一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，包括功率驅動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；功率驅動單元包括控制信號總線接口S1、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號調理電阻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理電阻R7、輸出調理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態比較器N4、輸出狀態基準分壓電阻R9、輸出狀態基準分壓電阻R10以及回繞采集數據總線接口S2。
【專利說明】一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路
【技術領域】
[0001]本發明屬于機載供電系統領域，涉及一種功率驅動電路，尤其涉及一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路。
【背景技術】
[0002]機載供電系統中存在大量的功率繼電器和接觸器，機載計算機驅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，傳統驅動和保護電路設計，使用機載斷路器或小型繼電器加熔斷絲實現，基本可以滿足驅動和保護功能，但是這種實現方式的保護動作時間一般大于1ms，如果電路中的瞬態電流過大，將損壞機載計算機本身和后級控制電路。
[0003]近些年，隨著固態功率控制器的出現，通過反時限保護算法，實現了將過流保護動作時間最快10us，但是這種固態功率控制器需要由軟件實現反時限保護算法，硬件電路實現較復雜，降低了產品的可靠性。
[0004]因此急需一種無需軟件參與并且由硬件實現功率驅動和過流保護的機載供電系統功率驅動電路。

【發明內容】

[0005]為了解決【背景技術】中所存在的技術缺陷，本發明提供一種無需軟件參與、完全由硬件實現的具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]本發明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，其特殊之處在于:包括功率驅動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；
[0008]所述功率驅動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號調理電阻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、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；所述控制信號調理電阻R5的一端與控制信號調理電阻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；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；
[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理電阻R7、輸出調理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態比較器N4、輸出狀態基準分壓電阻R9、輸出狀態基準分壓電阻RlO以及回繞采集數據總線接口 S2 ；
[0016]所述隔離輸出二極管Vl的正極依次經過輸出調理電阻R7、輸出調理電阻R8后接地；
[0017]所述輸出狀態基準分壓電阻R9與輸出狀態基準分壓電阻RlO串聯；
[0018]所述比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態比較器N4的正極端與輸出調理電阻R7和輸出調理電阻R8的連接點連接；
[0019]所述輸出狀態基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態比較器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比較器N4的輸出端分別與回繞采集數據總線接口 S2連接；所述輸出狀態基準分壓電阻RlO另一端與外部電源連接；
[0021]上述功率驅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、分離電阻或網絡電阻。
[0024]本發明的優點:
[0025]本發明通用性強，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，具有良好的經濟效益和社會效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的結構示意圖；
【具體實施方式】
[0027]本發明提供一種具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，包括功率驅動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元；功率驅動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號調理電阻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、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；控制信號調理電阻R5的一端與控制信號調理電阻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；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；
[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理電阻R7、輸出調理電阻R8、比較器反饋電阻R11、輸出狀態比較器N4、輸出狀態基準分壓電阻R9、輸出狀態基準分壓電阻RlO以及回繞采集數據總線接口 S2 ；
[0035]隔離輸出二極管Vl的正極依次經過輸出調理電阻R7、輸出調理電阻R8后接地；
[0036]輸出狀態基準分壓電阻R9以及輸出狀態基準分壓電阻RlO串聯；
[0037]比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態比較器N4的正極端與輸出調理電阻R7和輸出調理電阻R8的連接點連接；
[0038]輸出狀態基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態比較器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比較器N4的輸出端分別與回繞采集數據總線接口 S2連接；所述輸出狀態基準分壓電阻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、分離電阻或網絡電阻。
[0042]傳統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有限，響應速度較慢，平均壽命較低的缺點，因此在供電系統中使用繼電器進行控制信號輸出，對系統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日趨復雜的使用環境，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的實時功率驅動和過流保護處理方案，可實現機載供電系統大功率接觸器的驅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，驅動電路中電流在正常范圍內，過流保護電路不輸出過流信號，功率驅動電路由輸出控制端控制大功率高速開關實現對供電系統負載的控制；
[0046]b.當電路中電流超過過流點，過流保護電路產生過流信號，過流信號和驅動電路控制端經過與門最終輸出控制關斷信號；
[0047]c.功率驅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，根據實際需要調整基準電壓參數來滿足不同過流點設置要求；
[0049]e.可通過內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、功率驅動單元
[0052]功率驅動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號調理電阻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，功率驅動單元的設計是利用信號驅動達林頓陣列NI和場效應管V3的高速開關特性實現的，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電源經過濾波器Tl后做為功率驅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動電路，其特征在于:包括功率驅動單元、電流采樣單元以及功率輸出回繞測試單元； 所述功率驅動單元包括控制信號總線接口 S1、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號調理電阻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、信號驅動達林頓陣列N1、控制信號調理電阻R4、控制信號限流電阻R6依次連接；所述控制信號調理電阻R5的一端與控制信號調理電阻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；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； 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理電阻R7、輸出調理電阻R8、比較器反饋電阻Rl 1、輸出狀態比較器N4、輸出狀態基準分壓電阻R9、輸出狀態基準分壓電阻RlO以及回繞采集數據總線接口 S2 ； 所述隔離輸出二極管Vl的正極依次經過輸出調理電阻R7、輸出調理電阻R8后接地； 所述輸出狀態基準分壓電阻R9以及輸出狀態基準分壓電阻RlO串聯； 所述比較器反饋電阻Rll的一端、輸出狀態比較器N4的正極端與輸出調理電阻R7和輸出調理電阻R8的連接點連接； 所述輸出狀態基準分壓電阻R9的一端接地，其另一端與輸出狀態基準分壓電阻RlO的一端以及輸出狀態比較器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比較器N4的輸出端分別與回繞采集數據總線接口 S2連接；所述輸出狀態基準分壓電阻RlO另一端與外部電源連接。
2.根據權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，其特征在于:所述功率驅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.根據權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，其特征在于:所述濾波器Tl為尖峰濾波器。
4.根據權利要求1所述的具有硬實時過流保護功能的功率驅動電路，其特征在于:所述功率驅動單元、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 優先權日:2013年12月17日
【發明者】艾鐵柱, 劉衛華, 張楨, 王凌偉, 馮非, 白曦, 王寅, 章鶴, 郭建奇 申請人:中國航空工業集團公司第六三一研究所