CN104300502B - 一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置，包括：功率输出驱动电路、电流检测电路和短路保护电路，电流检测电路与负载相连，利用选通采集差分电压和抬升差分信号零点电压的方式采集负载电流；短路保护电路用于采集智能车载功率装置功率输出口的电压，并将所采集的电压与基准电压相比较，若大于基准电压则关断智能车载功率装置相应功率输出口的输出；功率输出驱动电路用于选取适当功率输出启动时间，使启动瞬间电流和开关损耗功率达到平衡点，有效抑制启动瞬间出现大电流现象并避免短路保护误判。

Description

一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置

技术领域

本发明涉及车辆工程领域，具体而言，涉及一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置。

背景技术

随着现代汽车电子技术日新月异的发展，功能上满足早已不是第一要求，器件使用寿命和模块可靠性已经变得越来越受到人们的重视。当前车载功率输出模块多数为不带故障诊断的开环系统或诊断不够准确，对负载的工作状态没有良好的监控，器件寿命受损从而导致模块可靠性变差。

发明内容

本发明提供一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置，包括：功率输出驱动电路、电流检测电路和短路保护电路，其中：

所述电流检测电路与负载相连，利用选通采集差分电压和抬升差分信号零点电压的方式采集负载电流；

所述短路保护电路用于采集智能车载功率装置功率输出口的电压，并将所采集的电压与基准电压相比较，若大于所述基准电压则关断智能车载功率装置相应功率输出口的输出；

所述功率输出驱动电路用于选取适当功率输出启动时间，使启动瞬间电流和开关损耗功率达到平衡点，有效抑制启动瞬间出现大电流现象并避免短路保护误判。

进一步地，所述短路保护电路包括：正反馈放大器、三极管、采样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和电容，其中：

所述第一电阻和所述电容并联后连接在地与所述正反馈放大器的负输入端之间，形成低通滤波器，所述第二电阻连接在5V电源与所述正反馈放大器的负输入端之间，形成低通滤波器，所述第一电阻和所述第二电阻形成分压电路来设置基准电压；

所述采样电路连接在负载与所述第三电阻的一端之间，所述第三电阻的另一端连接所述正反馈放大器的正输入端，所述第四电阻连接在所述正反馈放大器的输出端与所述正反馈放大器的正输入端之间；

所述三极管的基极与所述正反馈放大器的输出端相连，所述第五电阻连接在所述三极管的集电极与所述微控制器MCU的中断IO端口之间，所述三极管的发射极接地。

进一步地，所述电流检测电路包括：二路四选一模拟开关控制器、采样电阻、零欧姆电阻和电流监控芯片，其中：

所述采样电阻的一端、所述零欧姆电阻的一端分别接地，所述采样电阻的另一端、所述零欧姆电阻的另一端分别连接所述二路四选一模拟开关控制器的一路输入，所述二路四选一模拟开关控制器对应于所述采样电阻的输出端连接所述电流监控芯片的正输入端，所述二路四选一模拟开关控制器对应于所述零欧姆电阻的输出端连接所述电流监控芯片的负输入端，所述电流监控芯片的输出端与所述微控制器MCU的AD采集端口相连。

本发明的智能车载功率装置采用分立元件搭建功率输出驱动电路、电流检测部分选用高精度器件，并采用选通分离提取检测信号和抬升零点电压方式使采样精度大大提高，利用选取适当功率输出启动时间，使启动瞬间电流和开关损耗功率达到平衡点，有效抑制启动瞬间出现大电流现象并避免了短路保护误判。利用快速响应电路及控制反馈触发电路组合，使短路保护不仅速度快且带锁存功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置整体电气结构框图；

图2是本发明一个实施例的短路保护电路原理图；

图3是本发明一个实施例的电流检测电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一个实施例的带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置整体电气结构框图；如图所示，该装置主要包括3个部分：

1、负载电流检测部分

该部分采取低边电流检测方案，利用选通采集差分电压和抬升差分信号零点电压方法有效去除接地路径存在的干扰，并采用温漂小、精度高电流监测及采样器件以实现高精度电流监测。

2、短路保护部分

该部分由快速响应电路及控制反馈触发电路两部分组合完成，快速响应电路以使MOSFET快速进入安全区并关断，控制反馈触发电路可达到短路信号锁存功能防止短路现象反复发生。

3、输出启动部分

此部分电路通过在MOSFET启动瞬间电流和开关损耗选取平衡点，即选取适当驱动MOSFET电压上升时间以降低启动瞬间电流过大，有效区分启动瞬间电流过大和短路现象。

如图2所示，短路保护电路采用硬件快速响应电路及控制反馈电路组合完成，快速响应方式保证短路保护速度够快，由正反馈放大器U1组成抗干扰能力较强迟滞性比较器，由比较器加分压电阻电路来设置基准电压Vref，通过电阻R1与电容C1并联接地的方式组成低通滤波器，采样电阻R0压降Vi值若高于基准电压则比较器立即响应将驱动后级三极管Q1，并将控制输出P1口拉低从而关断功率输出。控制反馈触发方式通过比较器输出并开通三极管Q1产生跳沿触发中断，进而通过指令控制IO输出低电平，使短路信号被锁存，若重新开启待下次上电。这样，既保障了响应速度又完成了锁存功能。

如图3所示，电流检测电路采用U1二路四选一模拟开关控制器，其中Rz为零欧姆电阻将电流检测芯片的负端与功率地隔离开来，使用模拟开关将采样电阻R0两边的差分电压提取出来，有效去除接地路径存在的干扰，再由U2高精度电流监控芯片，自带基准电压可调功能，将差分信号零点抬高，并进行放大。

此外，本发明中的微处理器MCU使用汽车级的处理器，还可利用CAN总线通信将故障状态上传到总线系统，使得控制输出逻辑及负载电流过载值可以灵活配置。

综上所述，本发明上述实施例具有以下有益效果：

1、本发明专利采用低边电流检测避免采样器件承受高共模电压动态变化以致损坏，不仅采样电路精简且节省成本，最重要的是利用选通采集差分电压方法和抬升差分信号零点电压有效地去除了接地路径存在的干扰，使电流检测更加精确，受温度影响小，负载电流从几十毫安到几十安培均可检测。

2、功率输出模块具有实时自诊断功能，短路保护响应迅速，短路保护速度可以达到微秒级，有效的保障了功率器件的使用寿命，并使用不同阻值采样元件(0-10毫欧)来设定不同的输出口短路保护电流阈值。

3、功率模块启动输出过程中，不仅可以有效区分启动瞬间和短路现象，而且可以有效限制大电流对器件冲击。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种带电流检测及短路保护功能的智能车载功率装置，其特征在于，包括：功率输出驱动电路、电流检测电路和短路保护电路，其中：

所述电流检测电路与负载相连，利用选通采集差分电压和抬升差分信号零点电压的方式采集负载电流；

所述短路保护电路用于采集智能车载功率装置功率输出口的电压，并将所采集的电压与基准电压相比较，若大于所述基准电压则关断智能车载功率装置相应功率输出口的输出；

所述功率输出驱动电路用于选取适当功率输出启动时间，使启动瞬间电流和开关损耗功率达到平衡点，有效抑制启动瞬间出现大电流现象并避免短路保护误判，

其中，所述电流检测电路包括：二路四选一模拟开关控制器、采样电阻、零欧姆电阻和电流监控芯片，其中：

所述采样电阻的一端、所述零欧姆电阻的一端分别接地，所述采样电阻的另一端、所述零欧姆电阻的另一端分别连接所述二路四选一模拟开关控制器的一路输入，所述二路四选一模拟开关控制器对应于所述采样电阻的输出端连接所述电流监控芯片的正输入端，所述二路四选一模拟开关控制器对应于所述零欧姆电阻的输出端连接所述电流监控芯片的负输入端，所述电流监控芯片的输出端与一微控制器MCU的AD采集端口相连。

2.根据权利要求1所述的智能车载功率装置，其特征在于，所述短路保护电路包括：正反馈放大器、三极管、采样电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和电容，其中：

所述第一电阻和所述电容并联后连接在地与所述正反馈放大器的负输入端之间，形成低通滤波器，所述第二电阻连接在5V电源与所述正反馈放大器的负输入端之间，形成低通滤波器，所述第一电阻和所述第二电阻形成分压电路来设置基准电压；

所述采样电路连接在负载与所述第三电阻的一端之间，所述第三电阻的另一端连接所述正反馈放大器的正输入端，所述第四电阻连接在所述正反馈放大器的输出端与所述正反馈放大器的正输入端之间；

所述三极管的基极与所述正反馈放大器的输出端相连，所述第五电阻连接在所述三极管的集电极与所述微控制器MCU的中断IO端口之间，所述三极管的发射极接地。