CN207426963U - 分离并联驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分离并联驱动电路，其包含控制单元、驱动单元、均流单元、电流采集及保护单元、过压保护单元及负载，电流采集及保护单元包括保护管和电流采样电阻，控制单元的一端分别与驱动单元的第一端和保护管的第二端电连接，驱动单元的第二端分别与过压保护单元的一端和负载的一端电连接，驱动单元的第三端与均流单元的第一端电连接，均流单元第二端与保护管的第一端电连接，保护管的第三端连接接地，保护管的第一端通过电流采样电阻接地，负载的另一端与负载电源的正极连接，负载的一端还与过压保护单元的一端电连接，过压保护单元的另一端接地，控制单元的另一端接地。该电路具有封装小、发热量低和成本低的特点。

Description

分离并联驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路，具体而言，涉及一种分离并联驱动电路。

背景技术

质子交换膜燃料电池由于零污染、高效率、常温反应稳定可控等优点被广泛应用于汽车和轨道交通领域。燃料电池微控制单元是燃料电池系统的关键零件，其I/O输出端口需要有过流、过压保护功能及故障消除自动恢复功能。目前燃料电池微控制单元大部分采用智能功率芯片，如果方案变化会导致智能功率芯片大量积压，因而使用该智能功率芯片成本高。

鉴于上述分析，期望提供一种新型分离并联驱动电路，其具有均流功能，且具有故障消除自动恢复功能和智能化特点，可靠性高成本低。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种新型分离并联驱动电路，用于克服现有技术的缺陷。本实用新型的目的通过以下方案得以实现。

本实用新型的一个实施方式提供了一种分离并联驱动电路，其中所述分离并联驱动电路包含控制单元、驱动单元、均流单元、电流采集及保护单元、过压保护单元及负载，控制单元包括微控制单元、第一限流分压电阻和第二限流分压电阻，微控制单元的I/O端口通过依次连接的第一限流分压电阻和第二限流分压电阻接地，电流采集及保护单元包括保护管和电流采样电阻，微控制单元的I/O端口通过第一限流分压电阻分别与驱动单元的第一端和保护管的第二端电连接，驱动单元的第二端分别与过压保护单元的一端和负载的一端电连接，驱动单元的第三端与均流单元的第一端电连接，均流单元第二端与保护管的第一端电连接，保护管的第三端连接接地，保护管的第一端通过电流采样电阻接地，负载的另一端与负载电源的正极连接，负载的一端还与过压保护单元的一端电连接，过压保护单元的另一端接地。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中驱动单元包括三个并联的驱动管，驱动管为NPN型的三极管，驱动管的第一端为基极，驱动管的第二端为集电极，驱动管的第三端为发射极。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中保护管为NPN型的三极管，保护管的第一端为基极，保护管的第二端为集电极，保护管的第三端为发射极。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中均流单元包括三个均流电阻，三个均流电阻的第一端分别与相应驱动管的发射极电连接三个均流电阻的第二端与保护管的基极电连接。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中负载为电阻、电容或电感，负载的一端与驱动管的集电极和过压保护单元的一端电连接。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中过压保护单元为TVS管，TVS管的一端与驱动管的集电极和负载的一端电连接，TVS管的另一端接地。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中当微控制单元通过I/O端口输出高电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压和电流限制，多个驱动管的基极电平由低电平变为高电平，多个驱动管开启，驱动负载正常工作；此时，负载电源电压值未超过TVS管的电压保护限值，TVS管处于截止状态；负载电流通过电流采样电阻，在电流采样电阻上的电压降未达到过流保护的限值，保护管处于关断状态；分离并联驱动电路工作正常。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中当微控制单元的I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压及电流限制，此时，多个并联的驱动管的基极电平由高电平变为低电平，多个驱动管关闭，负载停止工作；此时，负载电源电压值未超过TVS保护的限值，TVS管处于截止状态；采样电阻上的电压降未达到电压过流保护限值，保护管处于关断状态；驱动单元关断工作正常。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中当微控制单元的I/O端口输出高电平时，并联驱动管的基极电平由低变为高，多个驱动管开启，负载正常工作时，通过给每个驱动管串联均流电阻来实现驱动管的均流目的。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中当微控制单元的I/O端口输出高电平时，多个驱动管的基极电平由低变为高，多个驱动管开启，驱动负载正常工作，如果负载出现异常情况，负载电流突然增加，通过电流采样电阻的电压降也会随之增加，当电流采样电阻的电压降超过保护管的开启电压后，保护管开启，此时，保护管的集电极电压降低至零，驱动管的基极电压由于和保护管的集电极为同一电势点，驱动管随之关断，从而保护驱动管由于过流发热而烧毁，当负载故障消除后，通过电流采样电阻的电压降也会随之降低至保护管的开启电压限值以下，驱动管自动恢复正常功能。

根据本实用新型的上述一个实施方式提供的分离并联驱动电路，其中如果负载为感性负载，当在感性负载关断的时候，由于电磁感应，在感性负载的两端出现感应电动势，当微控制单元的I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压及电流限制，此时多个驱动管的基极电平由高变为低，多个驱动管关闭，感性负载电流出现突变，在感性负载的两端出现感应电动势，感应电动势超过TVS保护的限值，TVS管把其两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收瞬间电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点在于：可根据需要并联多个驱动管，驱动不同的负载，具有成本低，灵活可变的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：并联的多个驱动管能够与均流单元连接，消除驱动管因个体差异导致的缺陷，具有应用范围广，可实现批量生产的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：采用了过流保护单元，当故障消除后，多个并联的驱动管能够自动恢复，具有智能化的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：过压保护单元采用TVS管的保护方案，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力，从而保护分离并联驱动电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，确保分离并联驱动电路的高效性和可靠性。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：整个驱动单元采用常用的分离器件实现，具有封装小、发热量低和成本低的特点，可广泛应用在燃料电池车等领域的需要有保护功能的驱动方面。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施方式的分离并联驱动电路结构示意图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

图1示出了根据本实用新型一个实施方式的分离并联驱动电路结构示意图。如图1所示，分离并联驱动电路包含控制单元1、驱动单元2、均流单元3、电流采集及保护单元4、过压保护单元5及负载6，控制单元1包括微控制单元MCU、第一限流分压电阻R100和第二限流分压电阻R101，微控制单元的I/O端口通过依次连接的第一限流分压电阻R100和第二限流分压电阻R101接地，电流采集及保护单元4包括保护管Q104和电流采样电阻R105，微控制单元的I/O端口通过第一限流分压电阻R100分别与驱动单元2的第一端和保护管Q104的第二端电连接，驱动单元2的第二端分别与过压保护单元5的一端和负载6的一端电连接，驱动单元2的第三端与均流单元3的一端电连接，均流单元的另一端端与保护管的第一端电连接，保护管Q104的第三端连接接地，保护管Q104的第一端通过电流采样电阻R105接地GND，负载6的另一端与负载电源BATT的正极连接，负载6的一端还与过压保护单元5的一端电连接，过压保护单元5的另一端接地GND。

具体而言，如图1所示，控制单元1包括微控制单元(MCU)、第一分压限流电阻R100和第二分压限流电阻R101，MCU的I/O端口与第一分压限流电阻R100的一端连接，第一分压限流电阻R100的另一端通过第二分压限流电阻R101与大地连接。MCU根据控制的逻辑需求，输出相应的控制信号。第一分压限流电阻R100和第二分压限流电阻R101起限流作用，防止MCU的I/O端口过流烧毁，同时为负载提供基准驱动电流并保证功率驱动管的可靠工作，防止出现误导通现象。

具体而言，如图1所示，驱动单元2包括三个放大倍数相同的并联驱动管Q101、Q102、Q103，例如NPN型的三级管。具体而言，三个驱动管的集电极并联在一起，三个驱动管的基极均与第一分压限流电阻R100的另一端和保护单元4的集电极电连接，三个驱动管的发射极均与均流单元3电连接，三个驱动管的集电极均与过压保护单元5和负载6电连接。

具体而言，如图1所示，均流单元3包括三个并联的型号相同的均流电阻R102、R103和R104,三个驱动管的发射极分别与相应的均流电阻R102、R103和R104的一端电连接，三个均流电阻R102、R103和R104的另一端均与保护单元4的基极电连接。

具体而言，如图1所示，保护单元4包括电流采样电阻R105和保护管Q104，保护管Q104的集电极与第一分压限流电阻R100的另一端和三个驱动管的基极连接，保护管Q104的发射极接地GND，保护管Q104的基极与三个均流电阻R102、R103和R104的另一端连接并通过电流采样电阻R105接地。电流采样电阻R105采集负载L100的电流，当电流采样电阻R105两端的电压降超过保护管Q104的导通限值时，保护管Q104导通同时三个驱动管关闭，防止驱动管由于过流而损坏。当负载故障消除后，三个驱动管自动恢复正常功能。

具体而言，过压保护单元5采用TVS管，用于防止感性负载L100在关断的时候出现的反向电动势对三个驱动管的冲击。TVS管具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护驱动单元元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

负载6可以包括阻性、容性或者感性负载，负载的一端接负载电源BATT的正极，负载的另一端与保护管Q104的集电极连接并与TVS管的一端连接，TVS管的另一端接地。

当MCU通过I/O端口输出高电平时，通过第一分压限流电阻R100和第二分压限流电阻R101的分压和电流限制，此时，多个并联的驱动管的基极电平由低电平变为高电平，驱动管Q101、Q102、Q103开启，驱动负载正常工作；此时，负载电源电压值未超过TVS管的电压保护限值，TVS管处于截止状态；负载电流通过电流采样电阻R105，在电流采样电阻R105上的电压降未达到过流保护的限值，保护管Q104处于关断状态；分离并联驱动电路工作正常，没有出现过流和过压问题。

当MCU的I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻R100和第二分压限流电阻R101的分压及电流限制，此时，多个并联的驱动管的基极电平由高电平变为低电平，驱动管Q101、Q102、Q103关闭，负载L100停止工作；此时，负载电源电压值未超过TVS保护的限值，TVS管处于截止状态；采样电阻R105上的电压降未达到电压过流保护限值，保护管Q104处于关断状态；驱动单元关断工作正常，没有出现过流、过压问题。

当MCU通过I/O端口输出高电平时，并联驱动管的基极电平由低变为高，驱动管Q101、Q102、Q103开启，驱动负载L100正常工作时，由于驱动管的个体差异，导致每个驱动管集电极电流不一致，通过给每个驱动管串联均流电阻来实现驱动管的均流目的，每个驱动管导通的压降很小，集电极电流由串联的均流电阻的大小决定，串联的均流电阻R102、R103、R104阻值、封装、功率及精度相同,从而实现了均流的功能，防止驱动管的损坏。

当MCU通过I/O端口输出高电平时，并联驱动管的基极电平由低变为高，驱动管Q101、Q102、Q103开启，驱动负载工作，如果负载L100出现异常情况，负载电流突然增加，通过电流采样电阻R105的电压降也会随之增加，当电压降超过保护管Q104的开启电压后，Q104开启，此时，Q104的集电极电压降低至零，驱动管的基极电压由于和保护管的集电极为同一电势点，驱动管随之关断，从而保护驱动管由于过流发热而烧毁。当负载故障消除后，通过电流采样电阻的电压降也会随之降低至保护管Q104的开启电压限值以下，驱动管自动恢复正常功能。

在本实用新型中，高电平是指I/O端口输出的电压在2.5-5V范围内，低电平是指I/O端口输出的电压在0-0.8V范围内。

如果负载为感性负载，当在负载关断的时候，由于电磁感应，在负载的两端出现很高的感应电动势，为了消除感应电动势对驱动管的电压冲击，必须采取保护措施。当MCU通过I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻R100和第二分压限流电阻R101的分压及电流限制，此时并联驱动管的基极电平由高变为低，驱动管Q101、Q102、Q103关闭，负载电流出现突变，在负载的两端出现感应电动势，感应电动势超过TVS保护的电压限值，TVS管以极高的速度(亚纳秒级响应时间)把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护驱动单元元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

在本实用新型中，高阻抗是指TVS管两端的阻抗值较高，使得过压保护单元5处于开路状态，例如大于几百兆欧。低阻抗是指TVS管两端的阻抗值较低，使得过压保护单元5处于短路状态，例如为大约几毫欧。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点在于：可根据需要并联多个驱动管，驱动不同的负载，具有成本低，灵活可变的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：并联的多个驱动管能够与均流单元连接，消除驱动管因个体差异导致的缺陷，具有应用范围广，可实现批量生产的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：采用了过流保护单元，当故障消除后，多个并联的驱动管能够自动恢复，具有智能化的优点。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：过压保护单元采用TVS管的保护方案，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力，从而保护分离并联驱动电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，确保分离并联驱动电路的高效性和可靠性。

本实用新型的分离并联驱动电路的优点还在于：整个驱动单元采用常用的分离器件实现，具有封装小、发热量低和成本低的特点，可广泛应用在燃料电池车等领域的需要有保护功能的驱动方面。

当然应意识到，虽然通过本实用新型的示例已经进行了前面的描述，但是对本实用新型做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本实用新型宽广范围内。因此，尽管本实用新型已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (11)

1.一种分离并联驱动电路，其特征所述，所述分离并联驱动电路包含控制单元、驱动单元、均流单元、电流采集及保护单元、过压保护单元及负载，控制单元包括微控制单元、第一限流分压电阻和第二限流分压电阻，微控制单元的I/O端口通过依次连接的第一限流分压电阻和第二限流分压电阻接地，电流采集及保护单元包括保护管和电流采样电阻，微控制单元的I/O端口通过第一限流分压电阻分别与驱动单元的第一端和保护管的第二端电连接，驱动单元的第二端分别与过压保护单元的一端和负载的一端电连接，驱动单元的第三端与均流单元的第一端电连接，均流单元第二端与保护管的第一端电连接，保护管的第三端连接接地，保护管的第一端通过电流采样电阻接地，负载的另一端与负载电源的正极连接，负载的一端还与过压保护单元的一端电连接，过压保护单元的另一端接地。

2.如权利要求1所述的分离并联驱动电路，其特征所述，驱动单元包括三个并联的驱动管，驱动管为NPN型的三极管，驱动管的第一端为基极，驱动管的第二端为集电极，驱动管的第三端为发射极。

3.如权利要求2所述的分离并联驱动电路，其特征所述，保护管为NPN型的三极管，保护管的第一端为基极，保护管的第二端为集电极，保护管的第三端为发射极。

4.如权利要求3所述的分离并联驱动电路，其特征所述，均流单元包括三个均流电阻，三个均流电阻的第一端分别与相应驱动管的发射极电连接三个均流电阻的第二端与保护管的基极电连接。

5.如权利要求4所述的分离并联驱动电路，其特征所述，负载为电阻、电容或电感，负载的一端与驱动管的集电极和过压保护单元的一端电连接。

6.如权利要求5所述的分离并联驱动电路，其特征所述，过压保护单元为TVS管，TVS管的一端与驱动管的集电极和负载的一端电连接，TVS管的另一端接地。

7.如权利要求6所述的分离并联驱动电路，其特征所述，当微控制单元通过I/O端口输出高电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压和电流限制，多个驱动管的基极电平由低电平变为高电平，多个驱动管开启，驱动负载正常工作；此时，负载电源电压值未超过TVS管的电压保护限值，TVS管处于截止状态；负载电流通过电流采样电阻，在电流采样电阻上的电压降未达到过流保护的限值，保护管处于关断状态；分离并联驱动电路工作正常。

8.如权利要求6所述的分离并联驱动电路，其特征所述，当微控制单元的I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压及电流限制，此时，多个并联的驱动管的基极电平由高电平变为低电平，多个驱动管关闭，负载停止工作；此时，负载电源电压值未超过TVS保护的限值，TVS管处于截止状态；采样电阻上的电压降未达到电压过流保护限值，保护管处于关断状态；驱动单元关断工作正常。

9.如权利要求6所述的分离并联驱动电路，其特征所述，当微控制单元的I/O端口输出高电平时，并联驱动管的基极电平由低变为高，多个驱动管开启，负载正常工作时，通过给每个驱动管串联均流电阻来实现驱动管的均流目的。

10.如权利要求6所述的分离并联驱动电路，其特征所述，当微控制单元的I/O端口输出高电平时，多个驱动管的基极电平由低变为高，多个驱动管开启，驱动负载正常工作，如果负载出现异常情况，负载电流突然增加，通过电流采样电阻的电压降也会随之增加，当电流采样电阻的电压降超过保护管的开启电压后，保护管开启，此时，保护管的集电极电压降低至零，驱动管的基极电压由于和保护管的集电极为同一电势点，驱动管随之关断，从而保护驱动管由于过流发热而烧毁，当负载故障消除后，通过电流采样电阻的电压降也会随之降低至保护管的开启电压限值以下，驱动管自动恢复正常功能。

11.如权利要求6所述的分离并联驱动电路，其特征所述，如果负载为感性负载，当在感性负载关断的时候，由于电磁感应，在感性负载的两端出现感应电动势，当微控制单元的I/O端口输出低电平时，通过第一分压限流电阻和第二分压限流电阻的分压及电流限制，此时多个驱动管的基极电平由高变为低，多个驱动管关闭，感性负载电流出现突变，在感性负载的两端出现感应电动势，感应电动势超过TVS保护的限值，TVS管把其两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收瞬间电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上。