一种异构保护的功率输出接口实现电路的制作方法

本发明属于机载计算机机电控制领域，提出一种异构保护的功率输出接口实现电路。

背景技术：

随着多点飞机功率负载和用电设备的增多和系统成品高度集成化，越来越多的功率输出控制被计算机接口类产品集成，在机载机电系统中多用于电机、接触器控制和传感器配电。同时，随着我国航空科技的高速发展，对机载电子设备的尺寸、重量和可靠性要求越来越高，传统的同构型保护设计在不同保护点间有共模故障。

技术实现要素：

发明目的：提出了一种异构保护的功率输出接口实现电路，在传统功率输出接口电路的基础上，将过流和短路保护方式采用异构方式实现，避免共模故障，提高任务可靠性。

第一方面，提供一种异构保护的功率输出接口实现电路，包括：短路保护电路和fpga；

其中，短路保护电路包括：n沟道功率场效应管v1和高开驱动器；

高开驱动器的gate引脚接入n沟道功率场效应管v1的门极，高开驱动器的out引脚接入n沟道功率场效应管v1的源极，n沟道功率场效应管v1的漏极接入采样电阻rsense的低电压端，高开驱动器的vcc引脚和sense引脚分别接入rsense两端，其中，vcc引脚为功率源端，高开驱动器的rpog引脚接入功率保护点，高开驱动器的uven引脚通过驱动电路接入fpga的控制引脚。

进一步的，所述功率输出接口实现电路还包括：包括电流采样放大器和比较器的过流保护电路；

其中，电流采样放大器n1接入采样电阻rsense两端，电流采样放大器n1输出接入比较器n2输入与设置的参考电压进行比较，比较器n2的输出经电平转换处理后引入fpgaio引脚。

进一步的，高开驱动器的timer引脚接入时间设置电容c1。

进一步的，所述电路还包括:滤波电容c2，其中，电流采样放大器n1的输出采用滤波电容c2滤波。

进一步的，fpga对经电平转换处理的信号进行防抖数字滤波处理。

进一步的，fpga用于判断防抖数字滤波处理后的过流信号的持续时间是否大于或等于预设过流保护时长进行对比，若是，则fpga的控制引脚输出低电平，以使n沟道功率场效应管v1关断。

进一步的，高开驱动器用于检测采样电阻rsense两端压差是否大于或等于预设短路电压；若是，则对时间设置电容c1进行充电，直到时间设置电容c1充满，gete引脚输出低电平并锁定其状态，使n沟道功率场效应管v1关断直到uven引脚接收复位指令为止，时间设置电容c1的充电时间保证n沟道功率场效应管v1工作在soa曲线之内。

进一步的，电阻r2和r3串联在高开驱动器的vref引脚与地之间；功率保护点为设置在电阻r2和r3的分压点，分压点电压所代表的耗散功率小于n沟道功率场效应管v1耗散功率的极大值。

进一步的，高开驱动器的型号为tps2492。

进一步的，短路保护电路和过流保护电路都采用异构实现方式。

有益效果：本发明通过电流采样放大器n1和比较器n2实现过流点保护，通过高开驱动器d3及其外围配置电路实现短路点保护，异构的保护方式提高功率输出接口保护任务可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种异构保护的功率输出接口实现电路的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中，fpga控制信号经d2驱动电路输出给tps2492，进而驱动n沟道功率场效应管，完成功率输出控制，同时将功率回路上采样电阻rsense两端电压回采，供两种异构保护电路使用：一种保护电路采用n1电流采样放大器、n2比较器和fpga实现功率输出接口过流保护；另一种采用高开驱动器tps2492实现功率输出接口短路保护。

fpga、驱动电路d2和高开驱动器d3配合完成控制驱动功率场效应管，包括使用采样电阻rsense对功率回路电流进行采样，异构的过流、短路保护点保护方式设计：过流保护点采用电流采样放大后比较实现，过流点时间可编程，支持过流信号防抖和延时自动关断；短路保护点采用高开驱动器d3自带电流保护点实现，保护时间可配置，延时自动关断。

使用采样电阻rsense对功率回路电流进行采样，采样电阻选取：

其中ilimt为短路保护电流。

本发明中，过流保护点采用电流采样放大后比较实现，过流点时间可编程，支持过流信号防抖和延时自动关断，电流采样放大采用max4080实现，其中，过流保护点的参考电压vref的计算公式为：vref＝60*rsense*ilim，ilim为过流保护电流；比较后的过流指示信号经电阻r1上拉到3.3v进fpga，fpga对过流信号进行软件防抖滤波处理，实时与可编程的过流保护时间寄存器的值进行比较，过流信号持续时间达到寄存器设置值后，自动将给驱动器d2的控制信号拉低。

短路保护点采用高开驱动器d3自带电流保护点实现，保护时间可配置，延时自动关断，其中短路时间t＝c1/6.25，其中c1单位为nf,t单位为ms，高开驱动器通过vcc和sense管脚检测到电流达到短路电流后对c1进行充电，充电完成后通过gate管脚自动关断场效应管v1。

所述功率输出接口异构的保护设计，当远程接口单元接收到机电核心计算机发来的接口输出指令后，写fpga对应通道控制寄存器，经驱动电路d2电平转换后，使能高开驱动器d3，驱动功率场效应管v1接通，并实时监测功率回路电流，进行异构的过流和短路保护。电流采样放大器n1将功率回路电流放大60倍，经比较器n2与过流点vref进行比较，电流大于过流点时，比较器n2输出高电平到fpga，经逻辑数字算法进行滤波和防抖处理，当过流信号持续时间达到设置的值后，fpga自动将输出到d2的管脚置为地电平关断功率输出接口；高开驱动器d3实时监控采样电阻rsense两端电压，当达到过流点后以27ua电流对电容c1进行充电，当timer管脚电压充到4v后，gate会被拉到地，关断功率输出接口，同时通过flt管脚指示接口短路状态。

本方案采用高开驱动器实现对场效应管的开关控制，过流点采用传统电流放大比较的方式实现，短路点采用智能闭环反馈电流控制的方式实现，过流点和短路点的保护采用异构实现方式，避免电路共模故障，提高了功率输出接口保护的任务可靠度。

本发明通过驱动电路和高开驱动器tps2492对n沟道增强型功率场效应管v1进行控制，进而实现功率接口控制，通过采样电阻rsense将功率输出电流转换为电压信号，供两种异构保护电路使用：一种保护电路采用n1电流采样放大器、n2比较器和fpga实现功率输出接口过流保护；另一种采用高开驱动器tps2492实现功率输出接口短路保护。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种异构保护的功率输出接口实现电路。该实现电路包括：短路保护电路和FPGA；其中，短路保护电路包括：N沟道功率场效应管V1和高开驱动器。本发明通过驱动电路和高开驱动器对N沟道增强型功率场效应管V1进行控制，进而实现功率接口控制，通过采样电阻Rsense将功率输出电流转换为电压信号，供异构保护电路使用：采用高开驱动器实现功率输出接口短路保护。

技术研发人员：张宇坤;刘卫华;范新明;郭建奇;孙少华;郭警涛
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：2019.05.09
技术公布日：2019.08.16