[发明专利]一种低压直流母线桥臂短路故障保护电路

说明书

一种低压直流母线桥臂短路故障保护电路，包括：母线电流检测与过流故障判断单元、保护与释放延时控制单元、过流保护单元。母线电流检测与过流故障判断单元中，母线电流检测电阻串联在母线正端进线，将电流转化为电阻两端的电压降信号，通过分压与滤波电路，将母线电流检测电阻两端各自相对于信号地的电压分别转换为比较电路正、反相输入电压，由滞环比较电路输出过流判断电平信号；过流判断电平信号送至保护与释放延时控制单元中，产生过流保护电平信号；过流保护电平信号送至桥臂开关管驱动级，可在发生母线过电流故障时，封锁开关管驱动脉冲电平，实现过电流保护效果。本发明采用简单、可靠的分立元器件，在低压直流母线正输入端采集电流信号，通过合理的保护与释放延时控制，可有效解决低压驱动电路桥臂因短路或过流故障而导致的开关管损伤失效问题。

技术领域

本发明涉及一种母线短路故障保护电路，属于低电压伺服控制领域，适用于航天器执行机构等需要在辐照等恶劣环境中长期工作的伺服驱动控制器。

背景技术

已有的电机功率驱动电路中，主要采用以下三种方式之一实现短路或过流故障保护：

(1)MOSFET等功率器件采用专用的集成驱动与保护模块，在模块中采用的短路或过流故障保护电路，一般通过检测开关器件处于导通状态时，其集-射极(或：漏-源极)间的电压差，来间接获取器件流过电流的幅值信息，并基于该电压差判断器件是否处于正常工作状态、或已处于短路或过流故障状态；

(2)在逆变器直流母线上(正端或地端)，通过电流霍尔传感器等，直接采集母线电流值，并通过硬件电路或软件，判断开关器件的工作状态，决策是否采取相应的保护动作；

(3)对于中、小容量的电机驱动控制装置，在逆变器直流母线的地端串接采样电阻，检测该电阻两端电压差以获得母线电流信息，并以此决策是否采取相应的保护动作。

以上三种方法中：

第一种方法通过开关器件集-射极(或：漏-源极)间的电压差，来间接获取器件流过电流的幅值信息，其对电流幅值判断的精确性受到器件特性的影响，也受到环境温度等因素的影响。

第二种方法可以直接、准确、及时地采集电流信息，并对器件的工作状态进行准确判断。但是，相较于电阻、电容、二极管等分立器件，在空间环境等恶劣环境应用中，电流霍尔传感器在成本、可靠性、温度、辐照、力学条件适应性方面均不占优势。

第三种方法也可以直接、准确、及时地采集电流信息，并对器件的工作状态进行准确判断。但是，为实现对各相桥臂的下开关管的基-射极电压(或栅-源极电压)的可靠控制，为桥臂下开关管的驱动电路提供隔离的直流偏置电压是一个有效措施，以避免电流采样电阻两端的电压降对开关管驱动脉冲电平的影响。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出了一种低压直流母线桥臂短路故障保护电路。解决了空间环境等恶劣工作环境下的准确判断母线过电流故障，与合理设置保护与释放延迟时间的难题。

本发明的技术解决方案是：一种低压直流母线桥臂短路故障保护电路，包括：母线电流检测与过流故障判断单元、保护与释放延时控制单元、过流保护单元；母线电流检测与过流故障判断单元接收母线电流，完成电流到电压的转换后，对电压信号进行分压、滤波，再经过滞环比较得到过流故障判断电平信号至保护与释放延时控制单元；保护与释放延时控制单元接收过流故障判断电平信号，对该信号进行延时处理，得到过流保护电平信号至过流保护单元；过流保护单元对过流保护电平信号与来自外部控制器桥臂开关管的驱动脉冲电平比较后，得到桥臂开关管驱动脉冲电平给外部桥臂开关管。

所述母线电流检测与过流故障判断单元包括串联在低压母线正端进线上的母线电流检测电阻、分压、滤波与滞环比较电路；母线电流检测电阻将母线正端电流转换为母线电流检测电阻两端的电压降，通过分压与滤波电路，将母线电流检测电阻两端各自相对于信号地的电压分别转换为滞环比较电路正、反相输入电压，由滞环比较电路输出过流故障判断电平信号。