[发明专利]一种直流固态功率控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态功率控制器，特别是一种保护算法由硬件电路实现的可通过外部编程的直流固态功率控制器。

背景技术

固态功率控制器是利用固态开关-MOSFET通断实现传统配电单元中继电器和过载保护器功能的开关控制器。固态功率控制器依据对母线电缆“热记忆”理论，检测母线线缆温度，在母线过流情况下，针对不同的母线电流在规定的时间范围内，实现母线跳闸。固态功率控制器，相对于传统继电器和过载保护器，优势在于：

1、可针对不同的母线电流灵活的控制跳闸保护时间

2、可反馈母线电流异常信息和负载状态

目前的固态功率控制器，尤其是多路固态功率控制器，多采用软件编程的方式计算过载跳闸时间。但是，由于软件编程的失误或存储器的耐辐照特性差，使得软件算法的固态功率控制器在对环境适应性要求高的场所应用受到质疑。基于硬件电路实现算法的固态功率控制器，由于不依靠存储器提取数据，在恶劣的环境条件下依然可以正常工作。

现有的分离元件搭建的固态功率控制器电路，使用分离的芯片，实现多芯片板级集成。由于使用的芯片单元均为通用芯片，固态功率控制器将受限于芯片的体积和功耗，难以实现小型化和低功耗要求。例如固态功率控制器中必备模块乘法器，通用芯片是8角DIP封装，且静态功耗为100mW。

发明专利US6125024A公开了一种外部可编程固态功率控制器；该固态功率控制器包括逻辑隔离模块、电流源模块、逻辑控制模块、振荡器和带隙基准模块、光耦隔离模块、MOSFET保护模块、上电复位模块、负载状态模块、MOSFET驱动与限流模块、MOSFET保护模块、I2RC模块。当芯片产生跳闸信号后，通过拉低ENABLE信号，使得驱动限流模块的OP1输出高电平，从而打开电流源I11，使得I11与I12产生向芯片内部灌入的静而关闭MOSFET。电流1.6mA。此1.6mA的电流将泻放功率MOSFET栅源电荷，从但是如果这么处理异常关断环节，将无法在短时间内，如100us的时间内关断MOSFET。从而无法满足快速关断的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种关断快速、环境适应性高的直流固态功率控制器。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种直流固态功率控制器，包括控制芯片，功率MOSFET、电源模块、开关状态检测模块、光耦隔离模块、电阻R_S及其它芯片外器件；控制芯片包括逻辑控制模块、输出驱动模块、带隙基准模块、负载状态模块、上电复位模块、I²T过流保护模块、MOSFET保护模块、MOSFET驱动和限流模块；功率MOSFET和电阻R_S串联于母线上；其特征在于，控制芯片还包括短路判断模块；控制芯片实时监测流过电阻R_S的母线电流，当母线电流过流倍数超过I²T过流保护下限阈值后，I²T过流保护模块按照反时限算法产生过流跳闸信号I²T_TRIP；当过流倍数超过短路保护阈值后，短路判断模块产生短路跳闸信号SC_TRIP；当过流倍数超过MOSFET保护阈值时，MOSFET驱动和限流模块产生MOSFET保护使能信号MP_ENA；当过流倍数超过限流阈值后，MOSFET驱动和限流模块限制电流增长；MOSFET保护模块在控制信号MP的控制下产生跳闸信号MP_TRIP；

逻辑控制模块根据上位机传输的控制信号COM，和通过外部可编程端口输入的驱动逻辑电平使能信号COMEN，结合I²T过流保护模块产生的跳闸信号I²T_TRIP、MOSFET保护模块产生的跳闸信号MP_TRIP、短路判断模块产生的跳闸信号SC_TRIP、MOSFET驱动和限流模块产生的MP_ENA信号，输出控制MOSFET驱动和限流模块的使能信号ENA、MOSFET保护模块的控制信号MP、和跳闸信号TRP；

上述使能信号ENA送入MOSFET驱动和限流模块，用于控制MOSFET的正常开关过程；上述跳闸信号TRP送入MOSFET驱动和限流模块，在母线电流过流倍数超过一定阈值后，用于关闭MOSFET；

输出驱动模块根据负载状态模块产生的负载状态信号ISTATUS、逻辑控制模块产生的跳闸信号TRP、上电复位模块输出的复位信号RESET，输出负载状态信号STATUS和跳闸信号TRIP。