一种基于过流反馈的MOS管安全保护系统及其控制方法与流程

本发明涉及电子电路保护，具体涉及一种基于过流反馈的mos管安全保护系统及其控制方法。

背景技术：

1、mos管作为电力电子系统中承担开关功能的核心器件，其运行状态直接关系到整个系统的安全性与可靠性。在电源变换、电机驱动及新能源设备等应用场景中，负载短路、驱动异常或电磁干扰等因素均可能引发过流故障，若防护措施不当，不仅会导致mos管自身损坏，还可能波及后端电路，造成系统失效。

2、目前针对mos管的过流保护方案在多个环节存在不足。在电流采样层面，常规电阻采样方式难以规避引线电阻与寄生参数的影响，致使采样信号失真，不利于后续准确判断。在信号调理层面，部分电路设计较为简化，滤波能力有限，容易受到高频噪声干扰，进一步削弱了过流检测的可靠性。在保护逻辑层面，现有方案多依赖单一的过流阈值设定，对不同程度的过流事件采取相同的保护动作，缺少分级处理机制，容易在轻微过流时引发不必要的系统中断，而在严重过流时又可能因响应不够及时而保护不力。

3、此外，现有技术对mos管工作环境的动态变化关注不足。mos管的实际载流能力随结温升高而下降，同时负载类型的差异也会影响其安全运行边界，而固定不变的过流阈值难以适配这些变化，在高温或重载工况下容易出现保护失效或误触发的情况。同时，部分保护电路的响应速度尚显不足，难以在过流峰值扩大前完成关断；自恢复策略设计不够完善，频繁的自动复位可能扩大故障影响，而纯手动复位又降低了使用的便捷性；故障数据记录功能的缺失，也给后续的故障分析与系统优化带来困难。

4、随着电子设备向高功率密度、高度集成和宽工况范围方向发展，上述不足愈发明显，亟需一种在检测精度、响应速度、环境适应性和维护便利性等方面均有提升的mos管过流保护技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于过流反馈的mos管安全保护系统及其控制方法，有助于提升过流检测精度、响应速度及环境适应性，可为mos管提供较为全面的安全保护。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于过流反馈的mos管安全保护系统，包括：

4、电流采样模块、信号调理模块、反馈控制模块、驱动截断模块、自恢复模块及故障诊断模块，所述电流采样模块连接所述信号调理模块，所述信号调理模块连接所述反馈控制模块，所述反馈控制模块连接所述驱动截断模块，所述驱动截断模块连接所述自恢复模块，所述自恢复模块连接所述故障诊断模块；

5、所述电流采样模块与锰铜电阻串联，采用四端接线方式采集mos管源极回路的电流信号；

6、所述信号调理模块包括差分放大电路及二阶低通滤波电路，用于将电流信号转换为电压信号，并去除高频噪声；

7、所述反馈控制模块用于将信号调理后的电压信号转换为数字量，并将其与预设的多级过流阈值进行比较以判断过流等级；

8、所述驱动截断模块用于在过流时将mos管栅极电压拉至阈值以下，实现mos管的快速关断；

9、所述自恢复模块用于根据过流等级设置延时，通过电子开关实现自动复位；

10、所述故障诊断模块用于采集过流发生时的电流峰值、持续时间及温度数据，并通过通信接口上传至主控单元。

11、进一步地，所述电流采样模块所述锰铜电阻的两端并联有tvs管。

12、进一步地，所述反馈控制模块为mcu，且所述mcu集成有硬件比较器与dma控制器。

13、进一步地，所述驱动截断模块采用双通道高速光耦。

14、进一步地，所述自恢复模块还内置有计数单元，用于记录连续过流次数，并在超过预设上限后锁定保护状态，且支持手动复位。

15、进一步地，所述故障诊断模块通过贴片式k型热电偶采集mos管的温度。

16、进一步地，所述系统还包括过流预警单元，所述过流预警单元采集电流变化率，当超过预设电流变化阈值且持续时间≥预设时间阈值时，提前降低驱动电流的20%-40%，并输出预警信号，若后续电流未超过过流阈值，则逐步恢复驱动电流。

17、进一步地，所述系统还包括过流等级划分与分级保护单元，所述过流等级划分与分级保护单元用于划分过流等级，其具体划分公式为：

18、；

19、式中，为第n级过流阈值，单位为a，为mos管额定工作电流，单位为a，为第n级系数，β为负载波动补偿系数，n为总等级数，为mos管最大耐受电流，η为安全系数。

20、进一步地，所述系统还包括温度负载耦合动态阈值修正单元，所述温度负载耦合动态阈值修正单元用于结合mos管结温与负载类型修正过流阈值，其具体公式为：

21、；

22、式中，为温度t、负载系数时的过流阈值，为25℃、额定负载下的基准阈值，α为温度系数，t为当前mos管结温，t25为基准温度，γ为负载修正系数。

23、本发明还提供了一种基于过流反馈的mos管安全保护系统的控制方法，应用于上述的一种基于过流反馈的mos管安全保护系统，包括：

24、通过电流采样模块采集mos管源极回路的电流信号；

25、通过信号调理模块将电流信号转换为标准电压信号；

26、反馈控制模块将标准电压信号转换为数字量，并将其与预设的多级过流阈值进行比较，确定过流等级；

27、基于过流等级执行对应的过流保护动作；

28、基于mos管结温及负载类型，实时调整过流阈值；

29、当过流故障解除后，通过自恢复模块执行复位操作。

30、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

31、电流采样模块采用锰铜电阻配合四端接线方式，有助于抑制引线电阻和寄生参数对采样精度的不利影响。结合高共模抑制比、低失调电压的信号调理电路及复合数字滤波策略，可有效降低噪声干扰引入的测量偏差，提升电流检测的准确性与稳定性。

32、反馈控制模块集成高速模数转换器与硬件比较器，配合驱动截断模块中高速光耦与下拉电阻的设计，在过流发生时能够实现栅极电压的快速拉低，有利于在过流峰值进一步扩大前关断mos管，降低器件承受过流冲击的风险。

33、过流等级划分与分级保护单元根据过流程度执行差异化的保护动作，对轻微过流采取降功率处理，对中度过流进行短暂关断后恢复，对严重过流实施快速截断并锁定，既为mos管提供了针对性的安全防护，也在一定程度上减少了保护动作对系统正常运行的影响。

34、温度负载耦合动态阈值修正单元能够结合mos管实时结温与负载特性，在线调整过流阈值，使保护判据与器件当前的实际载流能力趋于匹配，从而在宽温域及负载变化的工况下，降低因阈值设置不当导致的保护失效或误触发风险。

35、过流预判预警单元通过对电流变化率的监测，在过流尚未实际发生或尚未达到峰值时即介入调整驱动输出，有助于从源头上抑制电流异常攀升的趋势，减少过流事件的实际发生频次。

36、在故障恢复与维护方面，自恢复模块采用分级延时与连续过流计数相结合的设计，既避免了在持续性故障条件下反复自动复位可能带来的风险，又保留了在瞬态故障消除后自动恢复的便利性，复位时的软启动策略也有助于抑制二次冲击。故障诊断模块能够记录过流等级、电流峰值、持续时间及mos管结温等关键信息，为后续的故障溯源和系统优化提供数据支撑。