[實用新型]一種功率管過功率數字式保護裝置

有效

• 申請號: 201520329424.2
• 申請日: 2015-05-21
• 公開（公告）號: CN204651909U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 馬海波;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 艾德克斯電子（南京）有限公司
• 主分類號: H02H7/20
• 分類號: H02H7/20;H02H3/42
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

????本實用新型涉及電源系統中功率管的保護，特別涉及一種功率管過功率數字式保護裝置。

背景技術

由于功率管功率信號檢測需要同時采樣電壓和電流后做乘法得到，而硬件乘法器電路復雜，精度低，成本高，所以在功率保護上通常是通過限制流過功率管的電流來達到防止過功率的目的。但是這樣存在的弊端是，在輸入電壓Ui固定，輸出電壓Uo可調的電源系統中，輸出電壓Uo較高時，輸出電流Io已接近最大限制值Iomax，功率管實際損耗的功率Pj=(Ui-Uo)*Io可能很低，而輸出電壓Uo很小，輸出電流Io很小時，功率管實際損耗的功率卻可能很大，結果只能按最大功率損耗時的電流限制。在輸出電壓/電流可調的電源系統中輸出同樣大的功率的情況下，或者更換更大功率的三極管，或者增加功率管數量，導致功率管利用率降低，增加了電路復雜程度，同時成本會相應增加。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有技術的缺陷提供一種功率管過功率保護裝置，為電源中的大功率功率管提供全方位的數字化保護方案。

為了解決上述技術問題，本實用新型由以下技術方案實現：

一種功率管過功率數字式保護裝置，包括輸入電壓取樣單元、輸出電流取樣單元、電流放大電路、輸出電壓取樣單元、AD轉換電路及CPU，所述輸入電壓取樣單元采集功率管的輸入端電壓，其輸出端連接AD轉換電路的第一輸入端；所述輸出電流取樣單元采集功率管的輸出端電流，其輸出端連接電流放大電路的輸入端；電流放大電路的輸出端連接AD轉換電路的第二輸入端；輸出電壓取樣單元采集功率管的輸出端電壓，其輸出端連接AD轉換電路的第三輸入端；AD轉換電路的輸出端連接CPU的輸入端，CPU的輸出端連接功率管的受控端。

本實用新型具有如下有益效果：

（1）為功率管提供過壓、過流及過功率的全面數字化保護,消除通過限制功率管電流防止過功率帶來的功率管利用率不高，成本增加等弊端；

（2）為功率管提供過溫度的數字化保護，使整個系統達到輸出功率及電流最大化，冷卻系統功耗最小化，冷卻系統產生的噪音最小化，保護控制精確化。

附圖說明

圖1為本實用新型功率管過功率保護裝置框圖；

圖2為過功率保護流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，一種功率管過功率數字式保護裝置，包括輸入電壓取樣單元、輸出電流取樣單元、電流放大電路、輸出電壓取樣單元、溫度檢測電路、AD轉換電路、CPU控制單元、風扇驅動電路和風扇。輸入電壓取樣單元采集功率管的輸入端電壓，其輸出端連接AD轉換電路的第一輸入端，將輸入電壓采樣結果送至AD轉換電路進行模數轉換。輸出電流取樣單元采集功率管的輸出端電流，其輸出端連接電流放大電路的輸入端，電流放大電路對輸出電流采樣結果進行放大處理。電流放大電路的輸出端連接AD轉換電路的第二輸入端，將放大后的采樣電流送至AD轉換電路進行模數轉換。輸出電壓取樣單元采集功率管的輸出端電壓，其輸出端連接AD轉換電路的第三輸入端，將輸出電壓采樣結果送至AD轉換電路進行模數轉換。溫度檢測電路檢測功率管的溫度，其輸出端連接AD轉換電路的第四輸入端，將檢測的溫度信息送至AD轉換電路進行模數轉換。AD轉換電路的輸出端連接CPU的輸入端，將采樣的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、溫度信息傳給CPU處理。CPU的一輸出端連接風扇驅動電路，用于控制風扇驅動電路驅動風扇。CPU的另一輸出端連接功率管受控端，實現對功率管的控制。

本實用新型采用數字化的方案進行大功率三極管的保護，通過AD轉換電路將功率管輸入電壓、輸出電壓、流過功率管的電流和溫度信號轉化成CPU（DSP或者MCU）能夠識別的數字信號，借助CPU強大的數據處理能力，計算出實際電壓、電流、溫度和功率，與相應參數的限制值比較，決定是否保護，而且可以根據實際需要調整保護延時時間，防止保護誤觸發等；根據功率值、功率上升速度、溫度值、溫升速度綜合控制冷卻系統，使整個系統達到輸出功率及電流最大化，冷卻系統功耗最小化，冷卻風扇系統產生的噪音最小化，保護控制精確化。

控制流程如圖2，CPU控制高速AD將功率三極管的輸入電壓Ui,輸出電壓Uo,輸出電流Io,功率管溫度Tj轉換成數字信號，通過標定系數計算得到實際電壓、電流、和溫度，進一步計算功率管功耗Pj=（Ui-Uo）*Io;如果Ui大于最大電壓Umax，或者Io大于最大電流Iomax，或者Pj大于最大功率Pjmax，或者Tj大于最高溫度Tjmax，那么CPU?控制功率管進入保護狀態，具體是：CPU檢測功率管的輸入電壓和輸出電壓，做減法確定在功率管上的壓降，同時獲得流過功率管的電流，功率管上的壓降與流過功率管的電流乘積即是功率管的功耗。當功率管功耗大于額定值時，關閉功率管輸出進入保護狀態；同理，當流過功率管的電流大于額定電流時，關閉功率管輸出進入保護狀態；當CPU檢測到的功率管的溫度大于功率允許的溫度時，關閉功率管輸出進入保護狀態；根據Pj和Tj調整風扇轉速，使功率管熱量及時散出。