[发明专利]固态电子开关供配电保护装置

权利要求书

1.一种固态电子开关供配电保护装置，包括第一芯片(1)、第二芯片(2)和功率回路(3)，其特征在于，所述第一芯片(1)中设有硬线配置口(101)、总线配置口(102)和算法控制电路(103)，所述硬线配置口(101)和所述总线配置口(102)分别用于接收外部硬线配置信号和总线配置信号并传递给所述算法控制电路(103)以配置所述装置的工作模式和参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一芯片(1)中还设有：

供电电路(104)，用于为所述装置供电；

PLL电路(105)，用于接收输入时钟信号并为所述第一芯片(1)提供时钟基准；

硬线接口(107)，具有ST_PRO引脚、ST_OF引脚；

所述硬线配置口(101)具有RIT接口、ALG_EN引脚、SET_STS引脚。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二芯片(2)中设有：

OSC电路(201)，用于产生高频信号及时钟方波信号；

参数配置电路(202)，用于接收并输出可配置参数；

使能配置电路(203)，用于接收使能或禁能命令并进行功能激活或禁止；

状态遥测电路(204)，用于遥测数字信号和模拟信号的状态；

电压变换电路(205)，用于对输入电压进行二次变换形成多路电压；

ADC电路(206)，用于采集所述功率回路(3)的采样电压并转换为数字信号；

状态编码电路(207)，用于将所述数字信号进行状态编码并输出；

MOS管驱动电路(208)，用于驱动控制所述功率回路(3)；

所述数字信号包含开关状态、保护状态、配置位和工作模式，所述模拟信号为所述功率回路(3)采集到的电流值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二芯片(2)中还设有：

信号隔离电路(209)，用于接收所述参数配置电路(202)、所述使能配置电路(203)和所述状态编码电路(207)输出的信号，并对信号进行高频化处理。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号隔离电路(209)包括调制解调电路(2091)和片上变压器(2092)，所述片上变压器(2092)集成在所述第二芯片(2)上；

所述信号隔离电路(209)采用磁隔离方式，将被控对象MOSFET的漏极、源极之间流过的电流及一路外部采集的电压模拟量信号进行调制解调，以实现磁隔离输出。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率回路(3)包括：

功率MOSFET(301)，用于控制所述功率回路(3)的开通和关断；

采样电阻(302)，用于采集所述功率回路(3)的电流信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一芯片(1)和所述第二芯片(2)中还分别设有主、从TWI接口(106,210)。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括硬线指令输入模式配置引脚以及开通、关断指令输入引脚；

所述总线配置口(102)采用SPI标准串行接口方式，具有一路时钟输入引脚、两路双向数据输入输出引脚和一路片选信号控制引脚；

其中，时钟输入引脚和双向数据输入输出引脚为共用引脚，采用开漏方式输出，可支持最大256个产品的并行控制。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在脉冲模式下，硬线脉冲指令与软件指令同时有效，冲突时软件指令优先；

在电平指令模式下，硬线电平指令与软件指令之一有效。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置具有保护功能、状态监控功能和模式控制功能；

所述保护功能包括过载保护功能和短路保护功能；

所述过载保护功能包括限流保护和过流保护；

所述限流保护采用闭环调节方式，集成控制器外接MOSFET测试时，当外部出现极端短路时，集成控制器内部闭环控制实现；

所述过流保护为I²t反时限保护，在保护时间到后关断外部MOSFET，通过总线配置口(102)或硬线配置口(101)实现模式选择及相关参数配置；

所述短路保护功能为，当外部过载条件达到短路保护设定的短路保护点时，短路保护电路在约定的短路保护时间内关断外部MOSFET，通过总线配置口(102)或硬线配置口(101)实现参数配置，保护动作执行后状态ST_PRO引脚有指示，同时，通过总线配置口(102)可查询到该状态；

所述状态监控功能包括硬线INT指示和总线状态输出，发生保护动作后，通过中断输出引脚INT输出状态指示，并且将状态信息写入功能电路对应的寄存器中，通过SPI总线接口可查询到该状态；

所述模式控制功能包括延时关断控制模式、重复过载控制模式、折返控制模式，均通过SPI总线配置口(102)选择是否开启；

所述延时关断控制模式被选通时，从指令开通开始计时，当MOSFET开通时间达到设定的定时时间时，MOSFET被关断；

所述重复过载控制模式被选通时，过载保护断开后持续时间达到重触发时间设置值时，MOSFET自动重新开通；

所述折返控制模式被选通时，过载保护时间到后MOSFET不被关断，MOSFET工作模式转为闭环调节模式，按照折返限流点设定的电流持续保持；

折返限流点的计算公式如下：

其中，V_DS为MOSFET的漏极和源极之间的电压，Rsense为采样电阻(302)的阻值；

I²t反时限保护算法按照以下公式进行保护控制：

其中，K·M、I_e、I_p均为可配置参数，可通过RIT或总线单元进行配置；

t为算法保护时间，K为保护特性种类，M为整定系数，I_e为额定电流值，I_p为保护电流与额定电流的倍数，I为采样得到的电流。