CN107623511B - 一种带过流保护的包括nmos管的车用固态继电器 - Google Patents

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Abstract

一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器，NMOS管的漏极连接整车供电电源的正极，源极连接负载，栅极连接升压电路，固态继电器还包括与所述升压电路连接的MOS管控制电路，MOS管控制电路由固态继电器控制端电源供电，固态继电器还包括与所述MOS管控制电路连接的过流保护电路，该过流保护电路与所述NMOS管在漏极和源极并联，当固态继电器控制端电源上电后，MOS管控制电路经过升压电路驱动NMOS管导通，过流保护电路的作用是，当NMOS管处于过流状态时，检测NMOS管本身的导通电阻在过流情况下的压降，当过载电流大过阈值时，关闭MOS管控制电路，关断NMOS管来实现对所述NMOS管的过流保护。

Description

一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，特别涉及一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器。
背景技术
在现有的汽车上使用电磁继电器作为开关控制是一种普遍的技术，然而由于机械材料和结构本身的使用寿命的限制，在车辆的全寿命周期中，电磁继电器发生故障而不得不更换的情况是在所难免的。同时，电磁继电器在吸合的时候发出的声响，对于一些高档车，也是不受欢迎的。在这方面，固态继电器有着独特的优势。
申请号为CN200410041985.9的专利申请，公开了“直流固态功率控制的方法，其特征在于：计算机发出“开通”或“关断”数字控制信号，此数字控制信号通过外部接口电路转化为功率MOSFET模块的驱动开关信号，驱动功率模块MOSFET开通或关断，从而使整个主线路开通或关断；直流负载输入功率MOSFET模块，功率MOSFET模块内部的电压检测/限幅电路对直流负载限幅后，输出直流到电流检测/限幅电路，将检测到的电压信号通过外部接口电路反馈到主控计算机，并将过压时产生的关断信号送入MOSFET驱动电路；功率MOSFET模块内部的电流检测/限幅电路对直流限幅后，输出直流，并且将检测到的电流信号通过外部接口电路反馈到主控计算机，同时将过流时产生的关断信号送入MOSFET驱动电路“。
实践中，现有的固态继电器如果用于汽车控制开关，电路冗余复杂，成本过于高昂，阻碍了使用MOSFET的固态继电器在汽车上的推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器。
本发明的技术方案是，一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器，包括NMOS管的漏极连接整车供电电源的正极，源极连接负载，栅极连接升压电路，
固态继电器还包括与所述升压电路连接的MOS管控制电路，MOS管控制电路由固态继电器控制端电源供电，
固态继电器还包括与所述MOS管控制电路连接的过流保护电路，该过流保护电路与所述NMOS管在漏极和源极并联，
当固态继电器控制端电源上电后，MOS管控制电路经过升压电路驱动NMOS管导通，
过流保护电路的作用是，当NMOS管处于过流状态时，检测NMOS管本身的导通电阻在过流情况下的压降，当过载电流大过阈值时，触发保护功能，关闭MOS管控制电路，关断所述NMOS管来实现对所述NMOS管的过流保护。
所述的升压电路包括PWM电路，该PWM电路的输出端依次连接电容C3和二极管D1，二极管D1的阴极连接所述NMOS管的栅极，
同时，二极管D1的阴极经电容C4接地，二极管D1的阳极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接三极管Q10的发射极，
三极管Q10的基极连接所述MOS管控制电路，当三极管Q10导通时，所述NMOS管在高边导通。
所述过流保护电路包括三极管Q9，三极管Q9的发射极经电阻连接所述NMOS管的漏极，三极管Q9的基极连接三极管Q11的集电极，三极管Q11的基极经电阻连接固态继电器控制端电源，
三极管Q9的集电极经电阻连接三极管Q13的基极。
所述MOS管控制电路包括三极管Q12，三极管Q13的集电极连接三极管Q12的基极。
整车供电电源，汽车电瓶的正极，术语代号KL30或者BAT。
本发明的固态继电器，利用了NMOS管本身的导通电阻在过流情况下的压降，通过检测过流情况下的压降，实现了对NMOS管的过流保护。同时，本发明实现在固态继电器中的NMOS管高边驱动，适应了汽车开关的使用要求。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是本发明实施例中的电路图。
具体实施方式
如图1所示，由于N沟道MOS管通常只适合做低边驱动，如果需要做高边驱动需要一个升压电路。当coil_VCC(固态继电器控制端电源)上电后，MOS管控制电路驱动工作在经过升压电路使MOS管Q1导通，正常输出。
当开关S1导通后，输出负载瞬间加大，MOS管处于过流阶段。过流保护电路利用MOS管本身的RDS(MOS管的导通电阻，通常为几毫欧至几百毫欧)在过流情况下的压降，当电流大至一定阈值，触发保护电路关闭MOS管控制电路关断MOS管来实现MOS管Q1的过流保护。这个开关S1用来模拟过流的情况，S1导通可以看作是负载并上了一个很小的电阻，也就是增加了一个很大的负载电流。
如图2所示，NMOS管Q8的升压电路工作过程是：
当coil_VCC上电后，PWM circuit产生PWM信号，通过电容C3和二极管D1，由于电容两端的电压不能突变，V3＝V1+V2-Vd Vd为D1，D2的导通电压。Vo＝V1+V2-2Vd。
调整PWM电路的占空比，并使得C4电容不停的冲放电。由于MOS管是电压型器件，只需要消耗微弱的电流，所以Vo端的电压为Vo＝V1+V2-2Vd的锯齿波波形。
当三极管Q10导通时，V1，V2等于电源电压。假设电压电压为12V，那么Vo约等于22.6V左右的锯齿波形。这样NMOS管Q8就能在高边导通了。如果coil_VCC无效或者三极管Q10不能导通，那么V1＝0V,那么Vo将小于电源电压，NMOS管Q8将无法导通。
正常工作过程是：
1)当coil_VCC输入高电平有效后，Q12三极管导通至地，PNP三极管Q10导通使得PMOS管Q8导通，负载正常通电
2)当coil_VCC输入高电平后，Q11三极管导通，Q11的C极和E极相当于短路。当负载正常工作时，MOS管Q8两端(网络标号S1和S2之间)的压降(RDS*I)很小，三极管Q9无法获得足够的偏置电压，Q9处于截止状态，那么三极管Q13也处于截止状态。
过流保护电路的工作原理是：
当开关S4接通至地，MOS管Q8处于过流状态。MOS管两端MOS管Q8两端(网络标号S1和S2之间)的压降(RDS*I)变大，三极管Q9获得了足够的偏置电压导通，使得T3网络通过R27输入高电平。三极管Q13导通，使得三极管Q12的B极电平拉低至地，三极管Q12截止，三极管Q10截止。MOS管Q8被关闭，实现了过流保护。开关S4用来模拟过流的情况，S4导通可以看作是负载并上了一个很小的电阻，也就是增加了一个很大的负载电流。

Claims (1)

1.一种带过流保护的包括NMOS管的车用固态继电器，其特征在于，包括NMOS管的漏极连接整车供电电源的正极，源极连接负载，栅极连接升压电路，
固态继电器还包括与所述升压电路连接的MOS管控制电路，MOS管控制电路由固态继电器控制端电源供电，
固态继电器还包括与所述MOS管控制电路连接的过流保护电路，该过流保护电路与所述NMOS管在漏极和源极并联，
当固态继电器控制端电源上电后，MOS管控制电路经过升压电路驱动NMOS管导通，
过流保护电路的作用是，当NMOS管处于过流状态时，检测NMOS管本身的导通电阻在过流情况下的压降，当过载电流大过阈值时，触发保护功能，关闭MOS管控制电路，关断所述NMOS管来实现对所述NMOS管的过流保护，
所述的升压电路包括PWM电路，该PWM电路的输出端依次连接电容C3和二极管D1，二极管D1的阴极连接所述NMOS管的栅极，
同时，二极管D1的阴极经电容C4接地，二极管D1的阳极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接三极管Q10的发射极，
三极管Q10的基极连接所述MOS管控制电路，当三极管Q10导通时，所述NMOS管在高边导通，
所述过流保护电路包括三极管Q9，三极管Q9的发射极经电阻连接所述NMOS管的漏极，三极管Q9的基极连接三极管Q11的集电极，三极管Q11的基极经电阻连接固态继电器控制端电源，
三极管Q9的集电极经电阻连接三极管Q13的基极，
所述MOS管控制电路包括三极管Q12，三极管Q13的集电极连接三极管Q12的基极。
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