一种MOS管功耗自锁保护电路及方法与流程

一种mos管功耗自锁保护电路及方法
技术领域
1.本发明涉及线性电源控制技术领域，特别指一种mos管功耗自锁保护电路及方法。


背景技术：

2.目前，线性电源中的mos管功耗控制只是控制mos管两端的电压差，而流过mos管的电流由另一路控制模块控制，电压差和电流分开控制，使得整体控制电路和控制逻辑复杂，且电压差值和电流值采用固定值，无法进行调整，硬件无法自锁，只能配合软件自锁，使得mos管整体的功耗控制为打嗝式保护，mos管器件损耗大。
3.因此，如何提供一种mos管功耗自锁保护电路及方法，实现对mos管的电压差和电流同时进行动态控制，延长mos管的使用寿命，成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题，在于提供一种mos管功耗自锁保护电路及方法，实现对mos管的电压差和电流同时进行动态控制，延长mos管的使用寿命。
5.第一方面，本发明提供了一种mos管功耗自锁保护电路，包括一压差检测电路、一压差比较电路、一使能电路、一起控电流比较电路、一最大电流比较电路、一复位电路以及一mcu；
6.所述压差比较电路的输入端与压差检测电路的输出端连接，输出端与所述使能电路连接；所述起控电流比较电路以及最大电流比较电路的输入端均与mcu连接，输出端均与所述使能电路连接；所述mcu分别与压差检测电路、压差比较电路以及使能电路连接；所述复位电路的输入端与mcu连接，输出端与所述起控电流比较电路以及最大电流比较电路连接。
7.进一步地，所述压差检测电路包括一电阻r1、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r7、一电阻r8以及一运算放大器u1b；
8.所述运算放大器u1b的引脚5与电阻r2以及电阻r7连接，引脚6与电阻r1以及电阻r3连接，引脚7与电阻r3、电阻r8以及压差比较电路连接；所述电阻r7以及电阻r8均接地；所述电阻r2与mcu连接。
9.进一步地，所述压差比较电路包括一电阻r4、一电阻r5、一电阻r5、一电容c1以及一运算放大器u1a；
10.所述运算放大器u1a的引脚1与电阻r6以及使能电路连接，引脚2与电阻r4连接，引脚3与电阻r5以及电容c1连接；所述电阻r5与压差检测电路连接；所述电阻r4与mcu连接；所述电阻r6以及电容c1均接地。
11.进一步地，所述使能电路包括一电阻r11、一电阻r12、一电阻r13、一电阻r14、一电容c2、一光耦u4以及一mos管q1；
12.所述光耦u4的引脚1与电阻r11以及电阻r12连接，引脚2与电阻r12连接并接地，引脚3与压差比较电路连接，引脚4与电阻r13以及最大电流比较电路连接；所述电阻r11与起
控电流比较电路连接；所述mos管q1的栅极与电阻r13、电阻r14以及电容c2连接，源极与电阻r14以及电容c2连接并接地。
13.进一步地，所述起控电流比较电路包括一电阻r15、一电阻r16、一电阻r20、一电阻r24、一二极管d2、一发光二极管led2以及一运算放大器u3；
14.所述运算放大器u3的引脚1与二极管d2的输入端以及发光二极管led2的输入端连接，引脚3与电阻r24连接，引脚4与电阻r15连接；所述电阻r15与mcu连接；所述电阻r20的一端与电阻16、电阻r24以及复位电路连接，另一端与二极管d2的输出端连接；所述发光二极管led2的输出端与使能电路连接。
15.进一步地，所述最大电流比较电路包括一电阻r9、一电阻r10、一电阻r19、一电阻r23、一二极管d1、一发光二极管led1以及一运算放大器u2；
16.所述运算放大器u2的引脚1与二极管d1的输入端以及发光二极管led1的输入端连接，引脚3与电阻r23连接，引脚4与电阻r9连接；所述电阻r9与mcu连接；所述电阻r19的一端与电阻10、电阻r23以及复位电路连接，另一端与二极管d1的输出端连接；所述发光二极管led1的输出端与使能电路连接。
17.进一步地，所述复位电路包括一电阻r17、一电阻r18、一电阻r21、一电阻r22、一mos管q2以及一mos管q3；
18.所述mos管q2的漏极与起控电流比较电路连接，源极与电阻r18连接并接地，栅极与电阻r17以及电阻r18连接；所述电阻r17与mcu连接；
19.所述mos管q3的漏极与最大电流比较电路连接，源极与电阻r22连接并接地，栅极与电阻r21以及电阻r22连接；所述电阻r21与mcu连接。
20.第二方面，本发明提供了一种mos管功耗自锁保护方法，包括如下步骤：
21.步骤s10、将压差检测电路的电阻r1与线性电源的电压采样点连接，获取输出电压值fb_vout；将起控电流比较电路的电阻r16以及最大电流比较电路的电阻r10与线性电源的电流采样点连接，获取输出电流值fb_iout；将使能电路的mos管q1的漏极与线性电源的控制端连接；
22.步骤s20、压差检测电路通过电阻r2从mcu获取线性电源的mos管的前端电压值vf_mos，并计算所述fb_vout与vf_mos的电压差fv_def输入压差比较电路；
23.步骤s30、压差比较电路判断所述fv_def是否大于mcu设置的保护压差控制值vpro_set，若是，则向使能电路的光耦u4的引脚3输出高电平的信号conb；若否，则向使能电路的光耦u4的引脚3输出低电平的信号conb；
24.步骤s40、起控电流比较电路判断所述fb_iout是否大于mcu设置的起控电流控制值ipro_set_min，若是，则向使能电路的电阻r11输出高电平的信号cona；若否，则向使能电路的电阻r11输出低电平的信号cona；
25.步骤s50、最大电流比较电路判断所述fb_iout是否大于mcu设置的最大电流控制值ipro_set_max，若是，则向使能电路的电阻r13输出高电平的信号conbb；若否，则向使能电路的电阻r13输出低电平的信号conbb；
26.步骤s60、当信号conb和信号cona均为高电平，或者信号conbb为高电平时，使能mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab，进而关断线性电源的输出，进入自锁保护状态；
27.步骤s70、故障排查后，mcu通过复位电路使能mos管q1的漏极输出高电平的信号
pro_ab，进而恢复线性电源的输出。
28.本发明的优点在于：
29.通过设置压差检测电路以及压差比较电路，压差检测电路向压差比较电路输出电压差fv_def，压差比较电路通过比较电压差fv_def与mcu设置的保护压差控制值vpro_set向使能电路输出信号conb；通过设置起控电流比较电路比较输出电流值fb_iout与mcu设置的起控电流控制值ipro_set_min向使能电路输出信号cona；通过设置最大电流比较电路比较输出电流值fb_iout与mcu设置的最大电流控制值ipro_set_max向使能电路输出信号conbb；当信号conb和信号cona均为高电平时，即可驱动光耦u4的引脚4输出高电平，进而驱动使能电路的mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab关断线性电源的输出；当信号conb为低电平，不能驱动光耦u4的引脚4输出高电平时，只要信号conbb为高电平，通过可驱动使能电路的mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab关断线性电源的输出；而保护压差控制值vpro_set、起控电流控制值ipro_set_min、最大电流控制值ipro_set_max均可由mcu进行按需设置，即实现对电压差和电流同时进行控制，控制的电压差和电流的取值可按需设置，只要电压差或者电流超过控制值就关断线性电源的输出，进入自锁保护状态，避免mos管损坏，最终实现对mos管的电压差和电流同时进行动态控制，极大的延长了mos管的使用寿命。
附图说明
30.下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
31.图1是本发明一种mos管功耗自锁保护电路的电路原理框图。
32.图2是本发明压差检测电路的电路图。
33.图3是本发明压差比较电路的电路图。
34.图4是本发明使能电路的电路图。
35.图5是本发明起控电流比较电路的电路图。
36.图6是本发明最大电流比较电路的电路图。
37.图7是本发明复位电路的电路图。
38.图8是本发明mcu的电路图。
39.图9是本发明一种mos管功耗自锁保护方法的流程图。
具体实施方式
40.本技术实施例中的技术方案，总体思路如下：通过设置压差检测电路以及压差比较电路对电压差进行监控，向使能电路输出信号conb；设置起控电流比较电路和最大电流比较电路对电流进行监控，分别向使能电路输出信号cona和信号conbb；使能电路基于输入的信号conb、cona和conbb即可控制mos管q1的漏极输出的电平，当输出低电平时关断线性电源的输出；而压差比较电路、起控电流比较电路和最大电流比较电路所比较的保护压差控制值vpro_set、起控电流控制值ipro_set_min、最大电流控制值ipro_set_max均可由mcu进行按需设置，兼容性强，最终实现对mos管的电压差和电流同时进行动态控制，延长mos管的使用寿命。
41.请参照图1至图9所示，本发明一种mos管功耗自锁保护电路的较佳实施例，包括一压差检测电路、一压差比较电路、一使能电路、一起控电流比较电路、一最大电流比较电路、
一复位电路以及一mcu；
42.所述压差检测电路用于比对线性电源的输出电压值fb_vout与线性电源mos管的前端电压值vf_mos，向所述压差比较电路输出电压差fv_def；所述压差比较电路用于比较电压差fv_def与mcu设置的保护压差控制值vpro_set，进而向所述使能电路输出信号conb；所述起控电流比较电路用于比较线性电源的输出电流值fb_iout与mcu设置的起控电流控制值ipro_set_min，进而向所述使能电路输出信号cona；所述最大电流比较电路用于比较线性电源的输出电流值fb_iout与mcu设置的最大电流控制值ipro_set_max，进而向所述使能电路输出信号conbb；所述使能电路用于基于接收的信号cona、conb和conbb输出高电平或者低电平，输出低电平时关断线性电源的输出；所述复位电路用于接收mcu的控制信号控制起控电流比较电路和最大电流比较电路输出低电平，进而使得所述使能电路输出高电平，恢复线性电源的输出；所述mcu用于控制自锁保护电路的工作，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的mcu即可，并不限于何种型号，例如stm32f405rgt6，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的。
43.所述压差比较电路的输入端与压差检测电路的输出端连接，输出端与所述使能电路连接；所述起控电流比较电路以及最大电流比较电路的输入端均与mcu连接，输出端均与所述使能电路连接；所述mcu分别与压差检测电路、压差比较电路以及使能电路连接；所述复位电路的输入端与mcu连接，输出端与所述起控电流比较电路以及最大电流比较电路连接。
44.所述压差检测电路包括一电阻r1、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r7、一电阻r8以及一运算放大器u1b；所述运算放大器u1b的型号优选为ada4522
‑
2；
45.所述运算放大器u1b的引脚5与电阻r2以及电阻r7连接，引脚6与电阻r1以及电阻r3连接，引脚7与电阻r3、电阻r8以及压差比较电路的电阻r5连接；所述电阻r7以及电阻r8均接地；所述电阻r2与mcu连接；所述电阻r1与线性电源的电压采样点连接。
46.所述压差比较电路包括一电阻r4、一电阻r5、一电阻r5、一电容c1以及一运算放大器u1a；所述运算放大器u1a的型号优选为ada4522
‑
2；
47.所述运算放大器u1a的引脚1与电阻r6以及使能电路的光耦u4的引脚3连接，引脚2与电阻r4连接，引脚3与电阻r5以及电容c1连接；所述电阻r5与压差检测电路的运算放大器u1b的引脚7连接；所述电阻r4与mcu连接；所述电阻r6以及电容c1均接地。
48.所述使能电路包括一电阻r11、一电阻r12、一电阻r13、一电阻r14、一电容c2、一光耦u4以及一mos管q1；所述光耦u4的型号优选为aqy212s；所述mos管q1的型号优选为nce2312；
49.所述光耦u4的引脚1与电阻r11以及电阻r12连接，引脚2与电阻r12连接并接地，引脚3与压差比较电路的运算放大器u1a的引脚1连接，引脚4与电阻r13以及最大电流比较电路的发光二极管led1的输出端连接；所述电阻r11与起控电流比较电路的发光二极管led2的输出端连接；所述mos管q1的栅极与电阻r13、电阻r14以及电容c2连接，源极与电阻r14以及电容c2连接并接地，漏极与线性电源的控制端连接。
50.所述起控电流比较电路包括一电阻r15、一电阻r16、一电阻r20、一电阻r24、一二极管d2、一发光二极管led2以及一运算放大器u3；所述运算放大器u3的型号优选为opa188；
51.所述运算放大器u3的引脚1与二极管d2的输入端以及发光二极管led2的输入端连
接，引脚3与电阻r24连接，引脚4与电阻r15连接；所述电阻r15与mcu连接；所述电阻r20的一端与电阻16、电阻r24以及复位电路连接，另一端与二极管d2的输出端连接；所述发光二极管led2的输出端与使能电路的电阻r11连接；所述电阻r16与线性电源的电流采样点连接。
52.所述最大电流比较电路包括一电阻r9、一电阻r10、一电阻r19、一电阻r23、一二极管d1、一发光二极管led1以及一运算放大器u2；所述运算放大器u2的型号优选为opa188；
53.所述运算放大器u2的引脚1与二极管d1的输入端以及发光二极管led1的输入端连接，引脚3与电阻r23连接，引脚4与电阻r9连接；所述电阻r9与mcu连接；所述电阻r19的一端与电阻10、电阻r23以及复位电路连接，另一端与二极管d1的输出端连接；所述发光二极管led1的输出端与使能电路的光耦u4的引脚4连接；所述电阻r10与线性电源的电流采样点连接。
54.所述复位电路包括一电阻r17、一电阻r18、一电阻r21、一电阻r22、一mos管q2以及一mos管q3；所述mos管q2和mos管q3的型号优选为nce2312；
55.所述mos管q2的漏极与起控电流比较电路的电阻r16、电阻r20以及电阻r24连接，源极与电阻r18连接并接地，栅极与电阻r17以及电阻r18连接；所述电阻r17与mcu连接；
56.所述mos管q3的漏极与最大电流比较电路的电阻r10、电阻r19以及电阻r23连接，源极与电阻r22连接并接地，栅极与电阻r21以及电阻r22连接；所述电阻r21与mcu连接。
57.本发明一种mos管功耗自锁保护方法的较佳实施例，包括如下步骤：
58.步骤s10、将压差检测电路的电阻r1与线性电源的电压采样点连接，获取输出电压值fb_vout；将起控电流比较电路的电阻r16以及最大电流比较电路的电阻r10与线性电源的电流采样点连接，获取输出电流值fb_iout；将使能电路的mos管q1的漏极与线性电源的控制端连接；
59.步骤s20、压差检测电路通过电阻r2从mcu获取线性电源的mos管的前端电压值vf_mos，并计算所述fb_vout与vf_mos的电压差fv_def输入压差比较电路；
60.步骤s30、压差比较电路判断所述fv_def是否大于mcu设置的保护压差控制值vpro_set，若是，则向使能电路的光耦u4的引脚3输出高电平的信号conb；若否，则向使能电路的光耦u4的引脚3输出低电平的信号conb；
61.步骤s40、起控电流比较电路判断所述fb_iout是否大于mcu设置的起控电流控制值ipro_set_min，若是，则向使能电路的电阻r11输出高电平的信号cona；若否，则向使能电路的电阻r11输出低电平的信号cona；
62.步骤s50、最大电流比较电路判断所述fb_iout是否大于mcu设置的最大电流控制值ipro_set_max，若是，则向使能电路的电阻r13输出高电平的信号conbb；若否，则向使能电路的电阻r13输出低电平的信号conbb；
63.步骤s60、当信号conb和信号cona均为高电平，或者信号conbb为高电平时，使能mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab，进而关断线性电源的输出，进入自锁保护状态；
64.即当信号conb和信号cona均为高电平时，说明fv_def大于vpro_set，fb_iout大于ipro_set_min，启动过压差过流保护模式，驱动mos管q1输出低电平关断线性电源的输出；当fv_def小于vpro_set，但fb_iout大于ipro_set_max时，启动输出最大电流保护模式，驱动mos管q1输出低电平关断线性电源的输出；
65.步骤s70、故障排查后，mcu通过复位电路使能mos管q1的漏极输出高电平的信号
pro_ab，进而恢复线性电源的输出；
66.当处于过压差过流保护模式时，mcu通过mos管q2控制起控电流比较电路输出低电平，进而使能mos管q1的漏极输出高电平的信号pro_ab；当处于最大电流保护模式时，mcu通过mos管q3控制最大电流比较电路输出低电平，进而使能mos管q1的漏极输出高电平的信号pro_ab。
67.综上所述，本发明的优点在于：
68.通过设置压差检测电路以及压差比较电路，压差检测电路向压差比较电路输出电压差fv_def，压差比较电路通过比较电压差fv_def与mcu设置的保护压差控制值vpro_set向使能电路输出信号conb；通过设置起控电流比较电路比较输出电流值fb_iout与mcu设置的起控电流控制值ipro_set_min向使能电路输出信号cona；通过设置最大电流比较电路比较输出电流值fb_iout与mcu设置的最大电流控制值ipro_set_max向使能电路输出信号conbb；当信号conb和信号cona均为高电平时，即可驱动光耦u4的引脚4输出高电平，进而驱动使能电路的mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab关断线性电源的输出；当信号conb为低电平，不能驱动光耦u4的引脚4输出高电平时，只要信号conbb为高电平，通过可驱动使能电路的mos管q1的漏极输出低电平的信号pro_ab关断线性电源的输出；而保护压差控制值vpro_set、起控电流控制值ipro_set_min、最大电流控制值ipro_set_max均可由mcu进行按需设置，即实现对电压差和电流同时进行控制，控制的电压差和电流的取值可按需设置，只要电压差或者电流超过控制值就关断线性电源的输出，进入自锁保护状态，避免mos管损坏，最终实现对mos管的电压差和电流同时进行动态控制，极大的延长了mos管的使用寿命。
69.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。