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专利号: 2018107637413
申请人: 浙江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种在线检测绑定线老化过程的检测电路,其特征在于,所述检测电路包括:数字信号处理器、驱动电路、功率开关管、受控恒流电源电路、第一电压检测电路、第二电压检测电路、负载电流采样单元、绑定线健康状态评估单元,其中:数字信号处理器与驱动电路相连;

驱动电路与开关功率管的门极相连;受控恒流电源电路的输入端与功率开关管的辅助发射极相连,接地输出端与功率开关管的功率发射极相连;第一电压检测电路的输入端与功率开关管的辅助发射极相连,接地输出端与功率开关管的功率发射极相连;第二电压检测电路的输入端与功率开关管的辅助发射极相连,接地输出端与功率开关管的功率发射极相连;第一电压检测电路的信号输出端与绑定线健康状态评估单元相连;第二电压检测电路的信号输出端与绑定线健康状态评估单元相连;负载电流采样单元的信号输出端与绑定线健康状态评估单元相连;绑定线健康状态评估单元的信号输出端与数字信号处理器相连;

所述的数字信号处理器单元,用于根据控制策略给驱动电路发送数字控制信号,根据采样控制策略给受控恒流电源发送使能控制信号,根据运行工况中绑定线健康状态来调整驱动控制信号策略;

所述的驱动电路,用于为功率开关管的门极提供开关控制信号,以控制功率开关管切换导通和关断状态;

所述的受控恒流电源电路,用于产生恒定的电流源电路,且接受外部控制信号进行使能控制;

所述的负载电流采样单元,用于采集功率开关管的正向导通电流;

所述的第一电压检测电路,具备两级放大功能的电压检测功能;当受控恒流电源电路从功率开关管的辅助发射极注入恒定电流时,第一电压检测电路将测量功率开关管从辅助发射极至功率发射极两端之间的电压降;

所述的第二电压检测电路,用于采集功率开关管正向导通电流时辅助发射极至功率发射极两端之间的电压降;

所述的绑定线健康状态评估单元,用于记录与计算绑定线寄生电阻,并将计算电阻值数据实时发送给数字信号处理器单元。

2.根据权利要求书1所述的在线检测绑定线老化过程的检测电路,其特征在于,所述的受控恒流电源电路,包括直流受控模块电源、三个电阻R1~R3、一个二极管D1、一个退耦电容C1、一个NPN三极管、一个PNP三极管和一个精密可调基准电源TL431;其中:直流受控模块电源的正极与电阻R1、电阻R2、和退耦电容C1的一端相连;电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连,电阻R2的另一端与PNP三极管的发射极相连,电容C1的另一端与PNP三极管的集电极相连,PNP三极管的基区与二极管D1的阴极相连,二极管D1的阴极同时与NPN三极管的集电极相连,PNP三极管的集电极与NPN三极管的基区相连,NPN三极管的发射极与电阻R3的一端相连,电阻R3的另一端与精密可调基准电源TL431的阳极相连,NPN三极管的发射极同时与精密可调基准电源TL431的参考端相连,精密可调基准电源TL431的阴极与PNP三极管的集电极相连,精密可调基准电源TL431的阳极与受控恒流电源电路的输出端相连。

3.根据权利要求书1所述的在线检测绑定线老化过程的检测电路,其特征在于,所述的第一电压检测电路,包括七个电阻R4~R10、两个退耦电容C2~C3、两个运算放大器U1A和U1B;其中:电阻R4的一端与功率开关管辅助发射极相连,电阻R4的另一端与电阻R6的一端和运算放大器U1A的反向输入端相连,电阻R5的一端与运算放大器U1A的同相输入端相连,电阻R6的另一端与运算放大器U1A的输出端、退耦电容C2的一端和电阻R7的一端相连,电阻R7的另一端与电阻R9的一端和运算放大器U1B的反向输入端相连,运算放大器U1B的同向输入端与电阻R8的一段相连,运算放大器U1B的输出端与电阻R9的另一端、电阻R10的一端和退耦电容C3的一端相连,退耦电容C3的另一端与退耦电容C2的另一端、电阻R5的另一端和电阻R8的另一端相连,电阻R10的另一端作为第一电压检测电路的输出端子。

4.根据权利要求书1所述的在线检测绑定线老化过程的检测电路,其特征在于,所述的第二电压检测电路,包括四个电阻R11~R14、1个退耦电容C4、1个运算放大器U2A;其中:电阻R11的一端与功率开关管辅助发射极相连,R11另一端与运算放大器U2A的正向输入端相连,电阻R12的一端与运算放大器U2A的反向输入端和电阻R13的一端相连,电阻R13的另一端与运算放大器U2A的输出端和电阻R14的一端、退耦电容C4的一端相连,退耦电容C4的另一端与电阻R12的另一端、接地输出端子相连,电阻R14的另一端作为第二电压检测电路的输出端子。

5.根据权利要求书1所述的在线检测绑定线老化过程的检测电路,其特征在于,所述的功率开关管采用绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应管。

6.一种如权利要求1~5任一权利要求所述检测电路的绑定线老化过程检测方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)绑定线寄生电阻主动有源测量程序;

当功率开关管处于关闭状态时,使能受控恒流电源电路从功率开关管的辅助发射极注入恒定电流Is,该恒定电流Is将流经门极绑定线Rse以及发射极功率绑定线RsE后,从发射极功率端子流出并返回受控恒流电源电路的接地输出端子;当受控恒流电源电路工作的同时,第一电压检测电路将检测功率开关管辅助发射极端子至功率发射极端子之间的电压VeE1,并将VeE1电压发送至绑定线健康状态评估单元;

(2)绑定线寄生电阻被动无源测量程序;

当功率开关管处于正向导通状态时,第二电压检测电路与负载电流采样单元同时工作,第二电压检测电路负责检测功率开关管辅助发射极端子至功率发射极端子之间的电压VeE2,此时负载电流仅流过发射极功率绑定线RsE,负载电流采样单元负责测量当前流经功率开关管的集电极电流值Ic,同时将测量到的VeE2与Ic值发送至绑定线健康状态评估单元;

(3)门极与功率绑定线寄生电阻计算程序;

将绑定线寄生电阻主动有源测量程序当中的恒流源Is与第一电压检测电路采集到的电压VeE1按照以下公式进行计算

(Rse+RsE)=VeE1/Is从而得到门极绑定线Rse与发射极功率绑定线RsE寄生电阻值之和;

同时,将绑定线寄生电阻被动无源测量程序当中的负载电流值Ic与第二电压检测电路采集到的电压VeE2按照以下公式进行计算RsE=VeE2/Ic从而得到发射极功率绑定线RsE寄生电阻值;

将得到的(Rse+RsE)值减去RsE值,计算出门极绑定线寄生电阻值Rse;

(4)健康状态判断与控制策略保护程序;

通过对流经门极绑定线寄生电阻Rse与发射极功率绑定线寄生电阻RsE值的检测,将当前的Rse和RsE值与初始状态的值进行对比;在运行过程中,若门极绑定线寄生电阻Rse与发射极功率绑定线寄生电阻RsE的值发生明显变化并且超过预期设定的阈值范围,即可通过绑定线健康状态评估单元对数字信号处理器发出警告信号,进而执行功率开关管保护措施。