一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路和方法与流程

本发明属于半导体混合集成电路电子开关，具体属于一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路和方法。

背景技术：

1、固态功率控制器做为电源管理检测和配电系统中的核心开关器件，在航天(空)、舰船、装甲、无人飞机智能化配电技术领域已得到广泛应用。固态功率控制器一般由驱动及功率开关电路，信号控制电路，隔离电路，过流(短路)保护电路、状态检测及反馈电路等部分组成。随着电力系统携带载荷逐渐增多，状态开关检测和保护做为固态功率控制器自身功能的一部分，其完善与否也决定着配电系统后级载荷的可靠性和安全性，因此对固态功率控制器的开通关断状态采样检测尤为重要。

2、目前行业内有的采用高压电阻差分采样技术，在电源正负端串联采样电阻，在后端连接另一采样电阻，由光耦隔离后输入到差分放大器，通过对比阈值范围判断电路状态，该方法缺陷是采样电阻被高压端口浪涌电压击穿损坏，电路设计复杂；有的采用单片机、电压采集模块及电流转换模块等组成判断通电回路中的功率管的开关状态，该方法不适用于双向固态功率控制器的开关状态检测，且物料成本高，不适合于混合集成模块。

3、综上所述，现有技术中的开关状态检测电路存在结构复杂，物料成本高、可靠性低的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路和方法，用于解决背景技术中的问题。本发明中的双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，成本低，可靠性高，适用范围广。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，包括功率管驱动模块、开关状态检测单元、光电耦合器u1、功率管q1、功率管q2和采样电阻rs；

4、所述功率管q1的栅极和功率管q2的栅极连接前级功率管驱动模块，所述功率管q1的源极和功率管q2的源极分别连接采样电阻rs的两端，所述功率管q1的漏极分别连接功率输入端/输出端和开关状态检测单元的输入端；

5、所述功率管q2的漏极分别对应连接母线和功率输入端/输出端和开关状态检测单元的输入端；所述开关状态检测单元的输出端连接光电耦合器的输入端，所述光电耦合器根据开关状态检测单元的反馈进行开关状态指示。

6、优选的，还包括电阻r5，所述电阻r5串联在光电耦合器u1前端，电阻r5为光电耦合器u1前级发光管提供偏置电流，驱动后级光敏管饱和导通。

7、优选的，当光电耦合器u1的状态指示端输出高电平，表征功率管q1和功率管q2处于开通状态，即电路处于工作状态；当光电耦合器u1的状态指示端输出低电平，表征功率管q1和功率管q2处于关断状态，即电路处于非工作状态。

8、优选的，所述光电耦合器u1的前级发光管工作电流为：

9、

10、其中，vf为发光二极管的正向电压降。

11、优选的，所述光电耦合器u1的后级光敏管工作电流为：

12、

13、其中，vce(sat)为光敏管饱和导通的时ce两端压降。

14、优选的，所述光电耦合器u1的光耦传输比≥1。

15、一种双向直流固态功率控制器开关状态检测方法，基于上述任意一项所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，包括，

16、功率管驱动模块电压输入到功率管q1的栅极和功率管q2的栅极，开关状态检测单元根据功率管q1和功率管q2漏极相"与"后反馈到光电耦合器进行开关状态指示。

17、优选的，当电路处于正常工作状态时，功率管q1、功率管q2源漏之间存在电流，则电源vcc2一方面经电阻r3、二极管d1和二极管d2到功率管q1的漏极组成回路，另一方面经电阻r4、二极管d4和二极管d3到功率管q2的漏极组成回路；

18、电源vcc2不经过稳压管dz1、功率管q3和稳压管dz2和功率管q4，则功率管q3和功率管q4的基极电压为零，功率管q3和功率管q4发射结无正向偏置，功率管q3和功率管q4关断，则光电耦合器u1的前级发光管两端电压低于其导通电压，发光管无法驱动后级光敏管导通，即光电耦合器u1不工作，光敏管集电极接上拉电阻r6到外接电源vcc1，此时光敏管的开关状态指示端为高电平，该状态指示电路处于正常工作状态。

19、优选的，当电路处于关断状态时，功率管q1、功率管q2源漏之间无电流，则电源vcc2一方面经过电阻r3、稳压管dz1到功率管q3的基极组成回路，另一方面经电阻r4和稳压管dz2到功率管q4的基极组成回路；

20、电源vcc2不经过二极管d1、二极管d2和二极管d3、二极管d4，则功率管q3和功率管q4的基极电压大于发射极导通电压，保证功率管q3和功率管q4发射结正向偏置，功率管q3和功率管q4导通，则vcc2经限流电阻r5使光电耦合器u1的前级发光管发光，发光管驱动后级光敏管饱和导通，光电耦合器u1正常工作，光敏管集电极接上拉电阻r6到外接电源vcc1，此时光敏管的开关状态指示端为低电平，该状态指示电路处于关断状态。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、本发明的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，通过分立器件搭建，开关状态指示端与功率端通过光电耦合器实现电气隔离，可实现双向开关通断检测及反馈功能，可广泛应用于电池系统中具有双向蓄电池管理检测功能的场合中。电路具有成本低、可靠性高、通用性强的特点，应用前景和市场潜力非常广阔。本发明通过使用二极管、稳压管、三极管和光耦等分立器件可实现双向开关状态的检测，且状态反馈端与功率检测端通过光电耦合器实现电气隔离，在电路成本低的同时具有更高的安全性和可靠性，可做为双向开关类产品的状态检测及状态指示方法的补充研究。

技术特征：

1.一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，包括功率管驱动模块、开关状态检测单元、光电耦合器u1、功率管q1、功率管q2和采样电阻rs；

2.根据权利要求1所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，还包括电阻r5，所述电阻r5串联在光电耦合器u1前端，电阻r5为光电耦合器u1前级发光管提供偏置电流，驱动后级光敏管饱和导通。

3.根据权利要求1所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，当光电耦合器u1的状态指示端输出高电平，表征功率管q1和功率管q2处于开通状态，即电路处于工作状态；当光电耦合器u1的状态指示端输出低电平，表征功率管q1和功率管q2处于关断状态，即电路处于非工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，所述光电耦合器u1的前级发光管工作电流为：

5.根据权利要求1所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，所述光电耦合器u1的后级光敏管工作电流为：

6.根据权利要求1所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，其特征在于，所述光电耦合器u1的光耦传输比≥1。

7.一种双向直流固态功率控制器开关状态检测方法，其特征在于，基于权利要求书1至6任意一项所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，包括，

8.根据权利要求7所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测方法，其特征在于，当电路处于正常工作状态时，功率管q1、功率管q2源漏之间存在电流，则电源vcc2一方面经电阻r3、二极管d1和二极管d2到功率管q1的漏极组成回路，另一方面经电阻r4、二极管d4和二极管d3到功率管q2的漏极组成回路；

9.根据权利要求7所述的一种双向直流固态功率控制器开关状态检测方法，其特征在于，当电路处于关断状态时，功率管q1、功率管q2源漏之间无电流，则电源vcc2一方面经过电阻r3、稳压管dz1到功率管q3的基极组成回路，另一方面经电阻r4和稳压管dz2到功率管q4的基极组成回路；

技术总结本发明公开了一种双向直流固态功率控制器开关状态检测电路和方法，包括功率管驱动模块、开关状态检测单元、光电耦合器U1、功率管Q1、功率管Q2和采样电阻RS；功率管Q1的栅极和功率管Q2的栅极连接前级功率管驱动模块，功率管Q1的源极和功率管Q2的源极分别连接采样电阻RS的两端，功率管Q1的漏极分别连接功率输入端/输出端和开关状态检测单元的输入端；功率管Q2的漏极分别对应连接母线和功率输入端/输出端和开关状态检测单元的输入端；开关状态检测单元的输出端连接光电耦合器的输入端，光电耦合器根据开关状态检测单元的反馈进行开关状态指示。本发明中的双向直流固态功率控制器开关状态检测电路，成本低，可靠性高，适用范围广。技术研发人员：强冰,杨昊泽,高静茹,王昌鹏,付伟,郑东飞,王志勇,刘建红受保护的技术使用者：西安微电子技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29