單元400還包括一個延時模塊，圖中并未隔離框出而已。該延時模塊包括電容Cl、電容C2和電阻R5 ;電容Cl和電阻R5分別并接在穩壓二極管ZDl的陰極與地之間；電容C2接在穩壓二極管ZDl的陽極與地之間。
[0033]在優選本實施例中，還包括一個保護信號輸出單元500。保護信號輸出單元500包括NPN型三極管Q5和電阻R6 ；NPN型三極管Q5的基極接NPN三極管Q4的基極，NPN型三極管Q5的集電極通過電阻R6接第一供電電壓，NPN型三極管Q5的發射極接地，NPN型三極管Q5的集電極同時接主控制系統。本實施例中，主控制系統采用MCU單片機。
[0034]圖4示出了本發明另一優選實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路的結構示意圖。參見圖4:
[0035]在本實施例中，電流檢測單元200、保護執行單元400以及驅動單元300中的圖騰柱輸出模塊等的結構都與圖3所示實施例相同。不同之處主要體現在兩個方面:
[0036]—方面，驅動單元300中的同相放大模塊包括電阻R4和PNP型三極管Q3。PNP型三極管Q3的基極接脈沖發生器100的脈沖輸出端PULSE，PNP型三極管Q3的發射極接圖騰柱輸出的輸入端，PNP型三極管Q3的集電極通過電阻R4接地。
[0037]另一方面，保護信號輸出單元500包括PNP型三極管Q6和電阻R7 ；PNP型三極管Q6的基極接保護執行單元400中NPN三極管Q4的基極，PNP型三極管Q6的發射極通過電阻R7接第一供電電壓，PNP型三極管Q6的集電極接地，NPN型三極管Q6的發射極同時接所述主控制系統。
[0038]下面，根據圖3所示的優選實施例，對本發明提供的功率器件逐脈沖保護電路的工作原理進行簡要說明。
[0039]本實施例中，功率器件以MOSFET為例，預設第一供電電壓為5V，第二供電電壓為15V。
[0040]電阻R3和NPN型三極管Q2組成同相放大模塊，保證電流監測與控制邏輯相對應，完成5V電壓輸入脈沖到15V電壓驅動脈沖的轉換放大。NPN型三極管Q31、PNP型三極管Q32和電阻R31組成圖騰柱輸出模塊，電阻R32控制驅動脈沖的上升沿，電阻R33控制驅動脈沖的下降沿，可以調整電阻R32、電阻R33來得到功率器件MOSFET理想的驅動脈沖波形。
[0041]穩壓二極管ZDl和NPN型三極管Q4組成保護執行單元，ZDl可以根據需要選取不同的穩壓值。而保護執行單元中的延時模塊Cl電容的取值不能太大，也不能太小。它的值要滿足:電阻Rl和電容Cl的充電時間常數大于功率器件MOSFET的開通時間.防止正脈沖到來時，功率器件MOSFET還未打開前保護電路，產生誤動作。
[0042]NPN型三極管Q5和電阻R6組成保護信號輸出單元，NPN型三極管Q5和保護執行單元中的NPN型三極管Q4并聯。當NPN型三極管Q4進行保護動作，Q6也同時動作，把已執行保護的工作狀態，以低電平輸出給MCU單片機或DSP類的微電腦處理器。
[0043]在實際工作過程中，脈沖發生器輸出5V的方波脈沖驅動信號，電阻Rl和電阻R5分壓該正5V的方波脈沖。給穩壓二極管ZDl設定靜態工作電壓，該靜態工作電壓應大于ZDl的反向擊穿電壓加NPN型三極管Q4的基極門電壓之和。本實施例中設定該靜態工作電壓為4.16V，穩壓二極管ZDl的反向擊穿電壓為2.5V，NPN型三極管Q4的基極門電壓定為0.5V。則上述公式可以表示為:
[0044]5V/(R1+R5)*R5 > ZDl反向擊穿電壓+Q4基極門電壓---公式I
[0045]而本實施例中的功率器件MOSFET的保護電流設定為2A，該MOSFET內阻假定為I Ω，其漏源極的保護壓降Vds為2V。當該功率器件MOSFET的漏源極壓降Vds、二極管Dl的正向壓降和電阻R2上的壓降三者之和大于ZDl反向擊穿電壓和Q4基極門電壓之和時，本電路就執行保護。
[0046]本實施例中二極管Dl的正向壓降設定為0.7V，則本電路中各元器件的配置應滿足以下關系式:
[0047]{[5V- (Dl 正向壓降 +Vds) ] / (R1+R2)} *R2 = (ZDl 穩壓值 +Q4 基極 & 集電極電壓)_(D1正向壓降+Vds)----------公式2
[0048]根據以上公式，代入各器件的參數，可以得出電阻R2的阻值為300 Ω。當需要得到不同的功率器件MOSFET不同的電流保護值時，該功率器件逐脈沖保護電路的元器件參數同時滿足公式I和公式2即可。
[0049]綜上所述，本發明實施例提供的功率器件逐脈沖保護電路，利用功率器件的導通壓降檢測電流的優點，設定功率器件的安全電流工作點；在單個方波驅動信號脈沖時間內實現逐脈沖的電流監測、逐脈沖過電流保護，能夠有效解決功率器件因過流、短路而失效的問題。
[0050]值得注意的是，上述實施例中，所包括的各個單元只是按照功能邏輯進行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便于相互區分，并不用于限制本發明的保護范圍。
[0051]另外，本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，相應的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，所述的存儲介質，如R0M/RAM、磁盤或光盤等。
[0052]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了較詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改、或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種功率器件逐脈沖保護電路，通過脈沖信號實時監測功率器件的過電流并實行保護，其特征在于，所述保護電路包括:脈沖發生器、電流檢測單元、驅動單元和保護執行單元; 所述電流檢測單元連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，所述驅動單元連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，所述保護執行單元連接在所述電流檢測單元的輸出端與所述驅動單元的使能端之間； 所述脈沖發生器輸出方波驅動信號，用于功率器件的驅動控制并利用該信號實時監測所述功率器件的過電流，當所述電流檢測單元監測到流經所述功率器件的過電流超過安全閾值時，所述保護執行單元控制所述驅動單元關閉所述功率器件；并且，在所述方波驅動信號的開通周期內保持關閉狀態，直到開通周期結束，所述保護電路自動解鎖。2.如權利要求1所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述保護電路還包括:與所述保護執行單元相接、用于將所述保護電路執行保護的工作狀態輸出給主控制系統的保護信號輸出單元。3.如權利要求1所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述驅動單元包括一個圖騰柱輸出； 所述圖騰柱輸出包括兩個配對的三極管及相應的電阻；或者包括兩個配對的MOSFET及相應的電阻。4.如權利要求3所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述驅動單元還包括一個連接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與所述圖騰柱輸出的輸入端之間、用于放大所述方波驅動信號的同相放大模塊。5.如權利要求1-4任一項所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述電流檢測單元包括電阻R1、電阻R2和二極管Dl ; 所述電阻Rl和電阻R2串接在所述脈沖發生器的脈沖輸出端與所述二極管Dl的陽極之間，所述電阻Rl和電阻R2的共接端為所述電流檢測單元的輸出端，所述二極管Dl的陰極與所述功率器件的電流輸入端同時接工作電源VCC。6.如權利要求4所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述同相放大模塊包括電阻R3和NPN型三極管Q2 ;所述NPN型三極管Q2的基極通過所述電阻R3接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q2的發射極接所述脈沖發生器的脈沖輸出端，所述NPN型三極管Q2的集電極接所述圖騰柱輸出的輸入端；或者， 所述同相放大模塊包括電阻R4和PNP型三極管Q3 ;所述PNP型三極管Q3的基極接所述脈沖發生器的脈沖輸出端，所述PNP型三極管Q3的發射極接所述圖騰柱輸出的輸入端，所述PNP型三極管Q3的集電極通過所述電阻R4接地。7.如權利要求1所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述保護執行單元包括穩壓二極管ZDl和NPN三極管Q4 ; 所述穩壓二極管ZDl的陰極接所述電流檢測單元的輸出端，所述穩壓二極管ZDl的陽極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN三極管Q4的集電極接所述驅動單元的使能端，所述NPN三極管Q4的發射極接地。8.如權利要求7所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述保護執行單元還包括一個延時模塊； 所述延時模塊包括電容Cl、電容C2和電阻R5 ;所述電容Cl和電阻R5分別并接在所述穩壓二極管ZDl的陰極與地之間；所述電容C2接在所述穩壓二極管ZDl的陽極與地之間。9.如權利要求7所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述保護信號輸出單元包括NPN型三極管Q5和電阻R6 ;所述NPN型三極管Q5的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述NPN型三極管Q5的集電極通過所述電阻R6接第一供電電壓，所述NPN型三極管Q5的發射極接地，所述NPN型三極管Q5的集電極同時接所述主控制系統；或者， 所述保護信號輸出單元包括PNP型三極管Q6和電阻R7 ;所述PNP型三極管Q6的基極接所述NPN三極管Q4的基極，所述PNP型三極管Q6的發射極通過所述電阻R7接第一供電電壓，所述PNP型三極管Q6的集電極接地，所述NPN型三極管Q6的發射極同時接所述主控制系統。10.如權利要求1所述的功率器件逐脈沖保護電路，其特征在于，所述功率器件為MOSFET、IGBT或者晶閘管。
【專利摘要】本發明屬于保護電路領域，尤其涉及功率器件的短路和過電流保護。該功率器件逐脈沖保護電路包括脈沖發生器、電流檢測單元、驅動單元和保護執行單元；電流檢測單元連接在脈沖輸出端與功率器件的電流輸入端之間，驅動單元連接在脈沖輸出端與功率器件的控制端之間，保護執行單元連接在電流檢測單元的輸出端與驅動單元的使能端之間；脈沖發生器輸出方波驅動信號實時監測功率器件的過電流，當超過安全閾值時，保護執行單元控制驅動單元關閉功率器件，并且在本開通周期內保持關閉狀態，直到開通周期結束，保護電路自動解鎖。在單個方波驅動信號脈沖時間內實現逐脈沖的電流監測、逐脈沖過電流保護，有效解決功率器件因過流、短路而失效的問題。
【IPC分類】H02H7/20, H02H3/08
【公開號】CN105071350
【申請號】CN201510444093
【發明人】張能勝
【申請人】廣東高標電子科技有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月24日