一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，包括功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；功率驅(qū)動單元包括控制信號總線接口S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號調(diào)理電阻R5、控制信號限流電阻R6、場效應管V3、濾波器T1以及防機上電源浪涌W1；電流采樣單元包括采樣電阻R12、隔離輸出二極管V1、電流信號轉換電壓信號芯片N2、過流檢測芯片N3、比較器反饋電阻R1以及比較器輸出上拉電阻R2；功率輸出回繞測試單元包括輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態(tài)比較器N4、輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9、輸出狀態(tài)基準分壓電阻R10以及回繞采集數(shù)據(jù)總線接口S2。
【專利說明】一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機載供電系統(tǒng)領域，涉及一種功率驅(qū)動電路，尤其涉及一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路。
【背景技術】
[0002]機載供電系統(tǒng)中存在大量的功率繼電器和接觸器，機載計算機驅(qū)動這些繼電器和接觸器需要功率控制裝置和過流保護裝置，傳統(tǒng)驅(qū)動和保護電路設計，使用機載斷路器或小型繼電器加熔斷絲實現(xiàn)，基本可以滿足驅(qū)動和保護功能，但是這種實現(xiàn)方式的保護動作時間一般大于1ms，如果電路中的瞬態(tài)電流過大，將損壞機載計算機本身和后級控制電路。
[0003]近些年，隨著固態(tài)功率控制器的出現(xiàn)，通過反時限保護算法，實現(xiàn)了將過流保護動作時間最快10us，但是這種固態(tài)功率控制器需要由軟件實現(xiàn)反時限保護算法，硬件電路實現(xiàn)較復雜，降低了產(chǎn)品的可靠性。
[0004]因此急需一種無需軟件參與并且由硬件實現(xiàn)功率驅(qū)動和過流保護的機載供電系統(tǒng)功率驅(qū)動電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術】中所存在的技術缺陷，本發(fā)明提供一種無需軟件參與、完全由硬件實現(xiàn)的具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0007]本發(fā)明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，其特殊之處在于:包括功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；
[0008]所述功率驅(qū)動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號調(diào)理電阻R5、控制信號限流電阻R6、場效應管V3、濾波器Tl以及防機上電源浪涌Wl ；
[0009]所述控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；所述控制信號調(diào)理電阻R5的一端與控制信號調(diào)理電阻R4和控制信號限流電阻R6的連接點相連，另一端與電源VDC連接；
[0010]所述控制信號限流電阻R6的另一端與場效應管V3的柵極連接；
[0011]所述防機上電源浪涌W1、濾波器Tl、場效應管V3的源極依次連接；
[0012]所述電流采樣單元包括采樣電阻R12、隔離輸出二極管V1、電流信號轉換電壓信號芯片N2、過流檢測芯片N3、比較器反饋電阻Rl以及比較器輸出上拉電阻R2 ；
[0013]所述電流信號轉換電壓信號芯片N2與采樣電阻R12并聯(lián)；所述隔離輸出二極管Vl與電流信號轉換電壓信號芯片N2、采樣電阻R12串聯(lián)；
[0014]所述場效應管V3的漏極、采樣電阻R12、隔離輸出二極管Vl的正極依次連接，所述隔離輸出二極管Vl的負極作為功率驅(qū)動電路的輸出端；采樣電阻R12的兩端分別與電流信號轉換電壓信號芯片N2的兩個輸入端連接；所述電流信號轉換電壓信號芯片N2輸出端與過流檢測芯片N3的正極端連接；所述比較器反饋電阻Rl的一端與過流檢測芯片N3的負極端連接；所述比較器反饋電阻Rl的另一端和比較器輸出上拉電阻R2的一端分別與過流檢測芯片N3的輸出端連接；所述比較器輸出上拉電阻R2的另一端接電源VCC ；
[0015]所述功率輸出回繞測試單元包括輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態(tài)比較器N4、輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9、輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO以及回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2 ；
[0016]所述隔離輸出二極管Vl的正極依次經(jīng)過輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8后接地；
[0017]所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9與輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO串聯(lián)；
[0018]所述比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態(tài)比較器N4的正極端與輸出調(diào)理電阻R7和輸出調(diào)理電阻R8的連接點連接；
[0019]所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態(tài)比較器N4的負極端相連；
[0020]所述比較器反饋電阻Rll的另一端和輸出狀態(tài)比較器N4的輸出端分別與回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2連接；所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO另一端與外部電源連接；
[0021]上述功率驅(qū)動單元還包括設置在場效應管V3的漏極和源極之間的防干擾電容Cl ；
[0022]上述濾波器Tl為尖峰濾波器。
[0023]上述功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻或網(wǎng)絡電阻。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0025]本發(fā)明通用性強，適用范圍廣，使用方便，可廣泛應用于機載供電管理系統(tǒng)的供配電控制中，降低維修成本和維修周期，可以極大提高航空設備的可靠性，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的結構示意圖；
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，包括功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；功率驅(qū)動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號調(diào)理電阻R5、控制信號限流電阻R6、場效應管V3、濾波器Tl以及防機上電源浪涌Wl ；
[0028]控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；控制信號調(diào)理電阻R5的一端與控制信號調(diào)理電阻R4和控制信號限流電阻R6的連接點相連，另一端與28V電源VDC (范圍為0-45V)連接；
[0029]控制信號限流電阻R6的另一端與場效應管V3的柵極連接；
[0030]防機上電源浪涌W1、濾波器Tl、場效應管V3的源極依次連接；
[0031]電流采樣單元包括采樣電阻R12、隔離輸出二極管V1、電流信號轉換電壓信號芯片N2、過流檢測芯片N3、比較器反饋電阻Rl以及比較器輸出上拉電阻R2 ；
[0032]電流信號轉換電壓信號芯片N2與采樣電阻R12并聯(lián)；所述隔離輸出二極管Vl與電流信號轉換電壓信號芯片N2、采樣電阻R12串聯(lián)；
[0033]場效應管V3的漏極、采樣電阻R12、隔離輸出二極管Vl的正極依次連接；隔離輸出二極管Vl的負極作為功率驅(qū)動電路的輸出端；采樣電阻R12的兩端分別與電流信號轉換電壓信號芯片N2的兩個輸入端連接；電流信號轉換電壓信號芯片N2輸出端與過流檢測芯片N3的正極端連接；比較器反饋電阻Rl的一端與過流檢測芯片N3的負極端連接；比較器反饋電阻Rl的另一端和比較器輸出上拉電阻R2的一端分別與過流檢測芯片N3的輸出端連接；比較器輸出上拉電阻R2的另一端接電源VCC ；
[0034]功率輸出回繞測試單元包括輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態(tài)比較器N4、輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9、輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO以及回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2 ；
[0035]隔離輸出二極管Vl的正極依次經(jīng)過輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8后接地；
[0036]輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9以及輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO串聯(lián)；
[0037]比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態(tài)比較器N4的正極端與輸出調(diào)理電阻R7和輸出調(diào)理電阻R8的連接點連接；
[0038]輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態(tài)比較器N4的負極端相連；
[0039]比較器反饋電阻Rll的另一端和輸出狀態(tài)比較器N4的輸出端分別與回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2連接；所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO另一端與外部電源連接，外部電源為正15V電源；
[0040]功率驅(qū)動單元還包括設置在場效應管V3的漏極和源極之間的防干擾電容Cl ;濾波器Tl為尖峰濾波器；
[0041]功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻或網(wǎng)絡電阻。
[0042]傳統(tǒng)的功率控制裝置普遍采用機械繼電器作為功率輸出信號控制元件，但是繼電器本身存在機械動作次數(shù)有限，響應速度較慢，平均壽命較低的缺點，因此在供電系統(tǒng)中使用繼電器進行控制信號輸出，對系統(tǒng)整體的可靠性與使用壽命具有一定的影響。
[0043]為適應未來飛機供電系統(tǒng)日趨復雜的使用環(huán)境，設計一種高可靠性，高安全性，高效率，低維護成本的供電系統(tǒng)輸出控制技術，已成為新一代機載供電管理設備的必要條件，對提高各種飛行剖面下機載設備用電的安全性具有非常重要現(xiàn)實意義與應用價值。
[0044]在機載電源供電領域，提出一種完全由硬件電路實現(xiàn)的實時功率驅(qū)動和過流保護處理方案，可實現(xiàn)機載供電系統(tǒng)大功率接觸器的驅(qū)動并可以有效地保護控制輸出接口安全和飛機負載安全。
[0045]a.當電路正常工作時，驅(qū)動電路中電流在正常范圍內(nèi)，過流保護電路不輸出過流信號，功率驅(qū)動電路由輸出控制端控制大功率高速開關實現(xiàn)對供電系統(tǒng)負載的控制；
[0046]b.當電路中電流超過過流點，過流保護電路產(chǎn)生過流信號，過流信號和驅(qū)動電路控制端經(jīng)過與門最終輸出控制關斷信號；
[0047]c.功率驅(qū)動單元中的電流信號由電流采樣單元轉換為一個電壓信號，通過對比采樣電壓和基準電壓判斷驅(qū)動電路是否過流；
[0048]d.采用精確的基準電壓源設置過流點，同時，根據(jù)實際需要調(diào)整基準電壓參數(shù)來滿足不同過流點設置要求；
[0049]e.可通過內(nèi)部回繞測試電路對該電路進行自檢測；
[0050]f.電路設計簡單，通用性強，可靠性高，符合機載電子設備要求。
[0051]1、功率驅(qū)動單元
[0052]功率驅(qū)動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號調(diào)理電阻R5、控制信號限流電阻R6、場效應管V3、控制信號防干擾電容Cl、防機上電源浪涌Wl以及濾波器Tl ；
[0053]參見圖1，功率驅(qū)動單元的設計是利用信號驅(qū)動達林頓陣列NI和場效應管V3的高速開關特性實現(xiàn)的，通過控制場效應管V3的通斷來控制輸出的，而場效應管V3包括柵極、源極以及漏極；飛機直流匯流條中的28VDC電源經(jīng)過濾波器Tl后做為功率驅(qū)動單元輸出源接入場效應管V3的源級，場效應管V3的柵極接入達林頓陣列NI的輸出；
[0054]例如:若當NI輸出“地”信號時，R 4和R 5分壓28 V得A點電壓為:
【權利要求】
1.一種具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，其特征在于:包括功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元； 所述功率驅(qū)動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號調(diào)理電阻R5、控制信號限流電阻R6、場效應管V3、濾波器Tl以及防機上電源浪涌Wl ； 所述控制信號總線接口 S1、信號驅(qū)動達林頓陣列N1、控制信號調(diào)理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；所述控制信號調(diào)理電阻R5的一端與控制信號調(diào)理電阻R4和控制信號限流電阻R6的連接點相連，另一端與電源VDC連接； 所述控制信號限流電阻R6的另一端與場效應管V3的柵極連接； 所述防機上電源浪涌W1、濾波器Tl、場效應管V3的源極依次連接； 所述電流采樣單元包括采樣電阻R12、隔離輸出二極管V1、電流信號轉換電壓信號芯片N2、過流檢測芯片N3、比較器反饋電阻Rl以及比較器輸出上拉電阻R2 ； 所述電流信號轉換電壓信號芯片N2與采樣電阻R12并聯(lián)；所述隔離輸出二極管Vl與電流信號轉換電壓信號芯片N2、采樣電阻R12串聯(lián)； 所述場效應管V3的漏極、采樣電阻R12、隔離輸出二極管Vl的正極依次連接，所述隔離輸出二極管Vl的負極作為功率驅(qū)動電路的輸出端；采樣電阻R12的兩端分別與電流信號轉換電壓信號芯片N2的兩個輸入端連接；所述電流信號轉換電壓信號芯片N2輸出端與過流檢測芯片N3的正極端連接；所述比較器反饋電阻Rl的一端與過流檢測芯片N3的負極端連接；所述比較器反饋電阻Rl的另一端和比較器輸出上拉電阻R2的一端分別與過流檢測芯片N3的輸出端連接；所述比較器輸出上拉電阻R2的另一端接電源VCC ； 所述功率輸出回繞測試單元包括輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8、比較器反饋電阻Rl 1、輸出狀態(tài)比較器N4、輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9、輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO以及回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2 ； 所述隔離輸出二極管Vl的正極依次經(jīng)過輸出調(diào)理電阻R7、輸出調(diào)理電阻R8后接地； 所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9以及輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO串聯(lián)； 所述比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態(tài)比較器N4的正極端與輸出調(diào)理電阻R7和輸出調(diào)理電阻R8的連接點連接； 所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態(tài)比較器N4的負極端相連； 所述比較器反饋電阻Rll的另一端和輸出狀態(tài)比較器N4的輸出端分別與回繞采集數(shù)據(jù)總線接口 S2連接；所述輸出狀態(tài)基準分壓電阻RlO另一端與外部電源連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，其特征在于:所述功率驅(qū)動單元還包括設置在場效應管V3的漏極和源極之間的防干擾電容Cl。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，其特征在于:所述濾波器Tl為尖峰濾波器。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅(qū)動電路，其特征在于:所述功率驅(qū)動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元的電阻是普通電阻、精密電阻、分離電阻或網(wǎng)絡電阻。
【文檔編號】H03K17/08GK103701444SQ201310698053
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】艾鐵柱, 劉衛(wèi)華, 張楨, 王凌偉, 馮非, 白曦, 王寅, 章鶴, 郭建奇 申請人:中國航空工業(yè)集團公司第六三一研究所