CN105466032A

CN105466032A - Ptc水加热器过流检测软硬件双重保护电路

Info

Publication number: CN105466032A
Application number: CN201510969547.7A
Authority: CN
Inventors: 尹振国
Original assignee: SHANGHAI FENGTIAN ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI FENGTIAN ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: CN105466032B

Abstract

本发明提供了一种采样精度高、响应时间快，软硬件双重保护、对PCB？Layout要求不高的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路。它包括1％精度的康铜丝采样电阻将电流信号转化为电压信号，送至由U1B、R13、R15、R16和C4组成的放大电路，放大1+R16/R15的倍数后的信号送至由U1A、U2、R12、R15、R16和C3组成的比较器电路，当电压高于基准稳压值(VCC/2)时，比较器输出饱和VCC电压，输出的VCC电压通过D3和R7反馈到U1A运放的同相端，这样比较器会“自锁”在正向输出饱和电压VCC的状态，输出电压使Q3三极管导通，进而使IGBT驱动模块使能引脚拉低从而关闭IGBT。

Description

PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路

技术领域

本发明涉及一种汽车用配件，具体是指一种PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路。

背景技术

PTC是PositiveTemperatureCoefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。作为一种新型热敏电阻材料，其主要用途可分为开关和发热两大类别。利用发热类PTC性能稳定、升温迅速、受电源电压波动影响小等特性，制成的各种加热器产品，已成为金属电阻丝类发热材料最理想的替代产品。目前已大量应用于汽车空调，电动汽车空调，电动汽车除霜机等。

用于汽车上的PTC水加热器就是一种运用广泛的加热器，PTC水加热器内部有个重要的组成器件为：IGBT(绝缘栅双极型晶体管)；在PTC水加热器产品的实际使用时如果发生过流情况，产品内部的IGBT这个器件的集电极电流要比正常工况时要高很多，因此经过若干个开关周期后，IGBT的损耗也会比较高，结温也会迅速上升，从而因结温过热导致IGBT失效。IGBT专用驱动器一般只能通过检验IGBT的Vce端饱和压降来实现短路故障的检测，在短路发生时IGBT的Vce端饱和压降会发生很大变化，但是在过流现象发生时由于IGBT的饱和压降的变化很微弱，驱动器通常识别不到这种变化，所以需要靠电流传感器来感知电流的数值，对系统进行保护。目前关于大电流的功率器的过流检测最常使用霍尔电流传感器的方案实现，然而霍尔传感温漂现象比较严重，且价格高，对传感器的位置布局也有特定的要求。

综上所述，目前急需要一种采样精度高、响应时间快，软硬件双重保护、对PCBLayout要求不高的PTC水加热器过流检测保护电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种采样精度高、响应时间快，软硬件双重保护、对PCBLayout要求不高的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路，它包括中央处理器MCU、IGBT驱动器、PTC电阻包、运放U1A、运放U1B、IGBT管Q1和采样电阻R17；所述的中央处理器MCU与IGBT驱动器电连接，所述的IGBT驱动器的信号输出端与IGBT管Q1的门极相连；所述的IGBT管Q1集电极与PTC电阻包相连，所述的PTC电阻包连接有电源；所述的IGBT管Q1的发射极通过二极管D1与门极单向连接；所述的IGBT驱动器的信号输出端通过电阻R2连接有电源VEE；所述的采样电阻R17的一端连接有电源VEE，另一端通过电阻R13与运放U1B的第五引脚相连，所述的采样电阻R17同时与IGBT管Q1的发射极相连；所述的运放U1B的第六引脚通过电阻R18连接有电源VEE，所述的运放U1B的第六引脚还依次通过电阻R16和电阻R10与运放U1A的第三引脚相连，所述的电阻R16上并联有电容C4；所述的电阻R18与电源VEE之间还通过二极管D5与电阻R16和电阻R10之间的节点相连；所述的运放U1A的第一引脚通过电阻R3与中央处理器MCU的反馈信号输入端相连，所述的运放U1A的第一引脚还通过电阻R11与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与IGBT驱动器的驱动使能信号接口相连，所述的三极管Q3的集电极同时通过电阻R8连接有5V电源；所述的三极管Q3的发射极与电源VEE相连；所述的运放U1A的第四引脚与电源VEE相连，所述的运放U1A的第四引脚同时通过电阻R9与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第八引脚连接有5V电源，运放U1A的第八引脚同时通过电容C3连接有电源VEE；运放U1A的第二引脚依次通过稳压管U2和电阻R12后与电源VCC相连，稳压管U2的正极还连接有电源VEE；所述的中央处理器MCU上的复位信号输出端通过电阻R5和电阻R6后与电源VEE相连，电阻R5和电阻R6之间的节点处与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极与电源VEE相连；三极管Q2的集电极与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第一引脚还通过二极管D3和电阻R7与运放U1A的第三引脚相连。

作为优选，所述的采样电阻R17为1％精度的康铜丝。

采用上述结构后，本发明具有如下优点：当电压高于基准稳压值(VCC/2)时，比较器输出饱和VCC电压，输出的VCC电压通过D3和R7反馈到U1A运放的同相端，这样比较器会“自锁”在正向输出饱和电压VCC的状态，输出电压使Q3三极管导通，进而使IGBT驱动模块使能引脚拉低，从而关闭IGBT，这样在硬件上实现了第一层的保护，与此同时比较器的输出电压通过R3送至MCU检测口，软件捕获高电平后再进行软件关闭IGBT驱动控制信号实现第二层的过流保护；如果整车发来故障清除信号，MCU过流硬件复位引脚输出高电平使Q2三极管导通，运放U1A同相输入脚(3pin)被拉到低电平，实现了比较电路(U1A、U2、R12、R15、R16和C3组成)解锁即复位功能，这样过流检测电路又能正常工作了。

综上所述，本发明提供了一种采样精度高、响应时间快，软硬件双重保护、对PCBLayout要求不高的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路。

附图说明

图1是本发明中PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1，一种PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路，它包括中央处理器MCU、IGBT驱动器、PTC电阻包、运放U1A、运放U1B、IGBT管Q1和采样电阻R17；所述的中央处理器MCU与IGBT驱动器电连接，所述的IGBT驱动器的信号输出端与IGBT管Q1的门极相连；所述的IGBT管Q1集电极与PTC电阻包相连，所述的PTC电阻包连接有电源；所述的IGBT管Q1的发射极通过二极管D1与门极单向连接；所述的IGBT驱动器的信号输出端通过电阻R2连接有电源VEE；所述的采样电阻R17的一端连接有电源VEE，另一端通过电阻R13与运放U1B的第五引脚相连，所述的采样电阻R17同时与IGBT管Q1的发射极相连；所述的运放U1B的第六引脚通过电阻R18连接有电源VEE，所述的运放U1B的第六引脚还依次通过电阻R16和电阻R10与运放U1A的第三引脚相连，所述的电阻R16上并联有电容C4；所述的电阻R18与电源VEE之间还通过二极管D5与电阻R16和电阻R10之间的节点相连；所述的运放U1A的第一引脚通过电阻R3与中央处理器MCU的反馈信号输入端相连，所述的运放U1A的第一引脚还通过电阻R11与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与IGBT驱动器的驱动使能信号接口相连，所述的三极管Q3的集电极同时通过电阻R8连接有5V电源；所述的三极管Q3的发射极与电源VEE相连；所述的运放U1A的第四引脚与电源VEE相连，所述的运放U1A的第四引脚同时通过电阻R9与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第八引脚连接有5V电源，运放U1A的第八引脚同时通过电容C3连接有电源VEE；运放U1A的第二引脚依次通过稳压管U2和电阻R12后与电源VCC相连，稳压管U2的正极还连接有电源VEE；所述的中央处理器MCU上的复位信号输出端通过电阻R5和电阻R6后与电源VEE相连，电阻R5和电阻R6之间的节点处与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极与电源VEE相连；三极管Q2的集电极与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第一引脚还通过二极管D3和电阻R7与运放U1A的第三引脚相连。所述的中央处理器MCU为单片机。

作为优选，所述的采样电阻R17为1％精度的康铜丝。

本发明涉及的双重保护电路在具体实施于新能源汽车PTC水加热器智能过流检测时，它包括1％精度的康铜丝采样电阻将电流信号转化为电压信号，送至由U1B、R13、R15、R16和C4组成的放大电路，放大1+R16/R15的倍数后的信号送至由U1A、U2、R12、R15、R16和C3组成的比较器电路，当电压高于基准稳压值(VCC/2)时，比较器输出饱和VCC电压，输出的VCC电压通过D3和R7反馈到U1A运放的同相端，这样比较器会“自锁”在正向输出饱和电压VCC的状态，输出电压使Q3三极管导通，进而使IGBT驱动模块使能引脚拉低，从而关闭IGBT，这样在硬件上实现了第一层的保护，与此同时比较器的输出电压通过R3送至MCU检测口，软件捕获高电平后再进行软件关闭IGBT驱动控制信号实现第二层的过流保护；如果整车发来故障清除信号，MCU过流硬件复位引脚输出高电平使Q2三极管导通，运放U1A同相输入脚(3pin)被拉到低电平，实现了比较电路(U1A、U2、R12、R15、R16和C3组成)解锁即复位功能，这样过流检测电路又能正常工作了。综上所述，本发明提供了一种采样精度高、响应时间快，软硬件双重保护、对PCBLayout要求不高的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路。所述的PCBLayout为电路原理图绘制软件，本专利申请中所述的对PCBLayout要求不高，是指在电路原理图绘制时对元器件的位置布局没有额外的特别限制。需要特别说明的是，本发明公开的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路主要是保护产品内部IGBT这个器件，而不是保护PTC电阻器。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路，其特征在于：它包括中央处理器MCU、IGBT驱动器、PTC电阻包、运放U1A、运放U1B、IGBT管Q1和采样电阻R17；所述的中央处理器MCU与IGBT驱动器电连接，所述的IGBT驱动器的信号输出端与IGBT管Q1的门极相连；所述的IGBT管Q1集电极与PTC电阻包相连，所述的PTC电阻包连接有电源；所述的IGBT管Q1的发射极通过二极管D1与门极单向连接；所述的IGBT驱动器的信号输出端通过电阻R2连接有电源VEE；所述的采样电阻R17的一端连接有电源VEE，另一端通过电阻R13与运放U1B的第五引脚相连，所述的采样电阻R17同时与IGBT管Q1的发射极相连；所述的运放U1B的第六引脚通过电阻R18连接有电源VEE，所述的运放U1B的第六引脚还依次通过电阻R16和电阻R10与运放U1A的第三引脚相连，所述的电阻R16上并联有电容C4；所述的电阻R18与电源VEE之间还通过二极管D5与电阻R16和电阻R10之间的节点相连；所述的运放U1A的第一引脚通过电阻R3与中央处理器MCU的反馈信号输入端相连，所述的运放U1A的第一引脚还通过电阻R11与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的集电极与IGBT驱动器的驱动使能信号接口相连，所述的三极管Q3的集电极同时通过电阻R8连接有5V电源；所述的三极管Q3的发射极与电源VEE相连；所述的运放U1A的第四引脚与电源VEE相连，所述的运放U1A的第四引脚同时通过电阻R9与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第八引脚连接有5V电源，运放U1A的第八引脚同时通过电容C3连接有电源VEE；运放U1A的第二引脚依次通过稳压管U2和电阻R12后与电源VCC相连，稳压管U2的正极还连接有电源VEE；所述的中央处理器MCU上的复位信号输出端通过电阻R5和电阻R6后与电源VEE相连，电阻R5和电阻R6之间的节点处与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的发射极与电源VEE相连；三极管Q2的集电极与运放U1A的第三引脚相连；运放U1A的第一引脚还通过二极管D3和电阻R7与运放U1A的第三引脚相连。

2.根据权利要求1所述的PTC水加热器过流检测软硬件双重保护电路，其特征在于：所述的采样电阻R17为1％精度的康铜丝。