[实用新型]一种功率管过功率数字式保护装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及电源系统中功率管的保护，特别涉及一种功率管过功率数字式保护装置。

背景技术

由于功率管功率信号检测需要同时采样电压和电流后做乘法得到，而硬件乘法器电路复杂，精度低，成本高，所以在功率保护上通常是通过限制流过功率管的电流来达到防止过功率的目的。但是这样存在的弊端是，在输入电压Ui固定，输出电压Uo可调的电源系统中，输出电压Uo较高时，输出电流Io已接近最大限制值Iomax，功率管实际损耗的功率Pj=(Ui-Uo)*Io可能很低，而输出电压Uo很小，输出电流Io很小时，功率管实际损耗的功率却可能很大，结果只能按最大功率损耗时的电流限制。在输出电压/电流可调的电源系统中输出同样大的功率的情况下，或者更换更大功率的三极管，或者增加功率管数量，导致功率管利用率降低，增加了电路复杂程度，同时成本会相应增加。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷提供一种功率管过功率保护装置，为电源中的大功率功率管提供全方位的数字化保护方案。

为了解决上述技术问题，本实用新型由以下技术方案实现：

一种功率管过功率数字式保护装置，包括输入电压取样单元、输出电流取样单元、电流放大电路、输出电压取样单元、AD转换电路及CPU，所述输入电压取样单元采集功率管的输入端电压，其输出端连接AD转换电路的第一输入端；所述输出电流取样单元采集功率管的输出端电流，其输出端连接电流放大电路的输入端；电流放大电路的输出端连接AD转换电路的第二输入端；输出电压取样单元采集功率管的输出端电压，其输出端连接AD转换电路的第三输入端；AD转换电路的输出端连接CPU的输入端，CPU的输出端连接功率管的受控端。

本实用新型具有如下有益效果：

（1）为功率管提供过压、过流及过功率的全面数字化保护,消除通过限制功率管电流防止过功率带来的功率管利用率不高，成本增加等弊端；

（2）为功率管提供过温度的数字化保护，使整个系统达到输出功率及电流最大化，冷却系统功耗最小化，冷却系统产生的噪音最小化，保护控制精确化。

附图说明

图1为本实用新型功率管过功率保护装置框图；

图2为过功率保护流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种功率管过功率数字式保护装置，包括输入电压取样单元、输出电流取样单元、电流放大电路、输出电压取样单元、温度检测电路、AD转换电路、CPU控制单元、风扇驱动电路和风扇。输入电压取样单元采集功率管的输入端电压，其输出端连接AD转换电路的第一输入端，将输入电压采样结果送至AD转换电路进行模数转换。输出电流取样单元采集功率管的输出端电流，其输出端连接电流放大电路的输入端，电流放大电路对输出电流采样结果进行放大处理。电流放大电路的输出端连接AD转换电路的第二输入端，将放大后的采样电流送至AD转换电路进行模数转换。输出电压取样单元采集功率管的输出端电压，其输出端连接AD转换电路的第三输入端，将输出电压采样结果送至AD转换电路进行模数转换。温度检测电路检测功率管的温度，其输出端连接AD转换电路的第四输入端，将检测的温度信息送至AD转换电路进行模数转换。AD转换电路的输出端连接CPU的输入端，将采样的输入电压、输出电压、输出电流、温度信息传给CPU处理。CPU的一输出端连接风扇驱动电路，用于控制风扇驱动电路驱动风扇。CPU的另一输出端连接功率管受控端，实现对功率管的控制。

本实用新型采用数字化的方案进行大功率三极管的保护，通过AD转换电路将功率管输入电压、输出电压、流过功率管的电流和温度信号转化成CPU（DSP或者MCU）能够识别的数字信号，借助CPU强大的数据处理能力，计算出实际电压、电流、温度和功率，与相应参数的限制值比较，决定是否保护，而且可以根据实际需要调整保护延时时间，防止保护误触发等；根据功率值、功率上升速度、温度值、温升速度综合控制冷却系统，使整个系统达到输出功率及电流最大化，冷却系统功耗最小化，冷却风扇系统产生的噪音最小化，保护控制精确化。

控制流程如图2，CPU控制高速AD将功率三极管的输入电压Ui,输出电压Uo,输出电流Io,功率管温度Tj转换成数字信号，通过标定系数计算得到实际电压、电流、和温度，进一步计算功率管功耗Pj=（Ui-Uo）*Io;如果Ui大于最大电压Umax，或者Io大于最大电流Iomax，或者Pj大于最大功率Pjmax，或者Tj大于最高温度Tjmax，那么CPU 控制功率管进入保护状态，具体是：CPU检测功率管的输入电压和输出电压，做减法确定在功率管上的压降，同时获得流过功率管的电流，功率管上的压降与流过功率管的电流乘积即是功率管的功耗。当功率管功耗大于额定值时，关闭功率管输出进入保护状态；同理，当流过功率管的电流大于额定电流时，关闭功率管输出进入保护状态；当CPU检测到的功率管的温度大于功率允许的温度时，关闭功率管输出进入保护状态；根据Pj和Tj调整风扇转速，使功率管热量及时散出。