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基于電壓比較器的固態(tài)功率控制器驅(qū)動保護電路研究

2022年電子技術(shù)應(yīng)用第8期

劉紅奎

中國西南電子技術(shù)研究所，四川成都610036

摘要： 研究了基于電壓比較器的固態(tài)功率控制器驅(qū)動保護技術(shù)原理，設(shè)計了降柵壓保護電路。通過設(shè)置降柵壓保護電路的輸出電壓值和電壓上升/下降的速度，實現(xiàn)了對MOSFET柵極電壓的控制和對負載在過流或短路時的及時保護功能。解決了現(xiàn)有技術(shù)中使用穩(wěn)壓二極管判斷過流門限電壓，導(dǎo)致對MOSFET柵極電壓的控制精度不高和受保護MOSFET在一個時延內(nèi)反復(fù)開通/關(guān)斷的問題。經(jīng)過電路分析和仿真實驗，結(jié)果表明降柵壓保護電路可以在45 μs內(nèi)對短路負載進行關(guān)斷保護。

關(guān)鍵詞： 固態(tài)功率控制器降柵壓電壓比較器短路保護

中圖分類號： TN386；TM133
文獻標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212421
中文引用格式： 劉紅奎. 基于電壓比較器的固態(tài)功率控制器驅(qū)動保護電路研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(8)：127-130.
英文引用格式： Liu Hongkui. Research on driver protection circuit of solid state power controller based on voltage comparator[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(8)：127-130.

Research on driver protection circuit of solid state power controller based on voltage comparator

Liu Hongkui

Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China

Abstract： This paper analyzed the principle of driver protection technology of solid state power controller based on voltage comparator, and the protection circuit of decreasing gate-voltage was designed. The protection circuit of decreasing gate-voltage by setting output voltage value and voltage rise/fall speed, realized the MOSFET gate voltage control, and the load in over-current or short-circuit protection function. The proposed method solved the existing problem using voltage regulator diode to judge the over-current threshold voltage, which lead to the control precision of MOSFET gate voltage is not high and protected MOSFET repeatedly open/close within a time delay. The analysis and simulation on the circuit has been made, and the results show that the protection circuit of decreasing gate-voltage can protect short-circuit load within 45 μs.

Key words : SSPC；decreasing gate-voltage；voltage comparator；short-circuit protection

0 引言

傳統(tǒng)的機電式配電系統(tǒng)在智能化、可靠性等方面已不能滿足大規(guī)模分布式配電系統(tǒng)^[1]的需要，采用模塊化固態(tài)配電技術(shù)是當(dāng)前機載、艦載、星載配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢^[2-4]。固態(tài)功率控制器(Solid State Power Controller，SSPC)是兼具繼電器的轉(zhuǎn)換功能和斷路器的電路保護功能于一體的固態(tài)功率開關(guān)，所以SSPC在負載過流或短路時的及時保護功能就顯的十分重要^[5-7]。

在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中，常用的MOSFET功率管過流或短路時的保護措施有兩種^[8-9]：一種是軟關(guān)斷，另一種是降柵壓。軟關(guān)斷是指在檢測到器件過流或短路信號時就迅速撤除受保護功率管的柵極信號，使MOSFET功率管關(guān)斷，軟關(guān)斷抗干擾的效果差，只要檢測到故障就關(guān)斷器件，這樣很容易引起錯誤的動作。降柵壓是指在檢測到器件過流或短路信號時立即將MOSFET功率管的柵極電壓降到某一電平，但器件仍維持導(dǎo)通，若故障信號消失了，驅(qū)動電路就能恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強了電路的抗干擾能力。

目前，降柵壓電路是利用過流信號擊穿穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生過流或短路的保護信號^[10-12]，保護電路只做到了兩級降柵壓，若這個特定的電平設(shè)置得過高則受保護功率管對過流現(xiàn)象抑制不明顯，若這個特定的電平設(shè)置得過低則受保護功率管在一個時延內(nèi)會存在反復(fù)開通、關(guān)斷的問題；降柵壓電路使用穩(wěn)壓二極管作為過流信號的判斷器件，溫度對穩(wěn)壓二極管的工作有一定的影響，溫度過高時，穩(wěn)壓二極管的實際擊穿電壓和其標(biāo)稱擊穿電壓會有一定的差別，在極端情況下還會出現(xiàn)負載過流而降柵壓保護電路不保護的情況。

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作者信息：

劉紅奎

(中國西南電子技術(shù)研究所，四川成都610036)

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