一种PTC软件及硬件双重过流保护电路系统的制作方法

一种ptc软件及硬件双重过流保护电路系统
技术领域
1.本发明涉及ptc领域，具体涉及一种ptc软件及硬件双重过流保护电路系统。


背景技术：

2.目前电动汽车的空调加热系统均采用ptc芯体加热，ptc加热是将电能转换为热能。但是加载在ptc加热器的电流一旦过大，就容易发生芯体损伤以及元器件的损坏。因此在控制系统中需要做硬件的过流保护和软件的过流保护双重机制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种ptc软件及硬件双重过流保护电路系统，在ptc加热时，如果电流突然异常增大，使用硬件与软件双重过流保护机制，快速的关闭igbt使ptc加热芯停止工作。
4.一种ptc软件及硬件双重过流保护电路系统，包括主控mcu、igbt模块、igbt驱动电路、电流采集电路、硬件过流保护模块、二阶滤波电路和加热芯体，所述加热芯体一侧连接高压正极另一侧连接igbt模块，所述igbt模块通过igbt驱动电路与主控mcu相连，且igbt模块还与电流采集电路连接，所述电流采集电路连接连接至高压负极；
5.所述电流采集电路还与主控mcu和硬件过流保护模块连接，所述硬件过流保护模块与二阶滤波电路连接，所述二阶滤波电路与主控mcu连接，所述主控mcu通过通信电路与热管理系统连接；
6.所述主控mcu采集到当前系统中的电压、电流后，计算出实际的功率，然后与请求的目标功率作比较，经过软件pid算法实时调节pwm驱动信号的占空比，当pwm的驱动信号为高电平时，igbt驱动电路驱动igbt打开，控制电流从高压正极经过加热芯体、igbt、电流采集电路回到高压的负极。
7.优选的，所述igbt驱动电路包括驱动芯片u1，所述驱动芯片u1的输入侧连接有第一限流电阻r2和第二限流电阻r3，所述驱动芯片u1的输出侧连接igbt模块，且驱动芯片u1与igbt模块之间还连接有瞬态二极管tvs1，所述瞬态二极管tvs与驱动芯片u1之间还连接有门极电阻r15，且瞬态二极管tvs还并联一个门极下拉电阻r16。
8.优选的，所述电流采集电路包括依次相连的采集电阻r1、二级滤波电路和差分放大电路，所述二级滤波电路相互耦合的第四电阻r4、第一电容c1、第七电阻r7和第二电容c2，所述差分放大电路包括相互耦合的第一运算放大器u2a、第四电阻r4、第五电阻r5、第七电阻r7、第八电阻r8和第十二电阻r12。
9.优选的，所述硬件过流保护模块包括硬件自锁电路，所述硬件自锁电路包括由第十三电阻r13，第十四电阻r14、第二运算放大器u2b组成正反馈电路以及正反馈电路与第九电阻r9、第三电容c3、第十一电阻r11和第五电容c5组成比较器电路。
10.优选的，所述第一运算放大器u2a的1号引脚与硬件过流保护模块中的第二运算放大器u2b的5号引脚相连，所述第二运算放大器u2b的5号引脚大于第二运算放大器u2b的6号
引脚的电压时，第二运算放大器u2b的7号引脚输出高电平，反之输出低电平。
11.优选的，所述第二运算放大器u2b的7号引脚输出高电平时，会驱动igbt驱动电路中的三极管q1打开，从而通过驱动芯片u1控制igbt模块关闭。
12.本发明的优点在于：
13.1、进行硬件保护的阈值是主控mcu的pwm发出经过rc二阶滤波得到的，此保护阈值可以时时进行更改提高产品的硬件平台化，只需要更改软件阈值就可以满足不同产品的过流保护。
14.2、u2b与外围电路组成自锁保护电路，r14是反馈电阻，同时与r13进行电阻分压，提高硬件保护的稳定性。
15.3、发生硬件过流保护之后，在下一个循环从新开启，只需要主控mcu在current_to_mcu的引脚输出低电平即可。
附图说明
16.图1为本发明的系统原理图；
17.图2为本发明中igbt驱动电路示意图；
18.图3为本发明中电流采集电路与硬件过流自锁电路示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
20.如图1至图3所示，一种ptc软件及硬件双重过流保护电路系统，包括主控mcu、igbt模块、igbt驱动电路、电流采集电路、硬件过流保护模块、二阶滤波电路和加热芯体，所述加热芯体一侧连接高压正极另一侧连接igbt模块，所述igbt模块通过igbt驱动电路与主控mcu相连，且igbt模块还与电流采集电路连接，所述电流采集电路连接连接至高压负极；
21.所述电流采集电路还与主控mcu和硬件过流保护模块连接，所述硬件过流保护模块与二阶滤波电路连接，所述二阶滤波电路与主控mcu连接，所述主控mcu通过通信电路与热管理系统连接；
22.所述主控mcu采集到当前系统中的电压、电流后，计算出实际的功率，然后与请求的目标功率作比较，经过软件pid算法实时调节pwm驱动信号的占空比，当pwm的驱动信号为高电平时，igbt驱动电路驱动igbt打开，控制电流从高压正极经过加热芯体、igbt、电流采集电路回到高压的负极。
23.所述igbt驱动电路包括驱动芯片u1，所述驱动芯片u1的输入侧连接有第一限流电阻r2和第二限流电阻r3，所述驱动芯片u1的输出侧连接igbt模块，且驱动芯片u1与igbt模块之间还连接有瞬态二极管tvs1，所述瞬态二极管tvs与驱动芯片u1之间还连接有门极电阻r15，且瞬态二极管tvs还并联一个门极下拉电阻r16。
24.所述电流采集电路包括依次相连的采集电阻r1、二级滤波电路和差分放大电路，所述二级滤波电路相互耦合的第四电阻r4、第一电容c1、第七电阻r7和第二电容c2，所述差分放大电路包括相互耦合的第一运算放大器u2a、第四电阻r4、第五电阻r5、第七电阻r7、第八电阻r8和第十二电阻r12。
25.所述硬件过流保护模块包括硬件自锁电路，所述硬件自锁电路包括由第十三电阻r13，第十四电阻r14、第二运算放大器u2b组成正反馈电路以及正反馈电路与第九电阻r9、第三电容c3、第十一电阻r11和第五电容c5组成比较器电路。
26.所述第一运算放大器u2a的1号引脚与硬件过流保护模块中的第二运算放大器u2b的5号引脚相连，所述第二运算放大器u2b的5号引脚大于第二运算放大器u2b的6号引脚的电压时，第二运算放大器u2b的7号引脚输出高电平，反之输出低电平。
27.所述第二运算放大器u2b的7号引脚输出高电平时，会驱动igbt驱动电路中的三极管q1打开，从而通过驱动芯片u1控制igbt模块关闭。
28.具体实施方式及原理：
29.根据图1所示的系统框图所示，当主控mcu通过通信电路模块接收到热管理系统功率请求时，主控mcu采集到当前系统中的电压、电流，计算出实际的功率，然后与请求的目标功率作比较，经过软件pid算法实时调节pwm驱动信号的占空比，以此达到输出请求的目标功率；当pwm的驱动信号为高电平时，此时igbt驱动电路驱动igbt打开，然后电流从高压正极经过加热芯体、igbt、电流采集电路回到高压的负极，使加热芯体加热。
30.根据图2所示的igbt驱动电路，r2,r3为驱动芯片输入的限流电阻，具有限制电流作用，r15为igbt的门极电阻，有限制igbt门极电流的作用，其值的大小影响igbt的开关时间和开关损耗。r16为igbt的门极下拉电阻，其作用可以释放igbt中ge静电，其次可以在无驱动信号时时igbt的门极下拉为低，彻底的关闭igbt。
31.根据图2所示的igbt驱动电路，所示tvs1为tvs管，主要为了抑制短路故障时igbt门极驱动电压vge的抬升，以确保门极驱动电压钳位在正常电压使短路电流不会过高。
32.根据图3所示的电流采集与硬件自锁电路，图中r1为阻值较小的采集电阻，其作用是将电流信号转换为电压信号，来实现i/v的转换，r4,c1,r7,c2电阻电容组成的二级滤波电路，以一抑制电路中杂波对电流采集电路的影响。同时也抑制了在igbt打开瞬间过高的尖峰电流，导致误触发硬件过流保护；u2a(第一运算放大器)与r4,r7,r5,r8，r12组成差分放大电路，具有放大差模信号，抑制共模信号的作用，能后减小在igbt打开的瞬间，过高的电流经过高压大地回路导致整个系统中地回路中的噪声影响；r13，r14，u2b(第二运算放大器)组成正反馈电路，同时与r9,c3,r11,c5组成比较器电路，实现硬件自锁保护逻辑。
33.采集的电流信号，经过u2a(第一运算放大器)差分放大之后转为电压信号，通过一路送给主控mcu，与软件预设值进行比较，采取软件保护；另一路送给硬件过流自锁保护电路(u2b的5号引脚)采取硬件保护。
34.u2b的5号引脚硬件进行保护的阈值,是主控mcu发出的pwm信号，经过r9、c3、r11、c5二阶滤波过来，只要pwm的发出频率远大于二阶滤波的截止频率，输出值就是一个模拟量(具体的一个电压值)，输出电压值的大小为主控mcu输的5v乘以current_protect_out发出的pwm的占空比。例如占空比为50％,则u2b
‑
6脚的电压为2.5v。
35.当u2b的5号引脚的电压大于u2b的6号引脚的电压时，u2b
‑
7输出高电平。反之输出低电平。当u2b的7号引脚输出高电平时，此时会驱动三极管q1打开，从而使驱动igbt的控制端u1
‑
3、4脚拉低为0v，从而关闭igbt。
36.本系统在进行硬件保护的阈值是主控mcu的pwm发出经过rc二阶滤波得到，此保护阈值可以时时进行更改，一方面提高产品的硬件平台化，只需要更改软件阈值满足不同产
品的过流保护。
37.且u2b与外围电路组成自锁保护电路，r14是反馈电阻，同时与r13进行电阻分压，例如软件与硬件过流保护的阈值电压为1.5v，则u2b
‑
6脚的电压为1.5v。如果电流采集电路采集的电流转换为电压大于1.5v时即(u2b
‑
5的电压大于1.5v)，则u2b
‑
7输出为高电平(5v)，从而使三极管q1工作，关闭igbt。当igbt关闭时，电流采集电路转换为的电压为0v，则u2a
‑
1脚输出为0，所以u2b
‑
7脚的5v电压经过r14、r13分压，从而使u2b
‑
5脚的电压为2.5v，此时u2b
‑
5脚＝2.5v,永远大于u2b
‑
6脚＝1.5v的电压，所以u2b
‑
7永远输出高电平，此循环形成一个自锁电路，提高硬件保护的稳定性。
38.发生硬件过流保护之后，在下一个循环从新开启，只需要主控mcu在current_to_mcu的引脚输出低电平即可。
39.基于上述，本发明进行硬件保护的阈值是主控mcu的pwm发出经过rc二阶滤波得到的，此保护阈值可以时时进行更改提高产品的硬件平台化，只需要更改软件阈值就可以满足不同产品的过流保护，u2b与外围电路组成自锁保护电路，r14是反馈电阻，同时与r13进行电阻分压，提高硬件保护的稳定性，发生硬件过流保护之后，在下一个循环从新开启，只需要主控mcu在current_to_mcu的引脚输出低电平即可。
40.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。