CN117879559A - 一种mos高边输出失效的二次保护装置及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MOS高边输出失效的二次保护装置及保护方法，涉及信号发生器电路设计技术领域，包括MOS管T1和二次保护电阻RT，其中，MOS管T1的漏极连接车辆系统电压VCC，二次保护电阻RT的上游连接所述MOS管T1的源极；当MOS管T1的一次保护为短路型失效，二次保护电阻RT的内阻发热，当二次保护电阻RT内阻发热至一定时长二次保护电阻RT断路，二次保护电阻RT内阻的发热时长为秒级时长。本发明通过设置短路保护时间滞后一次短路保护时间的二次电阻RT，同时通过采用额定电流大于MOS管T1一次保护的过流保护电流的合金电阻，能够对MOS管T1负载起二次保护作用，在MOS管T1一次保护短路型失效后起二次保护作用并主动切断线路，防止严重事故的发生，具有实用性。
Description
技术领域
本发明涉及信号发生器电路设计技术领域，具体为一种MOS高边输出失效的二次保护装置及保护方法。
背景技术
MOS管的高边输出即MOS管控制输出电流，负载端接地的方式，MOS管的低边输出即MOS管控制接地，从而使负载导通接地。MOS管的高边输出是在汽车上的车身控制模块，数字配电模块等低压电控模块上广泛采用的一种方法。MOS管的高边输出常用于：功率控制部分和负载部分是独立分开的，两者之间用导线连结。这种控制方式的优点很明显，MOS管的高边输出一般负载外接的，负载与控制器之间的线路短路或过流时，就可以起到很好的短路和过流保护作用，因此当控制和负载不在同一个装置中时，常用高边输出。
由于采用MOS管控制的方式具有短路过载保护响应的时间快、工作寿命长、可智能化、体积小、MOS输出电流大、车身负载外围线路简单以及可以反复短路过载保护等优点。目前汽车上很多负载的控制、配电输出及配电输出电流的保护结构，越来越多地采用MOS管取代原有的继电器和保险丝进行控制。
现有技术中目前有两种形式，第一种形式：由继电器与保险丝控制负载电流输出的，它的防护由保险丝完成，它只能实现一次性防护；第二种形式：由MOS管或智能MOS管完成负载的电流输出，能起到多次短路过流防护，但MOS失效后具有重大的隐患。
车辆MOS管的高边输出时，MOS的外围电路都会对MOS管的输出状态进行检测，检测MOS输出是否存在过载等异常现象，工作不正常时会及时关闭MOS的输出，起到过载和短路保护。这种保护可反复多次进行，但也会出现MOS失效的情况。
MOS管失效的主要原因有：
(一)工作电压超过MOS管的额定电压；
(二)工作电流超过MOS管的额定电流；
(三)MOS管工作温度过高，或ESD干扰等等。
MOS管失效后的情况通常分为两种：一种是断路型，即不再输出电流；另一种是短路型，即MOS无法再关闭，一直输出电流。其中，第二种失效的情况较第一种失效情况常见。
在车辆上MOS管意外失效中，MOS管断路型的失效会使负载或输出端无法控制，造成车辆部分功能受到影响，这种情况还可以通过维修来解决，不是最严重的失效模式；然而，MOS管短路型的失效就可能出现很严重的事件，由于电路失去保护功能，此时电路再次受到短路或过载时，极易造成车辆的爆炸、着火、烧毁等，甚至危及人员生命与财产安全，因此非常有必要对MOS失效后进行第二次保护。
为了解决上述MOS管失效造成短路型的问题，本发明提供了一种MOS高边输出失效的二次保护装置及保护方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MOS高边输出失效的二次保护装置及保护方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，提供了一种MOS高边输出失效的二次保护装置，包括MOS管T1和二次保护电阻RT，其中，MOS管T1的漏极连接车辆系统电压VCC，二次保护电阻RT的上游连接MOS管T1的源极；当MOS管T1的一次保护为短路型失效，二次保护电阻RT的内阻发热，当二次保护电阻RT内阻发热至一定时长二次保护电阻RT断路，二次保护电阻RT内阻的发热时长为秒级时长。
在上述方案中，二次保护若采用保险丝，在一次保护多次短路保护的情况下，保险丝不能反复多次失效起保护作用，从而不能真正起到二次保护的作用。
作为本发明进一步的方案：二次保护电阻RT为合金电阻，能够在一次保护维持有效的前提下，能始终让一次保护优先于二次保护，二次保护电阻RT为贴片毫欧电阻，根据输出电流大小做相应的选择电阻阻值和功率大小。
作为本发明进一步的方案：二次保护装置还包括MOS驱动模块，MOS驱动模块作为打开或关闭MOS管T1的控制单元，MOS驱动模块的上游连接MOS管T1的栅极，MOS驱动模块的下游连接MCU的输出。
作为本发明进一步的方案：二次保护装置还包括MCU，MCU通过连接电流检测单元的输出端得到MOS管T1输出电流的大小并通过MOS驱动模块控制MOS管T1的导通与关闭。
作为本发明进一步的方案：二次保护电阻RT的下游连接有MOS管T1的输出电压VOUT。
作为本发明进一步的方案：MOS管T1的输出电压VOUT与MCU之间接入有电流检测单元，电流检测单元的上游分别连接车辆系统电压VCC和二次保护电阻RT的下游端。
作为本发明进一步的方案：电流检测单元用于检测MOS管T1输出电流的大小。
另一方面，还提供了上述一种MOS高边输出失效的二次保护装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：MCU采集或得到输入信号，完成逻辑控制，控制MOS管T1的逻辑输出，同时检测MOS管T1输出电流的大小；
步骤2：当MCU检测到步骤S1中MOS管T1的输出电流为过载短路电流时，MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出，开启一次保护机制；
步骤3：当上述步骤2中MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出发生短路故障时，二次保护电阻RT内阻持续发热直至切断线路。
作为本发明进一步的方案：上述步骤S1与步骤S2组成MOS高边输出失效的一次保护机制，一次保护机制的响应时间为毫秒级或微秒级；步骤S3中，合金电阻RT切断线路这一过程为秒级切断。
作为本发明进一步的方案：在上述步骤S3中，二次保护电阻RT的额定电流大于MOS管T1的一次保护过流保护电流；二次保护电阻RT的短时间过载电流大于MOS管T1负载的启动电流；二次电阻RT短路保护时间滞后一次短路保护时间的时长为秒级以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置短路保护时间滞后一次短路保护时间的二次电阻RT，通过采用额定电流大于MOS管一次保护的过流保护电流的合金电阻，能够对MOS管负载起二次保护作用，通过在MOS管一次保护短路型失效后起二次保护作用并主动切断线路，防止严重事故的发生，具有实用性。
2、本发明通过采用合金电阻，能够在一次保护维持有效的前提下，能始终让一次保护优先于二次保护，不影响MOS管的快速保护功能。
3、本发明通过摒弃传统保险丝参与保护的方案，能够实现对MOS高边输出的二次有效保护，同时通过采用合金电阻作为改进的主要器件，较现有技术具有降低成本并增强对MOS高边输出保护力度的明显优势。
4、本发明通过采用毫欧级合金电阻，使保护电路取得低阻值、高精度、低温度系数、抗浪涌电流的有益效果。
附图说明
图1为本发明的二次保护电路结构图；
图2为本发明的二次保护控制方式图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明的二次保护电路结构图，如图1所示，在对MOS高边输出失效进行二次保护之前，始终由一次保护结构对MOS高边输出进行保护，当一次保护失效后则启动二次保护，包括MOS管T1和二次保护电阻RT，二次保护电阻RT为贴片毫欧电阻，二次保护电阻RT的下游连接有MOS管T1的输出电压VOUT，其中，MOS管T1的漏极连接车辆系统电压VCC，二次保护电阻RT的上游连接MOS管T1的源极，二次保护装置还包括MOS驱动模块和MCU，MOS驱动模块作为打开或关闭MOS管T1的控制单元，MOS驱动模块的上游连接MOS管T1的栅极，MOS驱动模块的下游连接MCU的输出，MCU通过连接电流检测单元的输出端得到MOS管T1输出电流的大小并通过MOS驱动模块控制MOS管T1的导通与关闭，MOS管T1的输出电压VOUT与MCU之间接入有电流检测单元，电流检测单元的上游分别连接车辆系统电压VCC和二次保护电阻RT的下游端，电流检测单元用于检测MOS管T1输出电流的大小；当MOS管T1的一次保护为短路型失效，二次保护电阻RT的内阻发热，当二次保护电阻RT内阻发热至一定时长二次保护电阻RT断路，二次保护电阻RT内阻的发热时长为秒级时长，二次保护电阻RT为合金电阻，能够在一次保护维持有效的前提下，能始终让一次保护优先于二次保护。
如图2所示为本申请的二次保护控制方式，如图2所示，本发明主要包括以下保护过程：
1、MCU控制逻辑输出，当MCU采集或得到输入信号后，完成逻辑控制，控制MOS管T1的逻辑输出，同时检测MOS管T1输出电流的大小；
2、启动一次保护机制，当MCU检测到MOS管T1的输出电流为过载短路电流时，MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出，开启一次保护机制；
3、启动二次保护机制，当上述步骤2中MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出发生短路故障时，二次保护电阻RT内阻持续发热直至切断线路。
通过以上的操作，能够完成MOS高边输出失效的一次保护机制以及一次保护机制发生短路型失效故障后的二次保护机制，一次保护机制的响应时间为毫秒级或微秒级，合金电阻RT切断线路这一过程为秒级切断，其中，二次保护电阻RT的额定电流大于MOS管T1的一次保护过流保护电流；二次保护电阻RT的短时间过载电流大于MOS管T1负载的启动电流；二次电阻RT短路保护时间滞后一次短路保护时间的时长为秒级以上。
在上述方案中，二次保护若采用保险丝，在一次保护多次短路保护的情况下，保险丝不能反复多次失效起保护作用，从而不能真正起到二次保护的作用。
通过设置短路保护时间滞后一次短路保护时间的二次电阻RT，通过采用额定电流大于MOS管T1一次保护的过流保护电流的合金电阻，能够对MOS管T1负载起二次保护作用，通过在MOS管T1一次保护短路型失效后起二次保护作用并主动切断线路，防止严重事故的发生，通过采用合金电阻作为二次保护电阻RT，能够在一次保护维持有效的前提下，能始终让一次保护优先于二次保护，不影响MOS管T1的快速保护功能，通过摒弃传统保险丝参与保护的方案，能够实现对MOS高边输出的二次有效保护，同时通过采用合金电阻作为改进的主要器件，较现有技术具有降低成本并增强对MOS高边输出保护力度的明显优势，同时，通过采用毫欧级合金电阻，使保护电路取得低阻值、高精度、低温度系数、抗浪涌电流的有益效果。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于，包括：
一MOS管T1，MOS管T1的漏极连接车辆系统电压VCC；
一二次保护电阻RT，二次保护电阻RT的上游连接所述MOS管T1的源极；当MOS管T1的一次保护为短路型失效时，二次保护电阻RT的内阻发热，当二次保护电阻RT内阻发热至一定时长二次保护电阻RT断路。
2.根据权利要求1所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：二次保护电阻RT为合金电阻。
3.根据权利要求2所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：所述保护装置还包括MOS驱动模块，MOS驱动模块作为打开或关闭MOS管T1的控制单元，MOS驱动模块的上游连接MOS管T1的栅极，MOS驱动模块的下游连接MCU的输出。
4.根据权利要求3所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：所述保护装置还包括MCU，MCU通过连接电流检测单元的输出端得到MOS管T1输出电流的大小并通过MOS驱动模块控制MOS管T1的导通与关闭。
5.根据权利要求4所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：二次保护电阻RT的下游连接有MOS管T1的输出电压VOUT。
6.根据权利要求5所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：MOS管T1的输出电压VOUT与MCU之间接入有电流检测单元，电流检测单元的上游分别连接车辆系统电压VCC和二次保护电阻RT的下游端。
7.根据权利要求6所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置，其特征在于：电流检测单元用于检测MOS管T1输出电流的大小。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求得到的一种MOS高边输出失效的二次保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：MCU采集或得到输入信号，完成逻辑控制，控制MOS管T1的逻辑输出，同时检测MOS管T1输出电流的大小；
S2：当MCU检测到步骤S1中MOS管T1的输出电流为过载短路电流时，MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出，开启一次保护机制；
S3：当上述步骤S2中MCU通过MOS驱动模块关闭MOS管T1的输出发生短路故障时，二次保护电阻RT内阻持续发热直至切断线路。
9.根据权利要求8所述的一种MOS高边输出失效的二次保护方法，其特征在于：步骤S1与步骤S2组成MOS高边输出失效的一次保护机制，所述一次保护机制的响应时间为毫秒级或微秒级，一次保护机制能够被MOS驱动模块反复多次启闭；在步骤S3中，合金电阻RT切断线路这一过程为秒级切断。
10.根据权利要求9所述的一种MOS高边输出失效的二次保护装置及保护方法，其特征在于：在步骤S3中，二次保护电阻RT的额定电流大于MOS管T1的一次保护过流保护电流；所述二次保护电阻RT的短时间过载电流大于MOS管T1负载的启动电流；所述二次电阻RT短路保护时间滞后一次短路保护时间的时长为秒级以上。
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