一 MOSFET的柵極還連接第二 MOSFET的漏極，而第二 MOSFET的源極連接功率地，其柵極連接輔助功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
上述泄漏鉗位電路包括第三M0SFET、第二電阻、三極管和開關(guān)，所述第三MOSFET 的漏極與三極管的集電極連接，并共同連接功率輸出端，第三MOSFET的源極連接第二電阻的一端，而第二電阻的另一端連接第三MOSFET的柵極，所述第三MOSFET的柵極還經(jīng)由開關(guān)接功率地，該第三MOSFET的柵極還連接三極管的基極，而三極管的發(fā)射極連接功率地。
一種基于前述泄漏鉗位電路的控制方法，內(nèi)容是當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送開通命令時(shí)，控制開關(guān)關(guān)斷，此時(shí)恒流源不工作；當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送關(guān)斷命令時(shí)，控制開關(guān)開通，并比較負(fù)載電壓與設(shè)定值的大小，若負(fù)載電壓大于設(shè)定值，恒流源以恒流模式工作，若負(fù)載電壓小于設(shè)定值，恒流源工作在線性狀態(tài)。
采用上述方案后，本發(fā)明具有以下有益效果
I)克服了在負(fù)載兩端直接并聯(lián)輔助功率MOSFET方法可能帶來的上下管直通的問題，提聞了可罪性；
2)具有恒流能量泄放和漏電流箝位保護(hù)的雙重功能；
3)恒流源電路簡(jiǎn)單可靠，器件少，體積重量減輕。


圖I是本發(fā)明的整體原理框圖2是本發(fā)明的工作時(shí)序圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的電路圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖I所示，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，其所應(yīng)用的主功率電路包括主功率管、電流檢測(cè)電阻和負(fù)載,所述主功率管的一端連接功率輸入端， 另一端依次經(jīng)由電流檢測(cè)電阻、負(fù)載接至功率地，其中的電流檢測(cè)電阻用以檢測(cè)電流，功率輸出端連接在電流檢測(cè)電阻與負(fù)載之間。
所述的泄漏鉗位電路包括一恒流源和一開關(guān)，其中，恒流源由輔助功率管構(gòu)成，恒流源和開關(guān)順序串聯(lián)后，再并接在負(fù)載兩端，具體是恒流源的一端連接負(fù)載的一端，另一端經(jīng)由開關(guān)接功率地，通過開關(guān)控制恒流源的工作狀態(tài)，在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)，采用恒流模式對(duì)容性負(fù)載能量進(jìn)行泄放以及給漏電流提供流通旁路，并將負(fù)載電壓鉗位在I. 5V以下。
本發(fā)明還提供一種基于前述泄漏鉗位電路的控制方法，內(nèi)容是當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送開通命令時(shí)，控制開關(guān)S關(guān)斷，此時(shí)恒流源不工作；當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送關(guān)斷命令時(shí)，控制開關(guān)S開通，并比較負(fù)載電壓與設(shè)定值的大小，若負(fù)載電壓大于設(shè)定值，恒流源以恒流模式工作，若負(fù)載電壓小于設(shè)定值，恒流源工作在線性狀態(tài)。通過前述控制方法，當(dāng)SSPC關(guān)斷時(shí)，由于恒流源并聯(lián)在負(fù)載兩端，所以提供了固態(tài)器件漏電流的流通路徑，相當(dāng)于將負(fù)載“旁路”，起到漏電流保護(hù)的作用。
圖2給出了本發(fā)明提供的泄漏鉗位電路的工作時(shí)序波形圖。Tl時(shí)刻，CMD跳變?yōu)楦唠娖?，主功率管開通，負(fù)載電壓線性上升，輔助功率管驅(qū)動(dòng)跳變?yōu)榈碗娖?，輔助功率管關(guān)斷， 此時(shí)流過輔助功率管的電流為0 ;T2時(shí)刻，負(fù)載電壓上升到功率輸入電壓值，SSPC完全開通；T3時(shí)刻，CMD跳變?yōu)榈碗娖?，主功率管關(guān)斷，負(fù)載電壓開始下降，輔助功率管驅(qū)動(dòng)跳變?yōu)楦唠娖?，輔助功率管開通，開始時(shí)負(fù)載電壓大于設(shè)定值，輔助功率管工作在恒流模式，流過輔助功率管的電流為一恒定值；T4時(shí)刻,負(fù)載電壓下降到設(shè)定值,此時(shí)輔助功率管可等效為一電阻，工作在線性區(qū)；T5時(shí)刻，負(fù)載電壓降到I. 5V以下，此時(shí)流過輔助功率管的電流等于由主功率管產(chǎn)生的不可控的漏電流值；T6時(shí)刻，CMD跳變?yōu)楦唠娖?，主功率管開通，負(fù)載電壓線性上升，輔助功率管驅(qū)動(dòng)跳變?yōu)榈碗娖?，輔助功率管關(guān)斷，此時(shí)流過輔助功率管的電流為0 ;T7時(shí)刻，負(fù)載電壓上升到功率輸入電壓值，SSPC完全開通；T8時(shí)刻，負(fù)載發(fā)生故障， 控制主開關(guān)功率管關(guān)斷，輔助功率管驅(qū)動(dòng)變?yōu)楦唠娖?，控制輔助功率管導(dǎo)通，此時(shí)流過輔助功率管的電流等于由主功率管產(chǎn)生的不可控的漏電流值。
如圖3所示，是本發(fā)明提供的第一種具體電路圖，所述的開關(guān)由MOSFET M2充當(dāng)， 而耗盡型MOSFET Ml與電阻Rl構(gòu)成幾十毫安的恒流源，具體是將Ml的漏極連接功率輸出端，而Ml的源極連接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端連接Ml的柵極；M1的柵極還連接M2 的漏極，而M2的源極連接功率地，其柵極連接輔助功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
當(dāng)上位機(jī)發(fā)給主功率管開通命令時(shí)，M2關(guān)斷，由Ml和Rl構(gòu)成的恒流源不工作；當(dāng)上位機(jī)發(fā)給主功率管關(guān)斷命令時(shí),M2開通，若負(fù)載電壓高于設(shè)定值，則Ml和Rl構(gòu)成的恒流源可以產(chǎn)生幾十毫安的電流供負(fù)載放電，并且保證輔助功率管的“泄放能力”大于主功率管的漏電流，最終電壓被鉗位在Ilesk * (RdsJUR1),其中，Ilesk為主功率管的漏電流，Rdsi為 Ml的導(dǎo)通電阻，Rds2為M2的導(dǎo)通電阻。
圖4所示是本發(fā)明的第二種實(shí)施電路，耗盡型MOSFET M3、電阻R2和三極管Tl構(gòu)成幾十毫安的恒流源，其中M3與R2則構(gòu)成一個(gè)I毫安左右的恒流源，所述M3的漏極與Tl 的集電極連接，并共同連接功率輸出端，M3的源極連接R2的一端，而R2的另一端連接M3的柵極，所述M3的柵極還經(jīng)由開關(guān)SI接功率地，該M3的柵極還連接Tl的基極，而Tl的發(fā)射極連接功率地。
當(dāng)上位機(jī)發(fā)給主功率管開通命令時(shí)，開關(guān)SI開通，M3和R2構(gòu)成的恒流源產(chǎn)生ImA 電流通過開關(guān)SI流進(jìn)功率地，三極管Tl的基極電壓為零，保持截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)上位機(jī)發(fā)給功率管關(guān)斷命令時(shí)，開關(guān)SI關(guān)斷，若負(fù)載電壓高于設(shè)定值，則M3和R2構(gòu)成的恒流源仍可以產(chǎn)生ImA左右的電流流進(jìn)Tl的基極；記11的集電極電流為Ic，基極電流為Ib，則此時(shí)Ib = 1mA, Ic= ^ IB, ^是三極管Tl的放大倍數(shù)，此時(shí)漏電流保護(hù)電路的電流I = IC+IB = (￠+1) Ib，從而保證輔助功率管的“泄放能力”大于主功率管的漏電流(典型值一般在ImA以下)， 因此最終的負(fù)載電壓被箝位在Tl的導(dǎo)通壓降以下。5
綜上所述，本發(fā)明一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路及其控制方法，采用恒流模式進(jìn)行能量泄漏，電路簡(jiǎn)單可靠，功率較小，器件體積重量輕，不會(huì)出現(xiàn)主功率管與輔助功率管直通問題，控制方法簡(jiǎn)單，安全性、可靠性高。
需要指出的是，盡管本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)、原理、方法通過上述實(shí)施例予以具體闡述，在不脫離本發(fā)明要旨的前提下，根據(jù)以上所述的啟發(fā)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可實(shí)施的變換/替代形式或組合均落入本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，其特征在于包括一恒流源和一開關(guān)，其中，恒流源由輔助功率管構(gòu)成，恒流源和開關(guān)順序串聯(lián)后，再并接在負(fù)載兩端，通過開關(guān)控制恒流源的工作狀態(tài)，在固態(tài)功率控制器開通時(shí)，恒流源不工作，在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)，恒流源工作在恒流模式。
2.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，其特征在于所述恒流源由第一 MOSFET和第一電阻構(gòu)成，而開關(guān)采用第二 M0SFET，第一MOSFET的漏極連接功率輸出端，其源極連接第一電阻的一端，第一電阻的另一端連接第一 MOSFET的柵極；所述第一 MOSFET的柵極還連接第二 MOSFET的漏極，而第二 MOSFET的源極連接功率地，其柵極連接輔助功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，其特征在于所述泄漏鉗位電路包括第三M0SFET、第二電阻、三極管和開關(guān)，所述第三MOSFET的漏極與三極管的集電極連接，并共同連接功率輸出端，第三MOSFET的源極連接第二電阻的一端，而第二電阻的另一端連接第三MOSFET的柵極，所述第三MOSFET的柵極還經(jīng)由開關(guān)接功率地，該第三MOSFET的柵極還連接三極管的基極，而三極管的發(fā)射極連接功率地。
4.一種基于如權(quán)利要求I所述的應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路的控制方法， 其特征在于內(nèi)容是當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送開通命令時(shí)，控制恒流源不工作；當(dāng)上位機(jī)給固態(tài)功率控制器發(fā)送關(guān)斷命令時(shí)，控制恒流源工作，并比較負(fù)載電壓與設(shè)定值的大小，若負(fù)載電壓大于設(shè)定值，恒流源以恒流模式工作，若負(fù)載電壓小于設(shè)定值，恒流源工作在線性狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路，包括一恒流源和一開關(guān)，其中，恒流源由輔助功率管構(gòu)成，恒流源和開關(guān)順序串聯(lián)后，再并接在負(fù)載兩端，通過開關(guān)控制恒流源的工作狀態(tài)，在固態(tài)功率控制器開通時(shí)，恒流源不工作，在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)，恒流源工作在恒流模式。此電路采用恒流模式進(jìn)行容性負(fù)載能量泄放以及給漏電流提供流通旁路，并且在固態(tài)功率控制器關(guān)斷時(shí)將負(fù)載電壓鉗位在1.5V以下，提高安全性能。本發(fā)明還公開一種應(yīng)用于固態(tài)功率控制器的泄漏鉗位電路的控制方法。
文檔編號(hào)H03K17/08GK102545852SQ20121001371
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者王莉, 金鑫, 阮立剛 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)