CN109412567A - 一种功率开关器件故障过程的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率开关器件故障过程的保护方法，该方法包括当功率开关IC出现故障时，集成在功率开关IC中的MOS管触发短路或过载保护，同时集成在功率开关IC内的SOA计时器启动计时；根据SOA计时器的计时时间判断故障存在的时间是否超过预设的故障自动排除时间的阈值，若是，进入保护模式(缩短开启时间和再次减小启动电流进行重启)，否则进入正常故障重启模式；判断重启后的功率开关IC的故障是否解除，若是，则功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转进入保护模式。通过上述方案，本发明达到了保证MOS管长期处于故障状态下的安全性的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种功率开关器件故障过程的保护方法
技术领域
本发明属于功率开关领域，具体地讲，是涉及一种功率开关器件故障过程的保护方法。
背景技术
当功率开关IC中集成的晶体场效应管MOS管工作在安全区间以外时，其他与MOS管连接构成功率开关IC的器件重则因应力过大瞬间烧毁，轻则经过一定时间或者次数的冲击后性能衰退，最终老化失效。作为功率开关或电子保险丝等使用的MOS管，为了获得一定的带载(容性)启动性能，当IC启动/过载恢复或者短路时，器件可能会存在短暂的存在安全区间以外的工作区域，虽然器件短时间不会出问题，但长久工作下去器件面临失效烧毁的风险，即使现有的一些IC在启动/过载恢复或者短路等异常情况时，没有自动恢复功能，遇到故障时直接锁定，需要IC重启解除，没有相应的保护措施，异常状态下器件寿命短(若短路过载状态一直得不到解除，且IC又长期工作在重启模式下，即短暂的工作在安全区间以外区域，经过一定时间后，内部功率管存在性能衰退，并可能导致短路，起火等安全隐患)，因此如何在故障发生时对器件进行保护是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率开关器件故障过程的保护方法，主要解决现有技术中存在的功率开关在发生故障的过程中，其他器件面临失效烧毁的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种功率开关器件故障过程的保护方法，包括如下步骤：
(1)当功率开关IC出现故障时，集成在功率开关IC中的MOS管触发短路或过载保护，同时集成在功率开关IC内的SOA计时器启动计时；
(2)根据SOA计时器的计时时间判断故障存在的时间是否超过预设的故障自动排除时间的阈值，若是，则执行步骤(4)，否则进行下一步；
(3)进入正常故障重启模式，进行故障自动排除；
(4)进入保护模式，通过缩短开启时间和减小启动电流对所述出现故障的功率开关IC进行重启；
(5)判断重启后的功率开关IC的故障是否解除，若是，则功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(4)。
进一步地，所述步骤(2)中的预设的故障自动排除时间满足不大于120s。
进一步地，所述步骤(3)中进行故障自动排除的过程如下：
(3a)所述出现故障的功率开关IC以正常开启时间和启动电流进行重启；
(3b)判断功率开关IC是否重启成功，若是，则所述功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(2)。
优选地，所述步骤(3b)中，当跳转至步骤(2)的过程中，如果出现过流或短路，系统则自动关闭0.5s。
具体地，所述步骤|(4)中，缩短后的开启时间不低于正常状态的千分之五，缩短后的开启电流至少为正常开启电流的二分之一。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在故障初期保留功率开关的性能，当SOA计时器判断故障存在时间超过正常范围时，系统会降低启动/恢复性能(无负载依然可以恢复)，降低开启时间，降低开启电流，然后判断是否已经解除相应的故障，解除后则恢复到正常工作模式，SOA计时器重置，如果没有解除，SOA计时器重新计时并判断是否超时，从而保证MOS管长期处于故障状态下的安全性，避免MOS管老化烧毁导致发热，起火等安全隐患，从而提高了器件IC的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的系统结构流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，一种功率开关器件故障过程的保护方法，包括如下步骤：
(1)当功率开关IC出现故障时，集成在功率开关IC中的MOS管触发短路或过载保护，同时集成在功率开关IC内的SOA计时器启动计时；
(2)根据SOA计时器的计时时间判断故障存在的时间是否超过预设的故障自动排除时间的阈值(120s)，若是，则执行步骤(4)，否则进行下一步；
(3)进入正常故障重启模式，进行故障自动排除，具体步骤为：
(3a)所述出现故障的功率开关IC以正常开启时间和启动电流进行重启；
(3b)判断功率开关IC是否重启成功，若是，则所述功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(2)。
(4)进入保护模式，通过缩短开启时间和减小启动电流对所述出现故障的功率开关IC进行重启；
(5)判断重启后的功率开关IC的故障是否解除，若是，则功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(4)。
通过识别异常状态维持的时间，处于启动/过载恢复或者短路时，系统会正常尝试重启动并开始计时，在120s内若故障能解除，系统能自动恢复启动且故障计时器SOA会清零。
在SOA计时器没有超过120s的时间内，IC将以正常的启动电流和开启时间尝试再次启动(例如开启1.5ms，关闭0.5s，峰值电流保持不变)，若启动成功，则SOA计时器重置(停止计时并清零)。如故障持续存在且超过120s，SOA计时器停止计时，并保留超时标志，系统将工作在缩短开启时间与峰值电流的模式下直到故障解除，故障一旦解除，就需要持续故障120s才能进入特定的保护模式，上述设置是为了保护系统长时间处于过载或者断路的情况，整个系统仍能安全的运行，从而保证IC不被老化烧掉。
当SOA计时器计时超时(计满120s停止，保留超时标志位)，系统将大幅缩短启动时间并降低峰值电流以维持安全的工作区域，当SOA计时器超时，IC将大幅缩短开启时间与启动电流(例如开启时间降低到200us，启动电流降低到0.5倍峰值电流)，以保证在长期异常的情况下MOS管的可靠性，如果故障一直得不到解除，IC将一直工作在此循环内。需要注意的是，在该模式下，若故障解除且负载电流足够小时，IC可以成功启动并清零SOA计时器。当短路或过载解除时，恢复正常的工作模式，退出故障模式，SOA计时器重置。
通过上述保护方法，在功率开关故障初期保留系统的性能，当故障存在时间超过正常范围时，系统会降低启动/恢复性能(无负载依然可以恢复)，降低开启时间，降低开启电流，保证MOS管长期处于故障状态下的安全性，避免MOS管老化烧毁导致发热，起火等安全隐患。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种功率开关器件故障过程的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)当功率开关IC出现故障时，集成在功率开关IC中的MOS管触发短路或过载保护，同时集成在功率开关IC内的SOA计时器启动计时；
(2)根据SOA计时器的计时时间判断故障存在的时间是否超过预设的故障自动排除时间的阈值，若是，则执行步骤(4)，否则进行下一步；
(3)进入正常故障重启模式，进行故障自动排除；
(4)进入保护模式，通过缩短开启时间和减小启动电流对所述出现故障的功率开关IC进行重启；
(5)判断重启后的功率开关IC的故障是否解除，若是，则功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的一种功率开关器件故障过程的保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中的预设的故障自动排除时间满足不大于120s。
3.根据权利要求2所述的一种功率开关器件故障过程的保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中进行故障自动排除的过程如下：
(3a)所述出现故障的功率开关IC以正常开启时间和启动电流进行重启；
(3b)判断功率开关IC是否重启成功，若是，则所述功率开关IC正常启动并清零所述SOA计时器，否则跳转至步骤(2)。
4.根据权利要求3所述的一种功率开关器件故障过程的保护方法，其特征在于，所述步骤(3b)中，当跳转至步骤(2)的过程中，如果出现过流或短路，系统则自动关闭0.5s。
5.根据权利要求4所述的一种功率开关器件故障过程的保护方法，其特征在于，所述步骤|(4)中，缩短后的开启时间不低于正常状态的千分之五，缩短后的开启电流至少为正常开启电流的二分之一。
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