一种用于励磁线圈控制场景下的MOSFET开路及短路检测装置及方法制造方法及图纸

一种励磁线圈控制场景下的MOSFET开路及短路检测装置及方法，装置包括MCU模块、MOSFET驱动模块和故障检测模块；励磁线圈两端信号经光耦输出与PWM输出反馈信号进入异或逻辑门，逻辑门输出连接到MCU模块的定时器输入捕获通道，配置输入滤波器长度；判断MCU模块是否有输入捕获中断，若存在中断，判断PWM输出反馈引脚是否为高电平，如果为高电平且励磁线圈和驱动芯片供电正常，进行开路状态计时报警；若存在输入捕获中断且PWM输出反馈引脚电平是低电平，开始短路状态计时报警；开路或短路状态计时如果中断则需重新计时。本方法在不影响正常工作的前提下，配合软件程序实现带电检测和连续检测，减轻现场维护人员的工作量，提高了发电机励磁控制系统的可靠性和安全性。电机励磁控制系统的可靠性和安全性。电机励磁控制系统的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于励磁线圈控制场景下的MOSFET开路及短路检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及发电机励磁线圈控制
，特别涉及一种用于励磁线圈控制场景下的MOSFET开路及短路检测装置及方法。

技术介绍

[0002]在发电机励磁控制系统中，微控制器(MCU)通过输出PWM控制功率MOSFET开通和关断实现控制发电机励磁线圈电流大小、维持发电机输出电压稳定目的，因此功率MOSFET快速且可靠的故障检测十分重要，可防止由功率MOSFET损坏导致发电机输出停机或输出过高失去控制等现象。
[0003]目前，MOSFET故障检测办法分为不带电检测和带电检测两种方式。传统的MOSFET检测方式是不带电检测，其操作方法是使用数字万用表二极管档位测量MOSFET各引脚间状态进行判断，这种方式需要操作人员首先将MOSFET所在的板卡断电，然后再进行检测，该方法仅适用于板卡出厂检测环节，不适用于一些实时在线检测场景，且检测流程操作复杂，增加了人员工作量。专利CN106199369A：一种OR
‑
ing MSOFET故障在线检测的方法及系统中提出了一种OR
‑
ing场景下MOSFET带电检测的方法及系统：将OR
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ing MOSFET栅极驱动关闭，检测V
D
‑
S
，将V
D
‑
S
与预设故障门限电压比较，判断是否产生中断，如果产生中断，则在触发定时器开始计时，否则MCU进行MOSFET失效报警，同时MOSFET驱动开启；MOSFET驱动关闭持续时间到时后，栅极驱动重新开启，V
D
‑
S
小于100mV,电平翻转触发MCU外部中断，定时器结束计时；判断定时器计数时间是否大于MOSFET驱动关闭持续时间的一半，若是，MCU上报MOSFET正常，否则进行新一轮的检测。该方法实现了OR
‑
ing场景下MOSFET器件带电检测，减小了维护人员的工作量，降低了维护成本，但是该方法比较依赖于工程师经验值来设定用于比较的故障门限电压，对于不同型号的MOSFET以及MOSFET后级连接的负载不同都会导致故障门限电压值不同，缺乏灵活性；并且该方法检测MOSFET故障状态需要停机检测，即暂停MOSFET正常工作状态，使用特殊软件程序检测，因此该方法可以带电检测，但不能实现连续检测。
[0004]有鉴于此，急需一种方便、可靠的MOSFET开路及短路检测装置方法，克服现有MOSFET故障检测方法工作量大、灵活性差、实时性不强等不足，以提高发电机励磁线圈控制系统的可靠性和安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种方便可靠的、用于发电机励磁线圈控制场景下的MOSFET开路及短路故障检测装置及方法，克服不能带电检测、工作量大、灵活性差、不能连续检测等困难，以提高发电机励磁线圈控制的安全性和可靠性。
[0006]本专利技术的技术方案：一种励磁线圈控制场景下MOSFET开路及短路检测装置，包括MCU模块、MOSFET驱动模块和故障检测模块；MCU模块用于进行励磁决策输出合适占空比的PWM以及根据PWM输出反馈信号和故障检测模块输出信号进行故障分析并报警；
[0007]MCU模块包括3路GPIO引脚、1路定时器TIM2资源引脚和1路定时器TIM1资源引脚；定时器TIM2资源引脚配置为PWM输出模式，用于输出控制MOSFET驱动模块开通和关断的PWM，本技术方案中预设PWM周期为500Hz，占空比为30％；定时器TIM1资源引脚配置为输入捕获模式，下降沿触发中断，用于监控故障检测模块输出的励磁信号是否触发中断，并在TIM1中断函数中进行故障分析和报警；3路GPIO引脚配置为输入模式，分别用于在TIM1中断函数中检测PWM输出反馈信号、励磁线圈供电状态信号和MOSFET驱动芯片供电状态信号；
[0008]MOSFET驱动模块包括光耦、MOSFET驱动芯片和功率MOSFET；MCU模块的定时器TIM2资源引脚输出的PWM经过光耦隔离进入MOSFET驱动芯片，然后驱动功率MOSFET导通和关断，实现控制后级励磁线圈电流大小、维持发电机输出电压稳定；MOSFET驱动模块中PWM反馈输出至MCU模块的其中一路GPIO引脚；MOSFET驱动模块中的光耦起到隔离作用，防止后级电路影响前级电路；MOSFET驱动芯片起增强驱动能力的作用，将MCU模块输出的弱PWM信号放大至能驱动功率MOSFET的强PWM信号；
[0009]故障检测模块包括3路数字量输入电路、3个光耦和异或门逻辑电路；数字量输入电路和光耦用于检测MOSFET工作时各部分状态并分别通过光耦输出至MCU模块和逻辑门电路；逻辑门电路用于信号逻辑变换并输出至MCU模块用于故障诊断；三路数字量输入电路分别实时采集励磁线圈供电信号、驱动芯片供电信号、励磁线圈两端信号；励磁线圈供电信号包括线圈供电+和线圈供电
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；驱动芯片供电信号包括驱动芯片供电+和驱动芯片供电
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；励磁线圈两端信号包括LC_110V和LC_OUT；励磁线圈供电信号和MOSFET驱动芯片供电状态信号分别通过光耦输出为LC_PWROK_110V信号和LC_PWROK_12V信号，然后连接到MCU模块的另外两路GPIO引脚；励磁线圈两端信号经过光耦输出为LC_ON信号，然后与PWM输出信号同时进入异或逻辑门电路输出为LC_ON_1信号，即
[0010][0011]最后LC_ON_1信号连接到MCU模块的定时器TIM1资源引脚上。
[0012]使用励磁线圈控制场景下MOSFET开路及短路检测装置的MOSFET开路及短路检测方法，具体包括以下步骤：
[0013]S1，MCU模块初始化，配置定时器TIM2为PWM输出模式；配置定时器TIM1为输入捕获模式；配置3路GPIO引脚为输入模式；
[0014]S2，功率MOSFET处于正常工作状态，MCU模块输出PWM经过光耦和MOSFET驱动芯片控制功率MOSFET周期性开通和关断；
[0015]S3，判断定时器TIM1是否触发中断，当存在TIM1中断时，转步骤S4；否则转步骤S2；
[0016]S4，判断定时器TIM1触发中断是否为励磁线圈信号连接引脚输入捕获中断，判定为是的时候，转步骤S5，否则转步骤S2；
[0017]S5，判断MCU模块中的PWM输出反馈的GPIO引脚的电平是否为高电平，是高电平转步骤S6，否则转步骤S8；
[0018]S6，判断MCU模块对应励磁线圈供电状态和驱动芯片供电状态的两个GPIO引脚的电平是否均为低电平，均为低电平时转步骤S7，否则转步骤S9；
[0019]S7，MOSFET驱动模块的开路状态为开始计数，当MOSFET驱动模块的开路状态持续1S后，MCU模块进行MOSFET驱动模块开路报警并转步骤S9；
[0020]S8，MOSFET驱动模块的短路状态为开始计数，当MOSFET驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种励磁线圈控制场景下MOSFET开路及短路检测装置，其特征在于，该MOSFET开路及短路检测装置包括MCU模块、MOSFET驱动模块和故障检测模块；MCU模块包括3路GPIO引脚、1路定时器TIM2资源引脚和1路定时器TIM1资源引脚；定时器TIM2资源引脚配置为PWM输出模式，用于输出控制MOSFET驱动模块开通和关断的PWM；定时器TIM1资源引脚配置为输入捕获模式，下降沿触发中断，用于监控故障检测模块输出的励磁信号是否触发中断，并在定时器TIM1中断函数中进行故障分析和报警；3路GPIO引脚配置为输入模式，分别用于在TIM1中断函数中检测PWM的输出反馈信号、励磁线圈的供电状态信号和MOSFET驱动芯片的供电状态信号；MOSFET驱动模块包括光耦、MOSFET驱动芯片和功率MOSFET；MCU模块的定时器TIM2资源引脚输出的PWM经过光耦隔离进入MOSFET驱动芯片，然后驱动功率MOSFET导通和关断；MOSFET驱动模块中PWM反馈输出至MCU模块的其中一路GPIO引脚；MOSFET驱动模块中的光耦起到隔离作用，防止后级电路影响前级电路；MOSFET驱动芯片起增强驱动能力的作用，将MCU模块输出的弱PWM信号放大至能驱动功率MOSFET的强PWM信号；故障检测模块包括3路数字量输入电路、3个光耦和1个异或门逻辑电路；3路数字量输入电路分别实时采集励磁线圈的供电状态信号、MOSFET驱动芯片的供电信号、励磁线圈两端信号；励磁线圈的供电状态信号包括线圈供电+和线圈供电
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；MOSFET驱动芯片供电信号包括驱动芯片供电+和驱动芯片供电
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；励磁线圈两端信号包括LC_110V和LC_OUT；励磁线圈的供电状态信号和MOSFET驱动芯片供电状态信号分别通过光耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卓函，武冬冬，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：