一种控制开关应用电路及其故障检测保护方法技术

为解决现有控制开关应用电路中只在接通被控制侧回路后才能实施检测和采取保护，容易发生严重事故的问题，本发明专利技术提供了一种控制开关应用电路及其故障检测保护方法。一种控制开关应用电路，包括控制侧电源、控制侧回路、被控侧电源和被控侧回路；其中，还包括一电磁继电器和一个以上的电流检测模块；所述电流检测模块用于检测被控侧回路中开关模块的电流，并将检测结果反馈给控制器；所述电磁继电器的主回路接在所述被控侧电源和被控侧回路之间，所述电磁继电器的控制回路连接至所述控制器。本发明专利技术提供的控制开关应用电路及其故障检测保护方法，可主动防止发生严重的安全事故，用户使用更加安全，可靠。

A control switch application circuit and its fault detection and protection method

In order to solve the existing control switch application circuit are turned on only in the control side loop can be implemented after detection and protection, prone to severe accident problem, the present invention provides a control switch circuit and fault detection and protection method of application. A control switch application circuit, including power supply, control side control circuit, the controlled power supply side side and control side circuit; which also includes a current electromagnetic relay and one or more detection module; the current detection module for a controlled current switch module side circuit in the detection, and the detection result to the controller; the main circuit of the electromagnetic relay is connected with power supply side and the controlled side circuit is connected between the control circuit and the electromagnetic relay is connected to the controller. The control switch application circuit and the fault detection protection method provided by the invention can actively prevent the occurrence of serious safety accidents, and the users are safer and more reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种控制开关应用电路及其故障检测保护方法
本专利技术涉及控制开关应用电路领域，尤其涉及控制开关应用电路的故障检测及保护领域。
技术介绍
随着大功率半导体器件比如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(场效应晶体管)、BJT(双极结型晶体管)等越来越多应用于工业生产、生活、汽车、重型机械等领域，其一般作为控制开关设置在各种高压控制电路中，控制高压回路的通断。比如，图1给出了一种大功率半导体作为控制开关12的应用电路的框图。该应用电路中一般均包括控制侧回路2和被控侧回路1，控制侧回路2由控制侧电源20供电，被控侧回路1由被控侧电源10供电；被控侧回路1中设有一个以上的开关模块，每个开关模块中均设有一个以上的控制开关12，开关模块控制负载11的通断(该图1中给出的是一路开关模块中包括单个控制开关12，每路控制开关12控制一个负载11的通断，具有这样的一个以上的开关模块的应用电路一般称为并联式应用电路。也有的开关模块为通过两个控制开关12串联形成的驱动桥，在两个并联的驱动桥之间接负载11，此类应用电路称为桥式应用电路。对于三相交流电机类负载11，其有UVW三个端子，则由3个并联的驱动桥(同样的，该驱动桥有两个控制开关12串联形成)上引出输出端与UVW端子连接，此类应用电路称为三相桥式应用电路)。控制侧回路2中一般均包括控制器22和一个以上的驱动模块23，控制器22将逻辑信号发送给各驱动模块23，驱动模块23生成驱动信号，其驱动信号控制各开关模块的通断。一般还设有人机交互界面21与控制器22相连，通过人机交互界面21来获取用户指令，并通知用户系统的工作状态。当其应用在各类大型产品上，比如使用在电动汽车等上时，其使用的电压越来越高，从几十伏特到上千伏特不等，如果大功率半导体一旦失效，可能会对负载11和被控侧回路1造成损伤。比如IGBT和MOS击穿后三脚全部短路或引脚间电阻大幅下降，使其无法再实现其通断控制的功能。如果在需要大功率半导体关断的时候其失效导致仍然持续通电，电机类负载将会短路烧毁，加热应用类负载将会一直通电，有些电源管理系统的预充回路会过流烧毁。现有的一些IGBT、MOSFET和BJT的应用电路中，虽然也有短路检测和保护措施，但其只能在接通被控制侧电压后才能实施检测，依靠空气开关或保险丝来保护短路。该种短路检测和保护措施只能在被控侧回路接通后才能检测到，不能提前实施检测。保护措施是依靠空气开关过流跳闸或保险丝熔断。对于电机负载只有IGBT和MOSFET驱动桥中单独上桥或单独下桥短路时才有可能保护。随着高压应用的越来越多，如果IGBT和MOSFET的短路后接通高压电源，将会很容易发生非常严重的事故。
技术实现思路
为解决现有控制开关应用电路中只在接通被控制侧回路后才能实施检测和采取保护，容易发生严重事故的问题，本专利技术提供了一种控制开关应用电路及其故障检测保护方法。本专利技术第一方面提供了一种控制开关应用电路，包括控制侧电源、控制侧回路、被控侧电源和被控侧回路；所述控制侧电源连接所述控制侧回路，为所述控制侧回路提供电能；所述被控侧电源连接所述被控侧回路，为所述被控侧回路提供电能；所述被控侧回路包括一个以上的开关模块和一个以上的负载，开关模块中包括一个以上的控制开关；所述负载和开关模块电连接；所述控制侧回路包括控制器和一个以上的驱动模块，每个驱动模块的输入端连接至控制器，每个驱动模块的输出端连接一开关模块；其中，还包括一电磁继电器和一个以上的电流检测模块；每个所述开关模块中连接一电流检测模块，所述电流检测模块用于检测被控侧回路中开关模块中的电流，并将检测结果反馈给控制器；所述电磁继电器的主回路接在所述被控侧电源和被控侧回路之间，所述电磁继电器的控制回路连接至所述控制器；所述控制器通过接收到的电流检测模块的检测结果，向所述电磁继电器的控制回路发送控制信号，以控制所述被控侧回路的通断。进一步地，所述电流检测模块包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器包括采集端和输出端，所述采集端采集开关模块中的电流，其输出端连接至所述控制器。进一步地，所述电流检测模块包括采样电阻和运算放大器，所述运算放大器将采样电阻采集到的电流放大后反馈给所述控制器。进一步地，各电流检测模块集成为一个电流检测模块。进一步地，所述控制开关应用电路为并联式控制开关应用电路；所述并联式控制开关应用电路中的被控侧回路包括两路以上的开关模块，每路开关模块包括一个控制开关，所述控制开关与一负载串联连接。进一步地，所述控制开关应用电路为桥式控制开关应用电路；所述桥式控制开关应用电路中的被控侧回路包括2路开关模块，每路开关模块中串接有两个控制开关，所述两个控制开关之间设有输出节点；两路开关模块中的输出节点之间连接负载。进一步地，所述控制开关应用电路为三相桥式控制开关应用电路；所述负载为三相电机，三相电机包括U、V、W三个端子；所述三相桥式控制开关应用电路中的被控侧回路包括三路开关模块，每路开关模块中串接有两个控制开关，所述两个控制开关之间设有输出节点；三路开关模块中的输出节点分别连接至所述三相电机的U、V、W端子。进一步地，所述控制侧回路中还包括与控制器连接的人机交互界面，通过人机交互界面来获取用户指令，并通知用户控制开关应用电路的工作状态。进一步地，所述驱动模块包括驱动芯片、限流电阻、并联电阻、滤波电容和稳压管；所述驱动芯片的输出端通过该限流电阻连接至所述开关模块中控制开关的控制端；所述并联电阻、滤波电容和稳压管并联连接在控制端和地之间。本专利技术第二方面提供了一种控制开关应用电路的故障检测保护方法，所述故障检测保护方法包括如下步骤：S1、初始化步骤：接通控制侧电源，保持电磁继电器断开，使被控侧回路处于断路状态；S2、电流检测步骤：通过控制器向各驱动模块发送测试逻辑信号，各驱动模块根据所述测试逻辑信号生成测试驱动信号，并将所述测试驱动信号发送给各开关模块，通过各电流检测模块检测各开关模块的电流，并将检测到的电流反馈给控制器；S3、判断步骤：控制器接收各电流检测模块中反馈的电流，根据其检测到的电流与第一预设阈值进行比较，当其检测到的电流大于等于第一预设阈值时，判断电流检测模块对应的开关模块中存在故障，反之，则判断电流检测模块对应的开关模块中不存在故障；S4、启动保护步骤：当任意开关模块中存在故障时，控制器发送保持信号继续保持电磁继电器断开；当各开关模块中均不存在故障时，通过控制器发送接通信号接通电磁继电器，使被控侧回路接通；进一步地，所述故障检测保护方法还包括：S5、工作保护步骤：当电磁继电器接通，开关模块接通工作后；如果驱动模块的驱动信号为低电平，开关模块不能接通时，任意电流检测模块仍有检测到超过第二预设阈值的电流，则判定该电流检测模块对应的开关模块存在故障；若存在故障，则通过控制器发送控制信号断开电磁继电器，使被控侧回路断开。进一步地，上述步骤S2中，所述“通过各电流检测模块检测各开关模块的电流，并将检测到的电流反馈给控制器”具体包括如下步骤：电流检测模块对每一路开关模块进行多次检测，并将多次检测到的电流反馈给控制器。进一步地，上述步骤S3中，所述“控制器将各电流检测模块反馈的电流与第一预设阈值进行比较”具体包括如下步骤：控制器将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制开关应用电路，包括控制侧电源、控制侧回路、被控侧电源和被控侧回路；所述控制侧电源连接所述控制侧回路，为所述控制侧回路提供电能；所述被控侧电源连接所述被控侧回路，为所述被控侧回路提供电能；所述被控侧回路包括一个以上的开关模块和一个以上的负载，开关模块中包括一个以上的控制开关；所述负载和所述开关模块电连接；所述控制侧回路包括控制器和一个以上的驱动模块，每个驱动模块的输入端连接至控制器，每个驱动模块的输出端连接一开关模块；其特征在于，还包括一电磁继电器和一个以上电流检测模块；每个所述开关模块连接一电流检测模块，所述电流检测模块用于检测被控侧回路中开关模块中的电流，并将检测结果反馈给控制器；所述电磁继电器的主回路接在所述被控侧电源和被控侧回路之间，所述电磁继电器的控制回路连接至所述控制器；所述控制器通过接收到的电流检测模块的检测结果，向所述电磁继电器的控制回路发送控制信号，以控制所述被控侧回路的通断。

【技术特征摘要】
1.一种控制开关应用电路，包括控制侧电源、控制侧回路、被控侧电源和被控侧回路；所述控制侧电源连接所述控制侧回路，为所述控制侧回路提供电能；所述被控侧电源连接所述被控侧回路，为所述被控侧回路提供电能；所述被控侧回路包括一个以上的开关模块和一个以上的负载，开关模块中包括一个以上的控制开关；所述负载和所述开关模块电连接；所述控制侧回路包括控制器和一个以上的驱动模块，每个驱动模块的输入端连接至控制器，每个驱动模块的输出端连接一开关模块；其特征在于，还包括一电磁继电器和一个以上电流检测模块；每个所述开关模块连接一电流检测模块，所述电流检测模块用于检测被控侧回路中开关模块中的电流，并将检测结果反馈给控制器；所述电磁继电器的主回路接在所述被控侧电源和被控侧回路之间，所述电磁继电器的控制回路连接至所述控制器；所述控制器通过接收到的电流检测模块的检测结果，向所述电磁继电器的控制回路发送控制信号，以控制所述被控侧回路的通断。2.根据权利要求1所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述电流检测模块包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器包括采集端和输出端，所述采集端采集开关模块中的电流，其输出端连接至所述控制器。3.根据权利要求1所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述电流检测模块包括采样电阻和运算放大器，所述运算放大器将采样电阻采集到的电流放大后反馈给所述控制器。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，各电流检测模块集成为一个电流检测模块。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述控制开关应用电路为并联式控制开关应用电路；所述并联式控制开关应用电路中的被控侧回路包括两路以上的开关模块，每路开关模块包括一个控制开关，所述控制开关与一负载串联连接。6.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述控制开关应用电路为桥式控制开关应用电路；所述桥式控制开关应用电路中的被控侧回路包括两路开关模块，每路开关模块中串接有两个控制开关，所述两个控制开关之间设有输出节点；两路开关模块中的输出节点之间连接负载。7.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述控制开关应用电路为三相桥式控制开关应用电路；所述负载为三相电机，三相电机包括U、V、W三个端子；所述三相桥式控制开关应用电路中的被控侧回路包括三路开关模块，每路开关模块中串接有两个控制开关，所述两个控制开关之间设有输出节点；三路开关模块中的输出节点分别连接至所述三相电机的U、V、W端子。8.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述控制侧回路中还包括与控制器连接的人机交互界面，通过人机交互界面来获取用户指令，并通知用户控制开关应用电路的工作状态。9.根据权利要求1-3中任意一项所述的控制开关应用电路，其特征在于，所述驱动模块包括驱动芯片、限流电阻、并联电阻、滤波电容和稳压管；所述驱动芯片的输出端通过该限流电阻连接至所述开关模块中控制开关的控制端；所述并联电阻、滤波电容和稳压管并联连接在控制端和地之间。10.一种控制开关应用电路的故障检测保护方法，其特征在于，所述控制开关应用电路为权利要求1-9中任意一项所述的控制开关应用电路；所述故障检测保...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵启，廖省雄，张达，杨其海，吕冯麟，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44