一种防误触发的短路保护电路与短路保护控制方法与流程

本发明涉及汽车，尤其涉及一种防误触发的短路保护电路与短路保护控制方法。

背景技术：

1、随着汽车电子智能化、电动化的发展，极大的提高了汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。汽车电子产品中，短路保护电路是不可或缺的，当工作电路中出现短路等异常时，能够及时将电路切断，从而避免危害进一步的扩大。现在的汽车应用场景中，越来越多的容性负载在汽车上使用。而当容性负载冷启动时，会产生很大的电流尖峰，会触发短路保护，当触发短路保护后，车身控制模块将会关闭输出，这样将大大减小用户的体验感，现有的短路保护电路为了改善这一问题，设计时会把输出短路保护触发的时间调的很大，使电容充满电，电容充满电之后，输入电流减小，使其不至于达到短路保护电流阈值，这样虽然解决了容性负载冷启动问题，但是当发生真正的短路情况时，由于触发时间延长，igbt严重发热，会使产品的可靠性严重下降。

技术实现思路

1、为了解决带容性负载时的启动问题，避免误触发短路保护，同时减少短路保护触发延长时间，降低输出过流时igbt的损耗及温升，本发明提出了一种防误触发的短路保护电路，包括：

2、与负载连接的igbt驱动电路模块；

3、与igbt驱动电路模块电连接且包含计数器的mcu模块，用于通过驱动igbt驱动电路模块控制负载的工作状态；

4、比较器模块，用于比较基准电压与转换电压的大小，并在转换电压大于基准电压时，向mcu模块与igbt驱动电路模块输出高电平信号；所述转换电压为负载输出电流对应的放大电压；

5、所述igbt驱动电路模块用于检测比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，断开负载与igbt驱动电路模块的连接；

6、所述mcu模块用于检测比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，停止驱动igbt驱动电路模块，且计数器数值增加；还用于基于高电平信号的输出时长控制比较器模块的输出与igbt驱动电路模块的驱动状态，并基于设定时长内计数器增加的数值控制负载的工作状态。

7、进一步地，所述短路保护电路还包括：

8、与负载连接的高压供电模块；

9、与igbt驱动电路模块电连接的电流采样电阻，用于测量负载的输出电流，并转换为电压信号；

10、运算放大器模块，用于放大电流采样电阻转换的电压信号并输入比较器模块。

11、进一步地，所述igbt驱动电路模块包括：

12、igbt管q1与第二三极管q2；所述igbt管q1的集电极与负载的负极连接，栅极依次与第一二极管d1的负极、第十电阻r10的一端连接后接入igbt驱动芯片的输出端，发射极与第一二极管d1的正极、第十电阻r10的另一端连接后依次接入运算放大器模块与电流采样电阻r1；所述第二三极管q2的发射极与第一三电阻r13的一端连接并接地，基极与第一三电阻r13的另一端、第一二电阻r12的一端连接，集电极与第七电阻r7的一端连接后接入igbt驱动芯片的使能端；所述第七电阻r7的另一端连接电源；所述第一二电阻r12的另一端与比较器模块连接，以接入比较器模块输出的电压信号；所述负载的正极与高压供电模块连接。

13、进一步地，所述运算放大器模块包括：

14、第一运放u1b；所述第一运放u1b的第五引脚与第四电阻r4的一端连接，第六引脚与第二电阻r2、第三电阻r3的一端连接，第七引脚与第三电阻r3的另一端连接后接入比较器模块；所述第四电阻r4的另一端与igbt驱动电路模块中igbt管q1的发射极以及电流采样电阻r1的一端连接；所述第二电阻r2的另一端与电流采样电阻r1的另一端连接后接地。

15、进一步地，所述比较器模块包括：

16、第二运放u1a；所述第二运放u1a的第三引脚与第五电阻r5的一端、第八电阻r8的一端以及第二二极管d2的负极端连接；第二运放u1a的第二引脚与第二稳压器u2的输入引脚连接后与第六电阻r6的一端连接，同时还与第二稳压器u2的输出引脚连接；第二运放u1a的第四引脚接地，第五引脚接入电源，第一引脚依次与第九电阻r9的一端、igbt驱动电路模块中第一二电阻r12的一端连接后接入mcu模块中的第二io口；所述第六电阻r6的另一端接入电源；所述第二稳压器u2的接地引脚与第八电阻r8的另一端连接后接地；所述第五电阻r5的另一端与运算放大器模块中第一运放u1b的第七引脚连接；所述第九电阻r9的另一端与第二二极管d2的正极端连接并接入mcu模块。

17、进一步地，所述mcu模块包括：

18、mcu芯片与第一一电阻r11，其包括第一pwm口、第一io口与第二io口；所述第一pwm口与igbt驱动电路模块中igbt驱动芯片的信号输入端连接；所述第一io口与第一一电阻r11的一端连接；所述第二io口与比较器模块中第二运放u1a的第一引脚连接；所述第一一电阻r11的另一端与比较器模块中第九电阻r9的一端连接。

19、本发明还提出了一种防误触发的短路保护控制方法，应用于防误触发的短路保护电路，所述短路保护电路包括：与负载连接的igbt驱动电路模块、通过驱动igbt驱动电路模块控制负载工作状态的mcu模块，以及基于负载的输出电流向mcu模块与igbt驱动电路模块输出高低电平信号的比较器模块；所述igbt驱动电路模块用于检测比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为低电平信号时，导通负载与igbt驱动电路模块的连接；所述mcu模块包括与比较器模块电连接的第一io口；所述短路保护控制方法包括：

20、通过比较器模块比较基准电压与转换电压的大小，并在转换电压大于基准电压时，向mcu模块与igbt驱动电路模块输出高电平信号；所述转换电压为负载输出电流对应的放大电压；

21、通过igbt驱动电路模块检测比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，断开负载与igbt驱动电路模块的连接；

22、通过mcu模块接收比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，停止驱动igbt驱动电路模块，并记为一次短路故障；通过mcu模块判断在预设时段内发生的短路故障次数是否大于等于预设次数，若否，则检测高电平的持续输出时长，并判断持续输出时长是否大于等于第一预设时长，若是，则将第一io口设置为输出口，通过输出口输出低电平以解锁比较器模块，并在第二预设时长后将第一io口设置为输入口，同时驱动igbt驱动电路模块。

23、进一步地，所述短路保护电路还包括：

24、与负载连接的高压供电模块；与igbt驱动电路模块电连接的电流采样电阻，用于测量负载的输出电流，并转换为电压信号；运算放大器模块，用于放大电流采样电阻转换的电压信号并输入比较器模块；

25、所述igbt驱动电路模块包括：

26、igbt管q1与第二三极管q2；所述igbt管q1的集电极与负载的负极连接，栅极依次与第一二极管d1的负极、第十电阻r10的一端连接后接入igbt驱动芯片的输出端，发射极与第一二极管d1的正极、第十电阻r10的另一端连接后依次接入运算放大器模块与电流采样电阻r1；所述第二三极管q2的发射极与第一三电阻r13的一端连接并接地，基极与第一三电阻r13的另一端、第一二电阻r12的一端连接，集电极与第七电阻r7的一端连接后接入igbt驱动芯片的使能端；所述第七电阻r7的另一端连接电源；所述第一二电阻r12的另一端与比较器模块连接，以接入比较器模块输出的电压信号；所述负载的正极与高压供电模块连接；所述运算放大器模块包括：

27、第一运放u1b；所述第一运放u1b的第五引脚与第四电阻r4的一端连接，第六引脚与第二电阻r2、第三电阻r3的一端连接，第七引脚与第三电阻r3的另一端连接后接入比较器模块；所述第四电阻r4的另一端与igbt驱动电路模块中igbt管q1的发射极以及电流采样电阻r1的一端连接；所述第二电阻r2的另一端与电流采样电阻r1的另一端连接后接地。

28、进一步地，所述比较器模块包括：

29、第二运放u1a；所述第二运放u1a的第三引脚与第五电阻r5的一端、第八电阻r8的一端以及第二二极管d2的负极端连接；第二运放u1a的第二引脚与第二稳压器u2的输入引脚连接后与第六电阻r6的一端连接，同时还与第二稳压器u2的输出引脚连接；第二运放u1a的第四引脚接地，第五引脚接入电源，第一引脚依次与第九电阻r9的一端、igbt驱动电路模块中第一二电阻r12的一端连接后接入mcu模块中的第二io口；所述第六电阻r6的另一端接入电源；所述第二稳压器u2的接地引脚与第八电阻r8的另一端连接后接地；所述第五电阻r5的另一端与运算放大器模块中第一运放u1b的第七引脚连接；所述第九电阻r9的另一端与第二二极管d2的正极端连接并接入mcu模块；所述mcu模块包括：

30、mcu芯片与第一一电阻r11，所述mcu芯片包括第一pwm口、第一io口与第二io口；所述第一pwm口与igbt驱动电路模块中igbt驱动芯片的信号输入端连接；所述第一io口与第一一电阻r11的一端连接；所述第二io口与比较器模块中第二运放u1a的第一引脚连接；所述第一一电阻r11的另一端与比较器模块中第九电阻r9的一端连接。

31、进一步地，所述比较器模块向igbt驱动电路模块输出高电平信号时，igbt驱动电路模块中的第二三极管q2被导通，进而使得igbt驱动芯片其使能端的电压被拉低，此时，igbt管q1中集电极至发射极的通道被关闭，从而断开负载与igbt驱动电路模块的连接。

32、与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

33、本发明通过比较器模块比较基准电压与转换电压的大小，并在转换电压大于基准电压时，向mcu模块与igbt驱动电路模块输出高电平信号；通过igbt驱动电路模块检测比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，断开负载与igbt驱动电路模块的连接，在硬件上实现第一层保护；通过mcu模块接收比较器模块输出的电压信号，并在电压信号为高电平信号时，停止驱动igbt驱动电路模块，并记为一次短路故障；通过mcu模块判断在预设时段内发生的短路故障次数是否大于等于预设次数，若否，则检测高电平的持续输出时长，并判断持续输出时长是否大于等于第一预设时长，若是，则将第一io口设置为输出口，通过输出口输出低电平以解锁比较器模块，并在第二预设时长后将第一io口设置为输入口，同时驱动igbt驱动电路模块，也就是说，在预设时段内发生的短路故障次数大于等于设定次数时，表明故障真实存在，因此保持负载为关闭状态(即保持负载与igbt驱动电路模块之间处于断开状态、igbt驱动电路模块处于非驱动状态)，而在预设时段内发生的短路故障次数未大于设定次数时，为了避免误触发，则解锁比较器模块并继续驱动igbt驱动电路模块，从而避免了短路保护的误触发，同时减少了短路保护触发的延长时间，进而降低了igbt的损耗及温升。