防mcu或驅動ic故障的同步脈衝控制電路的製作方法
2023-05-31 02:09:06 1
專利名稱：防mcu或驅動ic故障的同步脈衝控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及脈衝變換控制領域，具體來說是一種防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路。
背景技術：
目前傳統的電子式功率開關，在脈衝驅動源(MCU或驅動IC)出現故障時，驅動脈衝信號寬度則會受輸入級(前級)的影響達到最大值，即高電平全導通的工作模式，這將使得後級功率開關管處於全佔空比導通模式，因電流過大而損壞該功率開關管。圖I所示為傳統的帶三極體倒相放大輸入的互補推挽式功率驅動電路。當前級的 MCU或驅動IC出現故障時(Utl為全低電平，正常為脈衝寬度可控制的驅動信號)，在此傳統型電路中，這一故障經三極體與互補推挽放大器進行雙重放大後，會導致功率開關管進入全導通狀態，其D-S之間的導通內阻更是接近為零，造成該功率開關管因電流過大而損壞。圖2所示為傳統的採用放電電阻的互補推挽式功率驅動電路。如上所述，當前級的MCU或驅動IC出現故障時，通過該互補推挽電路及驅動電阻，同樣會造成末端的功率開關管因電流過大而損壞。圖3、圖4所示為傳統的採用運算放大器/比較器同相輸入的互補推挽式功率驅動電路。與圖I、圖2所不同的是，當前級的MCU或驅動IC出現故障時(輸出電壓Utl為全高電平，正常為脈衝寬度可控制的驅動信號)，此故障高電平經同相輸入端送至功率開關管的驅動極，從而使末端的功率開關管因電流過大而損壞。目前解決上述問題主要有以下三種方法方法一在末端的功率開關管D極(或C極)上串聯一隻大功率限流電阻R9，如圖5、圖6所示，由於串聯了該限流電阻，可防止功率開關管在MCU故障時進入短路狀態，從而很好地將其電流保持在功率開關管的安全值以內。但該方案由於增加了固定的大功率電阻負載，串聯在主迴路中，在一定程度上增加了主迴路的功率損耗，因此大大降低了整機的工作效率，且該電阻的阻值隨功率的增大，選擇難度會相應增大，同時，電阻本身的發熱及體積，也是必須考慮的問題。方法二在MCU或驅動IC的輸出端外接了一個運算放大器或比較器，根據前級在出現故障時可能出現全高電平或全低電平的問題，可以採用如圖7、圖8所示方案(全高電平接圖7所示的保護電路，全低電平接圖8所示的保護電路)，通過運算放大器或比較器的輸出端使三極體Q5順利導通，可將全高或全低的功率開關管故障驅動信號直接拉地，該故障信號被強行拉低到接近零電平，從而使末端的功率開關管因無驅動電平而處於截止狀態，此時其D-S相當於開關的斷開，從而避免了該功率開關管因故障時的全高電平開通出現電流過大而造成損壞，起到了一定程度的保護作用。但該方案由於對前級故障時的高/低電平只能進行單項選擇，當MCU或驅動IC出現故障時，就很難確定其輸出特性究竟是高電平還是低電平。故，其使用條件受到了限制，不利於真正解決問題。方法三在傳統的互補推挽式驅動電路中，如圖9、
圖10所示，串接一個隔離用的驅動變壓器，當前級MCU或驅動IC出現故障時，輸出的全高或全低故障驅動信號因無脈動量(直流值)而無法通過驅動變壓器(變壓器有通高頻阻低頻、通交流隔直流的特性)，使末端功率開關管因無驅動信號而處於截止狀態，從而可避免以上所述過電流現象的發生，起到了一定程度的保護作用。但該方案因增加了一個起驅動和隔離作用的變壓器，使得整個驅動迴路的體積和重量大為增加(當驅動電路工作在低頻狀態時，變壓器因頻率低，根據感抗的原理可知，其體積和重量將成倍增加)，成本當然也相應增加，且因驅動信號的頻率無法確定，使得變壓器的選型同樣面臨實際的困難。簡言之，存在的這兩個切實問題使得該方案的使用範圍受到了限制，可以說，該方案也未能從根本上解決以上問題。
發明內容本實用新型要解決的是現有的防MCU或驅動IC故障的控制電路存在的結構複雜、成本較高、體積較大，且技術可行性差等一系列相關技術問題，提供一種能對輸入級的MCU或驅動IC故障進行取樣脈衝信號變換及控制的同步脈衝電路。解決上述技術問題所採用的技術方案是防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，包括信號採樣電路、同步脈衝轉換電路和整形控制信號輸出電路，其特徵在於所述的採樣電路對MCU或驅動IC的輸出電壓信號進行採樣和幅度調整，輸出採樣電壓信號給同步脈衝轉換電路；所述的同步脈衝轉換電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣電壓信號耦合到整形控制信號輸出電路的輸入端，同時阻斷直流故障電壓信號；所述的整形控制信號輸出電路包括整形電路、控制電路和一個箝位二極體，所述的整形電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣耦合電壓信號整形後輸出給控制電路，控制電路輸出高電平，箝位二極體截止；當控制電路的輸入端為低電平時，控制電路輸出低電平使箝位二極體導通，所述的箝位二極體將主驅動迴路的互補推挽式功率放大電路的控制端箝位於零電位。本實用新型的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，當MCU或驅動IC正常工作時，輸出帶有佔空比控制的正常脈衝電壓信號。所述的採樣電路對MCU或驅動IC的輸出電壓信號進行採樣和幅度調整，輸出採樣電壓信號給同步脈衝轉換電路；所述的同步脈衝轉換電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣電壓信號耦合到整形控制信號輸出電路的輸入端；所述的整形控制信號輸出電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣耦合電壓信號整形後，由控制電路輸出高電平，箝位二極體截止。此時，本實用新型的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路對主驅動迴路的互補推挽式功率放大電路不會產生影響。當MCU或驅動IC出現故障時，輸出全高電平或全低電平。當輸出為全高電平時，採樣電路對MCU或驅動IC的輸出電壓信號進行相位變換。因此，無論故障電壓為全高電平或全低電平，從採樣電路輸出的採樣電壓信號均為低電平。同步脈衝轉換電路對直流電壓信號阻斷，其輸出端也為低電平。整形控制信號輸出電路輸出低電平使箝位二極體導通，所述的箝位二極體將主驅動迴路的互補推挽式功率放大電路的控制端箝位於零電位。[0020]本實用新型的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，在不影響整機效率，及不影響整機性能的前提下，通過對前級MCU或驅動IC的工作狀態進行同步監測，防止前級發生故障時末級功率開關管進入全佔空比導通的短路狀態，可使輸出的驅動信號鎖定在一個非常安全的範圍內，從而解決了非正常原因下出現的MCU或驅動IC故障，避免了該故障導致的炸機等嚴重電性問題產生。另外，本實用新型既不需要採用任何隔離驅動變壓器，又可應用於各種頻率的驅動電路中，且可對輸入的高低故障電平進行同步控制。一言以蔽之，本電路實用新型在技術上具有三大突破點跟隨性好，可靠性好、成本低廉。根據本實用新型，所述的採樣電路為純電阻電路，或者為運算放大器電路、比較器電路、三極體電路、MOSFET電路或者IGBT電路其中的任何一種邏輯控制管電路。根據本實用新型，所述的同步脈衝轉換電路包括脈衝耦合電容。所述的脈衝耦合 電容為電解電容或無極性電容，數量為一個或多個。進一步地，當同步脈衝轉換電路的R *C脈衝時間常數大於Ts採樣信號脈寬時，所述的脈衝耦合電容兩端並聯一個正脈衝續流二極體，所述脈衝耦合電容的輸出端和地之間串聯一個負脈衝續流二極體，並且所述的負脈衝續流二極體的陽極接地。所述的負脈衝續流二極體和正脈衝續流二極體可有效地阻斷低頻電壓通過。根據本實用新型，所述的整形控制信號輸出電路的整形電路為一級或多級RC積分電路。根據本實用新型，所述的整形控制信號輸出電路的控制電路為運算放大器電路或比較器電路，或者為三極體電路、MOSFET電路或者IGBT電路其中的任何兩個/種邏輯控制管電路的組合。這種結構的控制電路可保證其輸入和輸出保持同相位狀態。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖I、圖2是傳統的帶三極體倒向放大輸入的互補推挽式驅動電路。圖3、圖4是傳統的帶運算放大器/比較器輸入的互補推挽式驅動電路。圖5、圖6是在末端功率開關管主迴路中增加大功率限流電阻的驅動電路。圖7、圖8是採用單一全高/全低故障電平檢測或保護的驅動電路。圖9、圖10是採用串隔離式驅動變壓器的互補推挽式驅動電路。圖11、圖12、圖13、圖14是本實用新型採用雙運算放大器輸入輸出的同步脈衝控制電路。圖15、圖16是本實用新型採用雙晶體三極體輸入輸出的同步脈衝控制電路。圖17、圖18是本實用新型採用單運算放大器和單晶體三極體作為輸入輸出的同步脈衝控制電路。
具體實施方式
實施例一本實用新型的實現方案一如圖11虛線框中的控制電路所示。本實用新型的的同步脈衝控制電路包括信號採樣電路、同步脈衝轉換電路和整形控制信號輸出電路。所述的信號採樣電路由運算放大器OPAMPl和由電阻Rl、R2、R3和R4組成的外圍電路。其中分壓電阻R2和R3構成的串聯電路給運算放大器OPAMPl的輸入負端提供基準電壓；電阻Rl —端接MCU或驅動IC的輸出端，另一端接運算放大器OPAMPl的輸入正端；電阻R4的一端接運算放大器OPAMPl的輸出端。所述的同步脈衝轉換電路包括脈衝耦合電容Cl，脈衝耦合電容C1的左端接脈衝信號取樣的輸出端(即電阻R4的另一端)，右端接脈衝整形電路的輸入端。其中脈衝耦合電容C1也可以用其他規格的電容替代(含電解電容與無極性電容等)。所述的整形控制信號輸出電路包括整形電路、控制電路和一個箝位二極體D3。所述的整形電路為一個由電阻R5、電容C2、電阻R6和電容C3構成的兩級RC積分電路。所述的控制電路包括運算放大器0PAMP2和由電阻R7、R8、R9和RlO構成的外圍電路，其中分 壓電阻R9和RlO構成的串聯電路給運算放大器0PAMP2的輸入負端提供基準電壓；電阻R7和R8的一端接運算放大器0PAMP2的輸入正端，電阻R7和R8的另一端別連接到第二級積分電路中的電容C3的兩端。箝位二極體D3的陰極接運算放大器0PAMP2的輸出端，陽極接互補推挽式功率放大電路的控制端。當MCU或驅動IC無故障時，在電阻&的左端將出現帶佔空比控制的正常脈衝驅動信號，經運算放大器OPAMPl進行取樣，由脈衝耦合電容C1耦合到脈衝整形電路的輸入端(電容有通高頻阻低頻、通交流隔直流的特性，Xc=l/2 Ji fC)，再通過電阻R5、電容C2、電阻R6、電容C3組成的雙級積分電路送至運算放大器OPAMPl的輸入端，故其輸出將得到與MCU或驅動IC同步的高電平，箝位二極體D3反偏截止，該同步控制電路對正常工作的驅動主迴路不會產生影響。當MCU或驅動IC出現故障時，電阻R1上將檢測到一個故障電平(全高電平或全低電平)，通過運算放大器OPAMPl進行相位檢測，送至脈衝耦合電容C1的左端，因脈衝耦合電容C1有通交流隔直流的特性，前級送來的全高或全低直流電平將無法送至後級。同時，脈衝整形電路因無輸入信號而輸出低電平，經過運算放大器0PAMP2輸出低電平，箝位二極體隊導通，將驅動主迴路中的互補推挽功率放大電路的輸入端拉低至零電平，末級的功率開關管因無驅動信號而處於截止狀態，從而起到了同步控制作用。本實用新型在不影響整機效率和電性的前提下，解決了前級MCU或驅動IC發生故障時末級功率開關管因電流過大隨之損壞的問題。簡言之，該電路具有跟隨性好，可靠性好、成本低廉等優點。在此基礎上，當同步脈衝轉換電路的R · C脈衝時間常數大於Ts採樣信號脈寬時，所述的脈衝耦合電容C3兩端並聯一個正脈衝續流二極體D1，所述脈衝耦合電容Cl的輸出端和地之間串聯一個負脈衝續流二極體D2，並且所述的負脈衝續流二極體D2的陽極接地。所述的負脈衝續流二極體Dl和正脈衝續流二極體D2可有效地阻斷低頻電壓通過。實施例二參照圖12，本實施例是在圖11實施例基礎上的改進。與圖11實施例不同之處在於所述的信號採樣電路由電阻R4構成，其餘結構與圖11實施例相同。實施例三參照圖13，本實施例是在圖11實施例基礎上的改進。與圖11實施例不同之處在於所述的整形電路採用一級RC積分電路，即由電阻R5和電容C2構成，其餘結構與圖11實施例相同。實施例四[0047]參照圖14本實施例是在圖13實施例基礎上的改進。與圖13實施例不同之處在於所述的信號採樣電路由電阻R4構成，其餘結構與圖13實施例相同。實施例五參照圖15，本實用新型的又一實現方案。在本實施方式中，主驅動迴路末級的功率開關管控制端採用PNP三極體放電形式。本實用新型的同步脈衝控制電路包括信號採樣電路、同步脈衝轉換電路和整形控制信號輸出電路。所述的信號採樣電路包括三極體Ql和由電阻Rl、R2、R3和R4組成的外圍電路。所述電阻Rl的一端接MCU或驅動IC的輸出端，另一端接三極體Ql的基極；三極體Ql的集電極接電阻R2和R4的一端，電阻R2的另一端接電源VCCl。所述的同步脈衝轉換電路包括脈衝 耦合電容Cl，脈衝耦合電容C1的左端接脈衝信號取樣的輸出端(即電阻R3的另一端)，右端接脈衝整形電路的輸入端。其中脈衝耦合電容仏也可以用其他規格的電容替代(含電解電容與無極性電容等)。當同步脈衝轉換電路的R · C脈衝時間常數大於Ts採樣信號脈寬時，所述的脈衝耦合電容C3兩端並聯一個正脈衝續流二極體Dl，所述脈衝耦合電容Cl的輸出端和地之間串聯一個負脈衝續流二極體D2，並且所述的負脈衝續流二極體D2的陽極接地。所述的整形控制信號輸出電路包括整形電路、控制電路和一個箝位二極體D3。所述的整形電路為一個由電阻R5、電容C2、電阻R6和電容C3構成的兩級RC積分電路。所述的控制電路包括三極體Q2、三極體QA、電阻R7、R8和RA。三極體Q2的基極接電阻R6和R7的一端，發射極接電阻R7的另一端、三極體QA的發射極和地，基極接電阻R8和三極體QA的基極；電阻R8的另一端接電阻RA的一端和電源VCCl ;三極體QA的集電極接電阻RA的另一端和箝位二極體D3的陰極；箝位二極體D3的陽極接互補推挽式功率放大電路的控制端。當MCU或驅動IC出現故障時，在電阻R1上將得到一個全高或全低的直流電平，通過採樣三極體Q1倒相後，從其C極輸出，因脈衝耦合電容C1有隔直流通交流的特性，該故障直流電平無法通過脈衝耦合電容Q。另外由於正脈衝續流二極體D1處於反偏狀態，故障高電平也無法通過脈衝續流二極體D1送往後級，使三極體Q2的b極因無脈衝整形電路送來的正向電壓而處於截止狀態，三極體Q2的c極輸出高電平，使得控制三極體Qa的b極呈現高電平，三極體Qa導通，其c極為低電平，箝位二極體D3導通，將互補推挽功率放大器的輸入端拉至接近於零電位，使末級功率開關管因無驅動電壓而處於斷開狀態，從而起到了同步脈衝控制作用，保護了後級電路不至於因電流過大而損壞，其中末級的主功率開關管也可以用三極體、MOSFET, IGBT器件代替。實施例六參照圖14，本實用新型的又一實施方式。本實施方式與圖15的實施方式的不同之處在於其一，主驅動迴路末級的功率開關管控制端採用的是電阻放電形式；另一處是同步控制迴路的脈衝整形電路，圖15採用了兩級RC積分電路，本實施例採用了一級RC積分電路，其中涉及脈衝變換器的RC積分電路也可用多級進行代替。其餘結構與圖15的實施方式相同。實施例七參照圖17，本實用新型在圖15實施方式基礎上改進後的又一實施方式。與圖15實施方式不同之處在於採樣電路由運算放大器OPAMPl和由電阻Rl、R2、R3和R4組成的外圍電路。其中分壓電阻R2和R3構成的串聯電路給運算放大器OPAMPl的輸入負端提供基準電壓；電阻Rl —端接MCU或驅動IC的輸出端，另一端接運算放大器OPAMPl的輸入正端；電阻R4的一端接運算放大器OPAMPl的輸出端，另一端接脈衝耦合電容Cl的一端。其餘結構與圖15實施方式相同。同步脈衝控制電路中的輸入採樣電路和輸出控制電路的主控器件也可以採用三極體、MOSTET管及運算放大器(含比較器)進行替代。當MCU或驅動IC工作正常時，受佔空比控制的脈衝信號經電阻R1和輸入採樣電路送至脈衝耦合電容C1的左端，因脈衝耦合電容仏有通高頻阻低頻，通交流隔直流的特性，此脈衝信號經脈衝耦合電容C1送至脈衝整形電路，輸出高電平使箝位二極體D3的負端呈現高電平，箝位二極體D3截止，對正常工作的主驅動迴路不起作用。當MCU或驅動IC工作異常(故障)時，在電阻R1上將得到一個全高或全低的直流電平，通過採樣三極體(採樣運算放大 器或比較器)送至隔直二極體C1的左端，因該故障採樣信號為全高或全低的直流電平，無法經隔直二極體C1送往後級，脈衝整形電路因無法輸入信號而輸出低電平，輸出控制管輸出低電平加至箝位二極體D3的負端，箝位二極體D3處於正偏導通狀態，從而將主驅動迴路的輸入端拉至接近於零電位，末級功率開關管因無驅動信號而處於被動斷開狀態，相當於開關的斷開，起到了防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制作用，達到了要求的技術指標。實施例八參照圖18，本實用新型在圖17基礎上改進的又一實施方式。與圖17實施方式不同之處在於其一，圖17的主驅動迴路末級的功率開關管控制端採用PNP三極體放電形式，而本實施方式的主驅動迴路末級的功率開關管控制端採用的是電阻放電形式；另一處是同步控制迴路的脈衝整形電路，圖17採用了兩級RC積分電路，本實施方式則採用了一級RC積分電路，其中涉及脈衝變換器的RC積分電路也可用多級進行代替。應該理解到的是上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限制，任何不超出本實用新型實質精神範圍內的實用新型創造，均落入本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，包括信號採樣電路、同步脈衝轉換電路和整形控制信號輸出電路，其特徵在於 所述的採樣電路對MCU或驅動IC的輸出電壓信號進行採樣和幅度調整，輸出採樣電壓信號給同步脈衝轉換電路； 所述的同步脈衝轉換電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣電壓信號耦合到整形控制信號輸出電路的輸入端，同時阻斷直流故障電壓信號； 所述的整形控制信號輸出電路包括整形電路、控制電路和一個箝位二極體，所述的整形電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣耦合電壓信號整形後輸出給控制電路，控制電路輸出高電平，箝位二極體截止；當控制電路的輸入端為低電平時，控制電路輸出低電平使箝位二極體導通，所述的箝位二極體將主驅動迴路的互補推挽式功率放大電路的控制端箝位於零電位。
2.如權利要求I所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的採樣電路為純電阻電路，或者為運算放大器電路、比較器電路、三極體電路、MOSFET電路或者IGBT電路其中的任何一種邏輯控制管電路。
3.如權利要求I所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的同步脈衝轉換電路包括脈衝耦合電容。
4.如權利要求4所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的脈衝耦合電容為電解電容或無極性電容，數量為一個或多個。
5.如權利要求4所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的脈衝耦合電容兩端並聯一個正脈衝續流二極體，所述脈衝耦合電容的輸出端和地之間串聯一個負脈衝續流二極體，並且所述的負脈衝續流二極體的陽極接地。
6.如權利要求I所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的整形控制信號輸出電路的整形電路為一級或多級RC積分電路。
7.如權利要求I所述的防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，其特徵在於所述的整形控制信號輸出電路的控制電路為運算放大器電路或比較器電路，或者為三極體電路、MOSFET電路或者IGBT電路其中的任何兩個邏輯控制管電路的組合。
專利摘要本實用新型公開了一種防MCU或驅動IC故障的同步脈衝控制電路，包括信號採樣電路、同步脈衝轉換電路和整形控制信號輸出電路，其特徵在於所述的採樣電路對MCU或驅動IC的輸出電壓信號進行採樣和幅度調整，輸出採樣電壓信號給同步脈衝轉換電路；所述的同步脈衝轉換電路將帶有佔空比控制的正常脈衝採樣電壓信號耦合到整形控制信號輸出電路的輸入端，同時阻斷直流故障電壓信號；所述的整形控制信號輸出電路在故障時，將主驅動迴路的互補推挽式功率放大電路的控制端箝位於零電位。本電路實用新型在技術上具有跟隨性好，可靠性高，成本低廉的優點。
文檔編號H03K17/08GK202679330SQ20122026655
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者方潔苗, 李積明 申請人:浙江榆陽電子有限公司