本技术涉及功率器件保护，特别涉及一种功率管短路保护电路及其控制方法。
背景技术：
1、在功率管的实际开通过程中可能出现负载短路的情形，此时功率管直接承受主功率回路的母线电压，形成直通。相关技术中，许多高压控制设备采用的短路保护控制方式中，存在电流采样延时较大的问题，通常通过提高mcu的处理能力以降低延时，但mcu的处理能力与成本直接关联。因此，若电流采样延时设计过长或者mcu的处理能力不够，将无法满足封波时间的要求，也就无法真正对功率管起到保护作用。并且，当mcu的资源和供电异常时，无法及时封波，也无法对功率管实现保护。
技术实现思路
1、本技术的主要目的在于提供一种功率管短路保护电路及其控制方法，旨在解决相关技术中功率管在负载短路时无法及时得到保护的技术问题。
2、为实现上述目的，本技术提出一种功率管短路保护电路，与功率管驱动电路连接，功率管短路保护电路包括：
3、电流检测模块，与功率管驱动电路连接，电流检测模块用于实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号；
4、硬件封波模块，分别与电流检测模块和功率管驱动电路连接，硬件封波模块用于将电流检测信号与参考信号进行比较，以及根据比较结果进入跟随接收到的脉冲信号变化的正常工作状态或触发对接收到的脉冲信号封波的保护状态，输出对应的驱动控制信号至功率管。
5、在一实施例中，功率管短路保护电路还包括：
6、控制模块，分别与电流检测模块和硬件封波模块连接，用于输出脉冲信号至硬件封波模块，以及在根据电流检测信号识别到过流故障时，对脉冲信号封波，输出封波后的脉冲信号；
7、硬件封波模块，还用于根据比较结果进入跟随接收到的封波后的脉冲信号变化的二次保护状态，输出对应的驱动控制信号至功率管。
8、在一实施例中，电流检测模块包括：
9、高压侧处理单元，与电流检测模块连接，高压侧处理单元用于实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，产生采样信号，并对采样信号进行滤波后输出；
10、隔离采样单元，与高压侧处理单元连接，隔离采样单元用于提供电气隔离，并将接收到的采样信号输出；
11、低压侧处理单元，分别与隔离采样单元和硬件封波模块连接，低压侧处理单元用于对接收到的采样信号进行放大和滤波，输出电流检测信号。
12、在一实施例中，高压侧处理单元包括电流采样子单元、第一滤波子单元、第二滤波子单元、吸收电容子单元、第三滤波子单元和第一去耦子单元；
13、电流采样子单元的一端分别与功率管驱动电路和第一滤波子单元的输入端连接，功率管驱动电路与正直流母线连接，电流采样子单元的另一端分别与负直流母线和第二滤波子单元的输入端连接，第一滤波子单元的输出端分别与吸收电容子单元的一端和隔离采样单元的第一输入端连接，第二滤波子单元的输出端分别与吸收电容子单元的另一端和隔离采样单元的第二输入端连接，第三滤波子单元的一端分别与供电电源的正极、第一去耦子单元的一端和隔离采样单元的第一电源端连接，第一滤波子单元的接地端、第二滤波子单元的接地端、第三滤波子单元的另一端、第一去耦子单元的另一端和隔离采样单元的第一接地端均与负直流母线连接。
14、在一实施例中，电流采样子单元包括电阻r1和电阻r2，第一滤波子单元包括电阻r3和电容c2，第二滤波子单元包括电阻r4和电容c3，吸收电容子单元包括电容c1，第三滤波子单元包括电容c4，第一去耦子单元包括电容c5；
15、电阻r1的一端分别与功率管驱动电路、电阻r2的一端和电阻r3的一端连接，电阻r1的另一端分别与负直流母线、电阻r2的另一端和电阻r4的一端连接，电阻r3的另一端分别与电容c1的一端、电容c2的一端和隔离采样单元的第一输入端连接，电阻r4的另一端分别与电容c1的另一端、电容c3的一端和隔离采样单元的第二输入端连接，电容c4的一端分别与供电电源的正极、电容c5的一端和隔离采样单元的第一电源端连接，电容c2的另一端、电容c3的另一端、电容c4的另一端和电容c5的另一端均与负直流母线连接。
16、在一实施例中，低压侧处理单元包括信号放大子单元、第四滤波子单元、第二去耦子单元、分压网络子单元、第一稳压子单元、反馈网络子单元和第一rc滤波子单元；
17、分压网络子单元的正输入端与隔离采样单元的第一输出端连接，分压网络子单元的正输出端分别与信号放大子单元的第一输入端和第一稳压子单元的一端连接，第一稳压子单元的另一端与低压供电电源连接，分压网络子单元的负输入端与隔离采样单元的第二输出端连接，分压网络子单元的负输出端分别与信号放大子单元的第二输入端和反馈网络子单元的一端连接，反馈网络子单元的另一端分别与信号放大子单元的输出端和第一rc滤波子单元的一端连接，第一rc滤波子单元的另一端与硬件封波模块连接，第四滤波子单元的一端分别与隔离采样单元的第二电源端、供电电源的负极和第二去耦子单元的一端连接，隔离采样单元的第二接地端、第四滤波子单元的另一端和第二去耦子单元的另一端均接地。
18、在一实施例中，信号放大子单元包括放大器u2，第四滤波子单元包括电容c6，第二去耦子单元包括电容c7，分压网络子单元包括电阻r5和电阻r6，第一稳压子单元包括电阻r7和电容c8，反馈网络子单元包括电阻r8和电容c9，第一rc滤波子单元包括电阻r9和电容c10；
19、电阻r5的一端与隔离采样单元的第一输出端连接，电阻r5的另一端分别与电阻r7的一端、电容c8的一端和放大器u2的第一输入端连接，电阻r6的一端与隔离采样单元的第二输出端连接，电阻r6的另一端分别与放大器u2的第二输入端、电容c9的一端和电阻r8的一端连接，电阻r7的另一端分别与电容c8的另一端和低压供电电源连接，电容c9的另一端分别与电阻r8的另一端、放大器u2的输出端和电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端分别与电容c10的一端和硬件封波模块连接，电容c6的一端分别与隔离采样单元的第二电源端、供电电源的负极和电容c7的一端连接，电容c6的另一端、电容c7的另一端和电容c10的另一端均接地。
20、在一实施例中，硬件封波模块包括：
21、比较单元，与电流检测模块连接，比较单元用于将电流检测信号对应的电流值与参考信号对应的预设电流阈值进行比较，输出比较信号；
22、逻辑单元，与比较单元和控制模块连接，逻辑单元用于根据比较信号和脉冲信号进行逻辑与处理，以在正常工作状态或保护状态输出驱动控制信号至功率管。
23、在一实施例中，比较单元包括电流比较子单元、第二rc滤波子单元、分压电阻子单元、第二稳压子单元、第三rc滤波子单元和第三稳压子单元；
24、电流比较子单元的第一输入端通过第二rc滤波子单元与电流检测模块连接，电流比较子单元的第二输入端分别与分压电阻子单元的一端和第二稳压子单元的一端连接，第二稳压子单元的另一端与供电电源的正极连接，电流比较子单元的输出端通过第三rc滤波子单元分别与第三稳压子单元的一端和逻辑单元连接，第三稳压子单元的另一端与供电电源的正极连接，分压电阻子单元的另一端接地。
25、在一实施例中，电流比较子单元包括比较器u3，第二rc滤波子单元包括电阻r10和电容c11，分压电阻子单元包括电阻r12，第二稳压子单元包括电阻r11和电容c12，第三rc滤波子单元包括电阻r13和电容c13，第三稳压子单元包括电阻r14和电容c14；
26、比较器u3的第一输入端分别与电阻r10的一端和电容c11的一端连接，电阻r10的另一端与电流检测模块连接，比较器u3的第二输入端分别与电阻r12的一端、电阻r11的一端和电容c12的一端连接，电阻r11的另一端分别与供电电源的正极和电容c12的另一端连接，比较器u3的输出端通过电阻r13分别与电容c13的一端、电阻r14的一端、电容c14的一端和逻辑单元连接，电阻r14的另一端分别与供电电源的正极和电容c14的另一端连接，电阻r12的另一端、电容c11的另一端和电容c13的另一端均接地。
27、在一实施例中，逻辑单元包括逻辑与子单元、第四rc滤波子单元、第五rc滤波子单元和第五滤波子单元；
28、逻辑与子单元的第一输入端通过第四rc滤波子单元与比较单元连接，逻辑与子单元的第二输入端通过第五rc滤波子单元与控制模块连接，逻辑与子单元的输出端与功率管连接，逻辑与子单元的电源端分别与供电电源的正极和第五滤波子单元的一端连接，逻辑与子单元的接地端和第五滤波子单元的另一端均接地。
29、在一实施例中，逻辑与子单元包括逻辑与u4，第四rc滤波子单元包括电阻r15和电容c15，第五rc滤波子单元包括电阻r16和电容c16，第五滤波子单元包括电容c17；
30、逻辑与u4的第一输入端分别与电阻r15的一端和电容c15的一端连接，电阻r15的另一端与比较单元连接，逻辑与u4的第二输入端分别与电阻r16的一端和电容c16的一端连接，电阻r16的另一端与控制模块连接，逻辑与u4的输出端与功率管连接，逻辑与u4的电源端分别与供电电源的正极和电容c17的一端连接，逻辑与u4的接地端、电容c15的另一端、电容c16的另一端和电容c17的另一端均接地。
31、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种功率管短路保护电路的控制方法，功率管短路保护电路为如上述的功率管短路保护电路，该控制方法包括：
32、在功率管驱动电路工作时，通过电流检测模块实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号；
33、通过硬件封波模块将电流检测信号与参考信号进行比较，以根据比较结果判断功率管是否存在过流；
34、若不存在过流，则通过硬件封波模块进入跟随接收到的脉冲信号变化的正常工作状态，输出对应的驱动控制信号至功率管，以使功率管正常工作；
35、若存在过流，则通过硬件封波模块触发对接收到的脉冲信号封波的保护状态，输出对应的驱动控制信号至功率管，以给功率管提供短路保护。
36、在一实施例中，功率管短路保护电路还包括控制模块，通过电流检测模块实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号的步骤之后，控制方法还包括：
37、通过控制模块在根据电流检测信号识别到过流故障时，对脉冲信号封波，输出封波后的脉冲信号，以使硬件封波模块跟随接收到的封波后的脉冲信号变化，输出封波后的驱动控制信号至功率管。
38、在一实施例中，通过硬件封波模块触发对接收到的脉冲信号封波的保护状态，输出对应的驱动控制信号至功率管，以给功率管提供短路保护的步骤之后，控制方法还包括：
39、返回执行通过电流检测模块实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号的步骤，以继续判断功率管是否存在过流；
40、若不存在过流，则通过硬件封波模块进入正常工作状态，跟随接收到的封波后的脉冲信号变化，输出封波后的驱动控制信号至功率管，以给功率管提供二次短路保护。
41、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：
42、提出了一种功率管短路保护电路，通过电流检测模块实时采样功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号，实现了低延时的电流采样；再通过硬件封波模块将电流检测信号与参考信号进行比较，若功率管不存在过流，硬件封波模块则进入跟随接收到的脉冲信号变化的正常工作状态，输出对应的驱动控制信号至功率管，使功率管正常工作，若功率管存在过流，硬件封波模块则触发对接收到的脉冲信号封波的保护状态，输出对应的驱动控制信号至功率管，对功率管提供短路保护，可以针对不同情况执行不同的动作，既不会影响功率管的正常工作，又可以在功率管短路时第一时间快速响应，及时进行硬件封波，关断功率管，给功率管提供了及时的短路保护。另外，该电路结构简单，可以仅通过较少种类的元器件实现，还具有成本低廉的效果。
1.一种功率管短路保护电路，其特征在于，与功率管驱动电路连接，所述功率管短路保护电路包括：
2.如权利要求1所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述功率管短路保护电路还包括：
3.如权利要求1或2所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：
4.如权利要求3所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述高压侧处理单元包括电流采样子单元、第一滤波子单元、第二滤波子单元、吸收电容子单元、第三滤波子单元和第一去耦子单元；
5.如权利要求4所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述电流采样子单元包括电阻r1和电阻r2，所述第一滤波子单元包括电阻r3和电容c2，所述第二滤波子单元包括电阻r4和电容c3，所述吸收电容子单元包括电容c1，所述第三滤波子单元包括电容c4，所述第一去耦子单元包括电容c5；
6.如权利要求3所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述低压侧处理单元包括信号放大子单元、第四滤波子单元、第二去耦子单元、分压网络子单元、第一稳压子单元、反馈网络子单元和第一rc滤波子单元；
7.如权利要求6所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述信号放大子单元包括放大器u2，所述第四滤波子单元包括电容c6，所述第二去耦子单元包括电容c7，所述分压网络子单元包括电阻r5和电阻r6，所述第一稳压子单元包括电阻r7和电容c8，所述反馈网络子单元包括电阻r8和电容c9，所述第一rc滤波子单元包括电阻r9和电容c10；
8.如权利要求1或2所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述硬件封波模块包括：
9.如权利要求8所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述比较单元包括电流比较子单元、第二rc滤波子单元、分压电阻子单元、第二稳压子单元、第三rc滤波子单元和第三稳压子单元；
10.如权利要求9所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述电流比较子单元包括比较器u3，所述第二rc滤波子单元包括电阻r10和电容c11，所述分压电阻子单元包括电阻r12，所述第二稳压子单元包括电阻r11和电容c12，所述第三rc滤波子单元包括电阻r13和电容c13，所述第三稳压子单元包括电阻r14和电容c14；
11.如权利要求8所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述逻辑单元包括逻辑与子单元、第四rc滤波子单元、第五rc滤波子单元和第五滤波子单元；
12.如权利要求11所述的功率管短路保护电路，其特征在于，所述逻辑与子单元包括逻辑与u4，所述第四rc滤波子单元包括电阻r15和电容c15，所述第五rc滤波子单元包括电阻r16和电容c16，所述第五滤波子单元包括电容c17；
13.一种功率管短路保护电路的控制方法，其特征在于，所述功率管短路保护电路为如权利要求1至12中任一项所述的功率管短路保护电路，所述控制方法包括：
14.如权利要求13所述的功率管短路保护电路的控制方法，其特征在于，所述功率管短路保护电路还包括控制模块，所述通过电流检测模块实时采样所述功率管驱动电路中流过功率管的电流，输出电流检测信号的步骤之后，所述控制方法还包括：
15.如权利要求14所述的功率管短路保护电路的控制方法，其特征在于，所述通过所述硬件封波模块触发对接收到的脉冲信号封波的保护状态，输出对应的驱动控制信号至所述功率管，以给所述功率管提供短路保护的步骤之后，所述控制方法还包括：
