CN104660230A - 一种变流器功率模块的故障保持与复位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种变流器功率模块驱动的故障保持与复位系统，包括：故障锁存电路，用来锁存故障检测电路检测到的故障信号；故障输出电路，将锁存的故障状态进行输出；故障反馈电路，将故障信号线上的状态反馈到系统内；复位配置电路，可配置为自动复位或外部信号复位；延迟时间配置电路，配置故障锁存时间；延时电路，根据配置的延时时间进行延时；驱动屏蔽电路，当发生故障后，屏蔽外部驱动信号，强制关闭功率模块；复位电路，当复位条件达到后，立即清除故障锁定。通过本发明的技术方案，可对功率器件的驱动发出的故障信号立即进行锁定，并立即屏蔽外部驱动信号，防止在故障状态下继续驱动功率模块造成功率模块永久性损坏。

Description

一种变流器功率模块的故障保持与复位系统

技术领域

本发明涉及变流器领域，尤其是变流器用功率模块的故障保持与复位系统。

背景技术

目前的变流器功率模块的故障信号一般采用的处理方式有两种：一是到一定的时间后自动复位，二是在下一个信号来后自动复位。

上述两种方式均存在一些风险：

1、当驱动信号线出现断裂或者接触不良，造成故障信号传输失败时，后续持续的开关信号可能损坏功率模块。

2、当故障传输通道的延迟较大时，未等到故障信号有效即将故障信号清除，造成无故障的假象，进而继续驱动功率模块，造成功率模块损坏。

发明内容

本发明基于上述内容，本发明提出了一种变流器功率模块的故障保持与复位系统，能够对故障信号锁存、屏蔽外部驱动信号，在确认故障信号接收到并且延时时间到后再复位故障信号，避免故障信号无效接收而继续驱动功率模块造成的功率模块永久损坏，提高了变流器的使用寿命和可靠性。

本发明变流器功率模块的故障保持与复位系统，包括：故障锁存电路，当故障检测电路检测到功率模块发生故障后，立即将故障锁存；故障输出电路，将故障锁存电路输出的故障状态进行输出；故障反馈电路，用来将故障信号线上的故障状态反馈到系统内；复位配置电路，可配置为自动复位和外部信号复位，当配置为自动复位时，延时时间到后即自动复位故障状态，当配置为外部信号复位后，当延时时间到到并且检测到故障输出状态为无故障时复位故障状态；延迟时间配置电路，配置延时电路的延时时间；延时电路，根据配置的延时时间进行延时；驱动屏蔽电路，当发生故障后，屏蔽外部驱动信号，无论外部驱动状态是打开还是关闭，均关闭功率模块；复位电路，当复位条件达到后，立即清除故障锁定，清除故障信号，使整个驱动恢复正常驱动模式。

在该技术方案中，故障检测电路输出为电平信号，并传输至故障锁存电路和延时电路，如故障检测电路检测到故障，则电平信号将发生变化,例如，正常时是高电平，则故障时电平变为低电平，便于故障锁存电路据此状态信号通过驱动屏蔽电路屏蔽外部输入的驱动信号，同时在故障状态电平从高电平变为低电平时，延时电路开始计时，延时时间由延时时间配置电路确定，在计时未完成时，不能复位故障信号。

在延时时间结束后，若复位配置电路配置为自动复位，则复位故障信号，取消对驱动信号的屏蔽，并将输出故障信号变为无故障；若复位配置电路配置为外部信号复位，则当故障信号反馈是无故障时才能复位故障锁存电路。

故障信号线具有线与功能，无故障时是低电平，有故障时是高电平，当故障信号锁存后通过故障信号输出电路输出具有线与功能的高电平故障信号，外部控制电路检测到后可将故障信号拉低，表明外部控制电路正确的接收到故障信号，信号线由于具有线与功能则变为无故障，此时故障信号反馈是无故障，当延时结束后就可以复位故障信号。

在上述技术方案中，所述故障锁存电路包括RS锁存器，所述故障输出电路包含一个N沟道MOSFET场效应管和上拉电阻，所述故障反馈电路包含反相器，所述复位电路包含与非门、反相器，所述复位配置电路包括两个电阻，所述延迟时间配置电路包含电阻、电容，所述延时电路包含555定时器芯片、电阻和电容，所述驱动屏蔽电路包含与门。

在上述技术方案中，所述RS锁存器、所述与门电路、所述反相器为CMOS逻辑门电路。

在上述技术方案中，当无故障时，驱动屏蔽电路打开，外部驱动信号可正常驱动功率模块，而且信号通过CMOS与门的延时时间为ns级，延时时间对信号的驱动性能无影响。

在上述的技术方案中，所述的外部控制电路是指具有功率模块的驱动输出和状态反馈功能的外部电路。

在上述的技术方案中，优选的，在不影响系统功能性能的前提下可添加抗干扰的器件或措施。

通过上述技术方案，可对功率器件的驱动发出的功率模块故障信号立即进行锁定，并立即屏蔽外部驱动信号，防止在故障状态下继续驱动功率模块造成功率模块永久性损坏。

附图说明

图1为本发明变流器功率模块的故障保持与复位系统实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例的具体电路图。

具体实施方式

为了更清晰的说明本发明的特点，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明故障锁存及复位系统包括：故障锁存电路107，当故障检测电路105检测到功率模块发生故障后，立即将故障信号锁存，并将故障状态输出给故障输出电路108和驱动屏蔽电路101，在接收到复位电路106输出复位信号后，清除锁存的故障信号。

本发明故障锁存及复位系统还包括：故障输出电路108，将故障检测电路105输出的故障状态进行输出，同时输出的状态信号进入故障反馈电路109，用来检测实际的故障状态。

本发明故障锁存及复位系统还包括：故障反馈电路109，将故障信号线上的故障状态反馈到系统内，反馈的结果通过复位配置电路110进入复位电路106。

本发明故障锁存及复位系统还包括：复位配置电路110，可配置为自动复位和外部信号复位，当配置为自动复位时，当延时时间到后自动复位故障锁存电路107，配置为外部信号复位后，当延时到并且故障反馈电路109检测到故障输出状态为无故障时即复位故障锁存电路107。

本发明故障锁存及复位系统还包括：延迟时间配置电路102，配置延时电路103的延时时间。

本发明故障锁存及复位系统还包括：延时电路103，根据延迟时间配置电路102配置的延时时间进行延时，延时到后将信号传输到复位电路106。

本发明故障锁存及复位系统还包括：驱动屏蔽电路101，当发生故障后，接收故障锁存电路107的信号并屏蔽外部驱动信号，无论外部驱动状态是打开还是关闭，均关闭功率模块。

本发明故障锁存及复位系统还包括：复位电路106，当接收到的延时电路103和故障反馈电路109的信号满足复位条件后，立即复位故障锁存电路107，清除故障锁定，清除故障信号输出，使整个驱动电路恢复正常驱动模式。

在该实施例中，故障检测电路105输出为电平信号，并传输至故障锁存电路107和延时电路103，如故障检测电路105检测到功率模块发生故障，则电平信号将发生变化,例如，正常时是高电平，则故障时电平变为低电平，便于故障锁存电路107据此状态信号锁存故障状态，并通过驱动屏蔽电路101屏蔽外部输入的驱动信号，同时在故障状态电平从高电平变为低电平时，延时电路103开始计时，延时时间由延时时间配置电路102确定，在计时未完成时，不能复位故障信号。

在延时时间结束后，若复位配置电路110配置为自动复位，则复位故障信号，驱动屏蔽电路101取消对驱动信号的屏蔽，并且故障输出电路108将输出故障信号变为无故障；若复位配置电路配置110为外部信号复位，则当故障信号反馈电流109是反馈故障状态为无故障时才能复位故障锁存电路107。

故障信号线具有线与功能，无故障时是低电平，有故障时是高电平，当故障锁存后通过故障信号输出电路108输出具有线与功能的高电平无故障信号，外部控制电路检测到后可将故障信号拉低，信号线由于具有线与功能则变为无故障信号，此时故障信号反馈电路109反馈的状态是无故障，当延时结束后就可以复位故障锁存电路107。

在上述实施例中，所述故障锁存电路107包括RS锁存器，所述故障输出电路108包括一个N沟道MOSFET管和上拉电阻，所述故障反馈电路109包含反相器，所述复位电路106包括与非门、反相器，所述复位配置电路110包括两个电阻，所述延迟时间配置电路102包含电阻、电容，所述延时电路103包含555定时器芯片、电阻和电容，所述驱动屏蔽电路101包含与门。

在该技术方案中，所述RS锁存器、所述与门电路、所述反相器为CMOS逻辑门电路。

在上述的技术方案中，优选的，在不影响系统功能性能的前提下可添加抗干扰的器件或措施。

在该技术方案中，通过延时时间配置电路102确定故障信号的最少锁定时间，使得外部控制电路可以有效的接收故障信号，并进行故障处理。

在该技术方案中，当无故障时，驱动屏蔽电路101打开，外部驱动信号可正常驱动功率模块，而且信号通过CMOS与门的延时时间为ns级，延时时间对信号的驱动性能无影响。

如图2所示，故障检测电路105输出的故障状态信号连接至故障锁存电路107的置位信号端和延时电路103的输入信号端。

这里所述的故障锁存器可以为RS锁存器，例如NXP公司的HEF4044型号的RS锁存器，则当发生故障时，故障检测电路105输出低电平，故障锁存器的ERR输入端置位，当故障消失后，故障检测电路输出高电平，此时故障锁存器保持锁存的原有故障，等待复位条件满足后，复位电路106输出复位指令，使故障锁存电路107的复位信号有效，才可以复位故障锁存电路107。

这里所述的延时电路103可以为555定时器，例如TI公司的TLC555，在发生故障时，故障信号除送给故障锁存电路107外，同时送到延时电路103，当延时电路接收到故障信号从无故障(高电平)到有故障(低电平)的变化时，开始计时，计时时间由延迟时间配置电路102设定。

延时时间一般设定范围为10ms-300ms。

故障锁存电路107的输出连接至故障输出电路108输入端和驱动屏蔽电路101的输入端。

这里所述的故障输出电路108可以为P沟道MOSFET场效应管，例如IR公司的IRF9510，当故障锁存电路107输出故障信号时,打开场效应管，使故障输出为低电平，故障信号有效。

这里所述的驱动屏蔽电路101可以包含反相器和与门，例如NXP公司的74HC04和74HC08，当故障锁存电路107输出故障信号时，通过反相器将故障信号反为低电平，然后与外部的驱动信号接入与门的输入端，此时，无论外部驱动信号如何变化，驱动屏蔽电路101的输出均为低电平，达到屏蔽驱动信号的目的。

该方案中的复位电路106可以为与非门和反相器，例如TI公司的74HC00和NXP公司的74HC08，延时电路103的延时时间到后，先通过反相器将信号反为高电平，在接入与非门的输入端，另一个由故障反馈电路109和复位配置电路110构成的复位使能信号直接接入与非门的输入端。

复位配置电路110由电阻R1和R2组成，当R1不组装时，配置为自动复位，此时由于R2接电源电平，相当于直接允许复位，当R1组装时，配置为外部信号复位，此时需要外部故障信号为无故障时才允许复位。

故障反馈电路109用来反馈故障信号线的实际状态，故障反馈电路109可以为反相器，例如NXP公司的74HC08，当故障信号线上是无故障时，此时为低电平，故障反馈电路109输出高电平，输入复位电路后，允许复位电路106复位故障锁存电路107，当延时电路103完成延时后，即可进行复位动作。

该方案中的延时时间配置电路102有电阻R3和电容C1构成，通过调节R1的阻值或者C1的容值，来调节延时时间。

Claims (5)

1.一种变流器功率模块的故障信号保持与复位系统，其特征在于，包括：

故障锁存电路，当故障检测电路检测到故障产生后，立即将故障锁存；

故障输出电路，将锁存器输出的故障状态进行输出；

故障反馈电路，将故障信号线上的故障状态反馈到系统内；

复位配置电路，可配置为自动复位或外部信号复位；

延迟时间配置电路，配置故障锁存时间；

延时电路，根据配置的延时时间进行延时；

故障信号反馈电路，用来反馈故障输出信号；

驱动屏蔽电路，当发生故障后，屏蔽外部驱动信号，强制均关闭功率模块；

复位电路，当复位条件达到后，立即清除故障锁定。

2.根据权利要求1所述一种变流器功率模块的故障信号保持与复位系统，其特征在于，所述故障锁存电路包括RS锁存器，所述故障输出电路包括一个P沟道MOSFET管和上拉电阻，所述故障反馈电路包含反相器，所述复位配置电路包括两个电阻。

3.根据权利要求1所述一种变流器功率模块的故障信号保持与复位系统，其特征在于,所述复位电路包括与非门、反相器，所述延迟时间配置电路包含电阻、电容，所述延时电路包含555定时器芯片、电阻和电容，所述驱动屏蔽电路包含与门。

4.根据权利要求2所述的故障输出电路，还包括：一个上拉电阻。

5.根据权利要求3所述的故障输出电路，还包括：输出信号具有线与功能。