CN112821725B - 一种常通型固态功率控制器 - Google Patents

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Abstract

一种常通型固态功率控制器，包括：控制电路和功率电路组成；控制电路将偏置电源隔离传送到内部，供产品内部电路(如MOSFET驱动控制芯片)使用；将脉冲控制指令锁存、变换成电平指令，向驱动电路下发通断指令；功率电路由耗尽型MOSFET并联组成，确保产品配电输出可靠性。本发明可以保证低阻常通，满足智能配电系统对负载配电输出可靠性的需求。

Description

一种常通型固态功率控制器
技术领域
本发明涉及一种常通型固态功率控制器，特别是通过功率MOSFET器件，利用本征物理特性，实现功率输入输出低阻常通的固态功率控制器。
背景技术
配电系统输出可靠性决定着载荷任务是否能够顺利完成。随着载荷数量、品种朝着多样化、复杂化方向发展，配电系统输出可靠性要求逐年提高。
目前提高配电系统的输出可靠性大多通过多余度冗余策略确保I度，甚至II度故障条件下，配电仍能确保可靠输出。在确保输出可靠性的同时，增大了配电系统的复杂性和重量，不能满足型号小型化发展的趋势。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服传统配电系统中固态配电部分的输出可靠性受到二次电源或控制电路可靠性的制约，提供一种常通型固态功率控制器，在二次电源或控制电路异常时，功率输出可以保证低阻常通，满足智能配电系统对负载配电输出可靠性的需求。
本发明的技术方案是：
一种常通型固态功率控制器，包括：控制电路和功率电路；
控制电路：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过逻辑转换产生功率通断指令VG并传输给功率电路；采集功率电路中固态开关的通断状态，生成开关状态反馈信号S1并传输给外部的上一级控制系统；
功率电路：接收控制电路传输的功率通断指令VG；功率通断指令VG用于控制功率电路接通或断开；在功率电路接通情况下，功率电路向外部输出配电输出电压VOUT。
控制电路包括：电源隔离及控制变换模块U1和MOSFET驱动控制芯片U2；
电源隔离及控制变换模块U1：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过偏置电压生成内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2，并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；根据控制通断指令进行内部脉冲锁存，产生电平控制指令CTL并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；
MOSFET驱动控制芯片U2：接收电源隔离及控制变换模块U1传输的内部电源负电压VDD1、内部电源正电压VDD2以及电平控制指令CTL；根据电平控制指令CTL产生功率通断指令VG或根据内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2产生功率通断指令VG。
电源隔离及控制变换模块U1接收到脉冲形式的控制通断指令为接通指令CTLON时，电平控制指令CTL输出为低电平；U1接收到脉冲形式的控制通断指令为关断指令CTLOFF时，电平控制指令CTL输出为高电平。
MOSFET驱动控制芯片U2包括：逻辑控制电路、电压检测/复位控制电路和驱动输出电压模块；
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为高电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生-12V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路关断；
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为低电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生0V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
内部电源负电压VDD1作为驱动输出电压电路和电压检测/复位控制电路的供电；内部电源正电压VDD2作为逻辑控制电路的供电；
电压检测/复位控制电路根据内部电源负电压VDD1和内部电源负电压VDD2进行欠压检测，具体为：当内部电源负电压VDD1小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；当内部电源负电压VDD2小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向逻辑控制电路发送复位信号Rst1并同时向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；
驱动输出电压电路在接收到复位信号Rst2时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
在逻辑控制电路接收到复位信号Rst1时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通。
功率电路包括：MOSFETM1和MOSFETM2；
MOSFETM1和MOSFETM2均为耗尽型的金属氧化物半导体场效应管；
MOSFETM1的漏极和MOSFETM2的漏极用于接收外部供电电源Vin，MOSFETM1的栅极和MOSFETM2的栅极作为输入端用于接收功率通断指令VG，MOSFETM1的源极和MOSFETM2的源极作为输出端，向外部提供配电输出电压VOUT；
配电输出电压VOUT作为内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2的参考地。
电平控制指令CTL的取值范围为0Vd.c.～内部电源正电压VDD2；
功率通断指令VG的取值范围为内部电源负电压VDD1～0Vd.c.。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的固态功率控制器，利用耗尽型MOSFET的物理本征特性，在配电输出在控制电路不工作或异常时，保证低阻常通；提高了配电输出可靠性。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图；
图2是本发明MOSFET驱动电路框图。
具体实施方式
本发明一种常通型固态功率控制器，包括电源隔离及控制变换模块U1和MOSFET驱动控制芯片U2、耗尽型MOSFET芯片M1和M2。配电输出在控制电路不工作或异常时，保证低阻常通。常通型固态功率控制器由控制电路和功率电路组成；控制电路将偏置电源隔离传送到内部，供产品内部电路(如MOSFET驱动控制芯片)使用；将脉冲控制指令锁存、变换成电平指令，向驱动电路下发通断指令；功率电路由耗尽型MOSFET并联组成，确保产品配电输出可靠性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明一种常通型固态功率控制器，包括：控制电路和功率电路。
控制电路：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过逻辑转换产生功率通断指令VG并传输给功率电路；采集功率电路中固态开关的通断状态，生成开关状态反馈信号S1并传输给外部的上一级控制系统；
功率电路：接收控制电路传输的功率通断指令VG；功率通断指令VG用于控制功率电路接通或断开；在功率电路接通情况下，功率电路向外部输出可靠的配电输出电压VOUT。
控制电路包括：电源隔离及控制变换模块U1和MOSFET驱动控制芯片U2；
电源隔离及控制变换模块U1：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过偏置电压生成内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2，并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；根据控制通断指令进行内部脉冲锁存，产生电平控制指令CTL并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；
MOSFET驱动控制芯片U2：接收电源隔离及控制变换模块U1传输的内部电源负电压VDD1、内部电源正电压VDD2以及电平控制指令CTL；根据电平控制指令CTL产生功率通断指令VG或根据内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2产生功率通断指令VG。电平控制指令CTL的取值范围为0Vd.c.～VDD2。功率通断指令VG的取值范围为VDD1～0Vd.c.。
电源隔离及控制变换模块U1接收到脉冲形式的控制通断指令为接通指令CTLON时，电平控制指令CTL输出为低电平；U1接收到脉冲形式的控制通断指令为关断指令CTLOFF时，电平控制指令CTL输出为高电平。
如图2所示，MOSFET驱动控制芯片U2包括：逻辑控制电路、电压检测/复位控制电路和驱动输出电压模块。
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为高电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生-12V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路关断；
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为低电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生0V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
内部电源负电压VDD1作为驱动输出电压电路和电压检测/复位控制电路的供电；内部电源正电压VDD2作为逻辑控制电路的供电；
电压检测/复位控制电路根据内部电源负电压VDD1和内部电源负电压VDD2进行欠压检测，具体为：当内部电源负电压VDD1小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；当内部电源负电压VDD2小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向逻辑控制电路发送复位信号Rst1并同时向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；
驱动输出电压电路在接收到复位信号Rst2时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
在逻辑控制电路接收到复位信号Rst1时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通。
功率电路包括：MOSFETM1和MOSFETM2；
MOSFETM1和MOSFETM2均为耗尽型的金属氧化物半导体场效应管；
MOSFETM1的漏极和MOSFETM2的漏极用于接收外部供电电源Vin，MOSFETM1的栅极和MOSFETM2的栅极作为输入端用于接收功率通断指令VG，MOSFETM1的源极和MOSFETM2的源极作为输出端，向外部提供配电输出电压VOUT；配电输出电压VOUT作为内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2的参考地。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种常通型固态功率控制器，其特征在于，包括：控制电路和功率电路；
控制电路：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过逻辑转换产生功率通断指令VG并传输给功率电路；采集功率电路中固态开关的通断状态，生成开关状态反馈信号S1并传输给外部的上一级控制系统；
功率电路：接收控制电路传输的功率通断指令VG；功率通断指令VG用于控制功率电路接通或断开；在功率电路接通情况下，功率电路向外部输出配电输出电压VOUT；
控制电路包括：电源隔离及控制变换模块U1和MOSFET驱动控制芯片U2；
电源隔离及控制变换模块U1：接收外部输入的偏置电压和控制通断指令；通过偏置电压生成内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2，并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；根据控制通断指令进行内部脉冲锁存，产生电平控制指令CTL并传输给MOSFET驱动控制芯片U2；
MOSFET驱动控制芯片U2：接收电源隔离及控制变换模块U1传输的内部电源负电压VDD1、内部电源正电压VDD2以及电平控制指令CTL；根据电平控制指令CTL产生功率通断指令VG和根据内部电源负电压VDD1、内部电源正电压VDD2产生功率通断指令VG；
电源隔离及控制变换模块U1接收到脉冲形式的控制通断指令为接通指令CTLON时，电平控制指令CTL输出为低电平；U1接收到脉冲形式的控制通断指令为关断指令CTLOFF时，电平控制指令CTL输出为高电平；
MOSFET驱动控制芯片U2包括：逻辑控制电路、电压检测/复位控制电路和驱动输出电压模块；
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为高电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生-12V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路关断；
逻辑控制电路在电平控制指令CTL为低电平时，向驱动输出电压电路发送关断指令Control，使驱动输出电压电路产生0V的电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
内部电源负电压VDD1作为驱动输出电压电路和电压检测/复位控制电路的供电；内部电源正电压VDD2作为逻辑控制电路的供电；
电压检测/复位控制电路根据内部电源负电压VDD1和内部电源负电压VDD2进行欠压检测，具体为：当内部电源负电压VDD1小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；当内部电源负电压VDD2小于额定值的80％时，电压检测/复位控制电路向逻辑控制电路发送复位信号Rst1并同时向驱动输出电压电路发送复位信号Rst2；
驱动输出电压电路在接收到复位信号Rst2时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通；
在逻辑控制电路接收到复位信号Rst1时，向外部的功率电路输出0伏电压信号作为功率通断指令VG，使功率电路接通。
2.根据权利要求1所述的一种常通型固态功率控制器，其特征在于，功率电路包括：MOSFETM1和MOSFETM2；
MOSFETM1和MOSFETM2均为耗尽型的金属氧化物半导体场效应管；
MOSFETM1的漏极和MOSFETM2的漏极用于接收外部供电电源Vin，MOSFETM1的栅极和MOSFETM2的栅极作为输入端用于接收功率通断指令VG，MOSFETM1的源极和MOSFETM2的源极作为输出端，向外部提供配电输出电压VOUT；
配电输出电压VOUT作为内部电源负电压VDD1和内部电源正电压VDD2的参考地。
3.根据权利要求2所述的一种常通型固态功率控制器，其特征在于：
电平控制指令CTL的取值范围为0Vd.c.～内部电源正电压VDD2；
功率通断指令VG的取值范围为内部电源负电压VDD1～0Vd.c.。
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