CN108616267A - 具有phm功能的可并联配置的智能低边功率开关 - Google Patents

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田泽
惠晓强
杨宁
邵刚
刘敏侠
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Abstract

本发明属于集成电路设计领域，涉及一种具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，包括：N沟道MOSFET，其特征在于，还包括驱动N沟道MOSFET的电荷泵、均流检测和控制电路、工作模式控制/故障状态寄存器和控制逻辑电路。本发明通过集成电路的手段，将低边功率开关技术、过流过压过热保护技术、串行通信技术、负载均流技术结合起来实现具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关。它实现了功率器件的完善保护，故障模式和信息获取、为PHM提供信息，针对不同的负载进行在线可配置，为自适应接口和智能远程接口单元提供技术手段和物理基础。

Description

具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，涉及一种具有故障预测与健康管理(PHM)功能的可并联配置的智能低边功率开关。
背景技术
飞机弹载环境下，有许多负载如电动机、阀门等设备需要通过低边功率开关控制其打开和闭合，目前主流的方式是根据负载大小，选择相应参数的功率器件，通过计算机控制N沟道MOSFET、继电器或接触器来实现主功能，辅之过压和过流防护电路进行保护，但这种实现方式需要的元器件多，占用板面积大，可靠性不高，无法实现过热保护，出现故障时，控制计算机也无法获取故障模式，无法实现功率输出器件的可配置并联使用等。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，可根据系统中需要处理的离散量输出功率选择配置，实现机弹载计算机驱动以及智能远程接口单元接口驱动的在线可配置并联输出。
进一步的，实现过压保护、过流保护、负载开路检测、过热保护、地短路保护、获取故障模式。
本发明是通过集成电路的手段，将低边功率输出技术、过流过压过热保护技术、串行通信技术、负载均流技术结合起来实现的具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关。
一种具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，包括：N沟道MOSFET、驱动N沟道MOSFET的电荷泵、均流检测和控制电路、工作模式控制/故障状态寄存器和控制逻辑电路；
所述的N沟道MOSFET为输出的开关管，可根据控制要求实现开通或关断；
所述的电荷泵为N沟道MOSFET开关管的驱动源，用于为开关管提供所需的驱动电压；
所述的工作模式控制/故障状态寄存器,用于工作模式选择和各种故障状态的保存记录；
所述的均流检测和控制电路，用于检测N沟道MOSFET开关管的实际负载电流和均流控制；
所述控制逻辑电路，用于控制电荷泵以驱动开关管的开关，根据均流检测和控制电路的检测结果以及工作模式控制N沟道MOSFET开关管的工作电流大小；
上述部件均集成在集成电路上。
工作模式指的是本发明具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关单独工作，或者与另一个本发明低边功率开关并联工作，并联电路的数量为2、3、4…。
进一步的，还包括过压保护电路、过流保护电路、负载开路检测电路、过热保护电路、地短路保护电路；
所述的过压保护电路钳制电压到设定值以内，防止外部电压过高，烧毁或击穿电路；
所述的过流保护电路，当出现过流时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在寄存器中，供读取和分析；
所述的负载开路检测电路，实现负载开路状态的检测，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的过热保护电路，实时测量电路内部的温度，超过设定温度时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的地短路检测，实现对地短路状态的检测，当对地短路时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述控制逻辑电路，用于上述电路各种故障状态下对电路的控制保护。
工作模式控制/故障状态寄存器中的故障信息提供方式，一是通过离散量接口ST输出，另一种是通过SPI总线输出。
本发明所具有特点：
1、本发明提出了一种具有完善保护功能以及PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关技术，该设计完全的集成化，功能强大，体积小，功耗小，保护功能完善。
2、本发明是实现负载在线可配置的关键技术，是实现计算机自动化功率控制以及远程接口单元智能化功率控制的关键。
3、本发明能够大大提高机弹载计算机产品和系统的可靠性和安全性。
4、能够实现功率器件的完整保护，各种故障模式和信息获取、为PHM提供有效信息，针对不同的功率负载进行在线可配置，为自适应接口和智能远程接口单元提供技术手段和物理基础。
附图说明：
图1是本发明工作模式为两个电路并联工作的示意图
具体实施方式
一种具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，包括：N沟道MOSFET、驱动N沟道MOSFET的电荷泵、均流检测和控制电路、工作模式控制/故障状态寄存器和控制逻辑电路；
所述的N沟道MOSFET为功率输出的开关管，可根据控制要求实现开通或关断；
所述的电荷泵为N沟道MOSFET开关管的驱动源，用于为开关管提供所需的驱动电压；
所述的工作模式控制/故障状态寄存器,用于工作模式选择和各种故障状态的保存记录；
所述的均流检测和控制电路，用于检测N沟道MOSFET开关管的实际负载电流和均流控制；
所述控制逻辑电路，用于控制电荷泵以驱动开关管的开关，根据均流检测和控制电路的检测结果以及工作模式控制N沟道MOSFET开关管的工作电流大小；
上述部件均集成在集成电路上。
工作模式指的是本发明具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关单独工作，或者与另一个本发明低边功率开关并联工作，并联电路的数量为2、3、4…。
进一步的，还包括过压保护电路、过流保护电路、负载开路检测电路、过热保护电路、地短路检测电路；
所述的过压保护电路钳制电压到设定值以内，防止外部电压过高，烧毁或击穿电路；
所述的过流保护电路，当出现过流时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在寄存器中，供读取和分析；
所述的负载开路检测电路，实现负载开路状态的检测，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的过热保护电路，实时测量电路内部的温度，超过设定温度时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的地短路检测，实现对地短路状态的检测，当对地短路时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述控制逻辑电路，用于上述电路各种故障状态下对电路的控制保护；
工作模式控制/故障状态寄存器中的故障信息提供方式，一是通过离散量接口ST输出，另一种是通过SPI总线输出。
工作过程如下：
上电后电路进入初始复位模式，寄存器恢复默认值，电路默认禁止输出。此时供电电压通过与设定的阈值进行比较判断是否输入正常，如低于阈值规定的最低电压，电路则一直处于复位状态，电路禁止输出，如果供电电压在大于该阈值，则电路供电正常。电路通过主机接口与上位机进行通信，上位机通过串行总线对电路中的工作模式控制寄存器进行配置。电路进行自检测模式，电路中各功能模块自检(过流检测、过压检测、过热检测、负载开路检测、地短路检测)，检测结果存入故障状态寄存器中，同时对故障状态接口置位。若自检测结果正常，则电路进入正常工作控制驱动输出模式。若自检测结果有故障，则N沟道MOSFET禁止输出，然后电路进入故障排查处理模式，读取故障状态寄存器的故障状态字，根据预先定义的故障状态进行分析排查。
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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，包括：N沟道MOSFET，其特征在于，还包括驱动N沟道MOSFET的电荷泵、均流检测和控制电路、工作模式控制/故障状态寄存器和控制逻辑电路；
所述的N沟道MOSFET为输出的开关管，可根据控制要求实现开通或关断；
所述的电荷泵为N沟道MOSFET开关管的驱动源，用于为开关管提供所需的驱动电压；
所述的工作模式控制/故障状态寄存器,用于工作模式选择和各种故障状态的保存记录；
所述的均流检测和控制电路，用于检测N沟道MOSFET开关管的实际负载电流和均流控制；
所述控制逻辑电路，用于控制电荷泵以驱动N沟道MOSFET开关管的开关，根据均流检测和控制电路的检测结果以及工作模式控制N沟道MOSFET开关管的工作电流大小；
上述部件均集成在集成电路上。
2.根据权利要求1所述的具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，其特征在于，还包括过压保护电路、过流保护电路、负载开路检测电路、过热保护电路、地短路保护电路；
所述的过压保护电路钳制电压到设定值以内，防止外部电压过高，烧毁或击穿电路；
所述的过流保护电路，当出现过流时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在寄存器中，供读取和分析；
所述的负载开路检测电路，实现负载开路状态的检测，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的过热保护电路，实时测量电路内部的温度，超过设定温度时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述的地短路保护，实现对地短路状态的检测，当对地短路时，将状态信息提供给控制逻辑电路，以控制关断N沟道MOSFET开关管，同时将故障信息记录在故障状态寄存器中，供读取和分析；
所述控制逻辑电路，用于上述电路各种故障状态下对电路的控制保护。
3.根据权利要求1或2所述的具有PHM功能的可并联配置的智能低边功率开关，其特征在于，工作模式控制/故障状态寄存器中的故障信息提供方式，一是通过离散量接口ST输出，另一种是通过SPI总线输出。
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