CN103746543A - 一种桥式驱动电路的电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路设计领域，提供了一种桥式驱动电路的电流检测装置。该装置是利用采样电路对流过桥式驱动电路中续流二极管的电流进行采样，输出采样电压，并由调制电路对该采样电压进行调制后，得到所需范围的调制电压，从而可实现对流过续流二极管的电流的监测，有效防止因续流二极管过热而导致对应的功率开关管损坏的事件发生，实现了对反向并联有续流二极管的功率开关管的可靠保护，避免了桥式驱动电路由于续流二极管被热击穿而失效。

Description

一种桥式驱动电路的电流检测装置

技术领域

本发明属于电子电路设计领域，尤其涉及一种桥式驱动电路的电流检测装置。

背景技术

当前主流的功率开关管包括绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT）、金属-氧化层半导体场效晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET）等。此类功率开关管可用来搭建各种形式的桥式驱动电路，当桥式驱动电路用于驱动感性负载时，为使得功率开关管关闭后感性负载中的无功功率得以泄放，需在功率开关管的电流输入端和电流输出端之间（如：IGBT的集电极和发射极之间）反向并联续流二极管，以保护功率开关管不被损坏。因此，各半导体厂家在生产此类功率开关管时，通常会将续流二极管与功率开关管一起封装。

为了实现对此类桥式驱动电路中功率开关管的过流保护，现有技术提出了一种利用调制电路实现电流检测的方式，如图1所示，其中的桥式驱动电路以H桥驱动电路为例，其检测原理为：当驱动功率开关管Q2和功率开关管Q3导通、而功率开关管Q1和功率开关管Q4截止时，电流由电源VCC顺次流过功率开关管Q3、感性负载、功率开关管Q2、电阻R1、地，此时，电阻R1的电压VR1通过调制电路中的运放回路进行调制，得到所需范围的调制电压Vout，之后，通过对调制电压Vout大小的判断，执行对功率开关管的相应保护动作；之后，当驱动功率开关管Q2和功率开关管Q3截止、而功率开关管Q1和功率开关管Q4导通时，由于流过感性负载内的电流不能突变，则电流将顺次流过电阻R2、续流二极管D4、感性负载、续流二极管D1。

由于功率开关管的制作工艺所致，续流二极管的热阻大于功率开关管热阻的数倍，但二者的最高结点温度相同。当流过相同电流时，续流二极管的结点温度会高于功率开关管的结点温度，则续流二极管的热击穿的几率会高于功率开关管。而前述调制电路只能检测到功率开关管本身流过的电流大小，而当续流二极管工作时，由于流过续流二极管的电流与流过对应功率开关管的电流反向，调制电路中的运放无法对流过续流二极管的电流进行检测，即是说，无法实现对流过续流二极管的电流进行检测。因此，前述调制电路在实现电流检测时存在纰漏，与功率开关管并联的续流二极管无法得到有效的保护，会造成续流二极管的热击穿，继而造成桥式驱动电路的失效。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种桥式驱动电路的电流检测装置，旨在解决现有技术采用的调制电路只能对功率开关管的电流进行检测，而无法对与功率开关管并联的续流二极管的电流进行检测，使得续流二极管由于无法得到有效保护而极易被热击穿，继而造成桥式驱动电路失效的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种桥式驱动电路的电流检测装置，所述桥式驱动电路的一个桥臂包括相互串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管、反向并联在所述第一功率开关管的电流输入端和电流输出端之间的第一续流二极管、反向并联在所述第二功率开关管的电流输入端和电流输出端之间的第二续流二极管、以及第一电阻，所述第一功率开关管的电流输入端连接电源，所述第二续流二极管的电流输出端通过所述第一电阻接地，所述电流检测装置包括：

采样电路，所述采样电路的输入端连接所述第二功率开关管的电流输出端，所述采样电路用于对所述第二续流二极管中流过的电流进行采样，即利用续流产生的负压进行采样，并输出采样电压；

调制电路，所述调制电路的输入端连接所述采样电路的输出端，所述调制电路用于将所述采样电路输出的所述采样电压转换成所需范围的调制电压后输出。

本发明实施例提供的桥式驱动电路的电流检测装置是利用采样电路对流过桥式驱动电路中续流二极管的电流进行采样，输出采样电压，并由调制电路对该采样电压进行调制后，得到所需范围的调制电压，从而可实现对流过续流二极管的电流的监测，有效防止因续流二极管过热而导致对应的功率开关管损坏的事件发生，实现了对反向并联有续流二极管的功率开关管的可靠保护，避免了桥式驱动电路由于续流二极管被热击穿而失效。

附图说明

图1是现有技术提供的利用调制电路实现对桥式驱动电路的电流检测的电路原理图；

图2是本发明实施例提供的桥式驱动电路的电流检测装置的电路图；

图3是图2中采样电路的电路图；

图4是图2中调制电路的一种电路图；

图5是图2中调制电路的另一种电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种桥式驱动电路的电流检测装置，该装置是利用采样电路对流过桥式驱动电路中续流二极管的电流进行采样，输出采样电压，并由调制电路对该采样电压进行调制后，得到所需范围的调制电压。

图2示出了本发明实施例提供的桥式驱动电路的电流检测装置的电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例中，桥式驱动电路可以是单相全桥电路、H桥电路、三相全桥电路、或其它各种变形结构的桥式电路，为了描述简便，仅以与桥式驱动电路中的一个桥臂连接的电流检测装置的结构为例进行说明，与其余桥臂连接的相应电流检测装置的结构与此相同，不赘述。

此时，该桥臂包括第一功率开关管Q5、第二功率开关管Q6、反向并联在第一功率开关管Q5的电流输入端和电流输出端之间的第一续流二极管D5、反向并联在第二功率开关管Q6的电流输入端和电流输出端之间的第二续流二极管D6、第一电阻R6。其中，第一功率开关管Q5的电流输入端连接电源VCC，第一功率开关管Q5的电流输出端连接第二续流二极管D6的电流输入端，第二续流二极管D6的电流输出端通过第一电阻R6接地。则该桥式驱动电路的电流检测装置包括：采样电路11，采样电路11的输入端连接第二功率开关管Q6的电流输出端，采样电路11用于对第二续流二极管D6中流过的电流进行采样，并输出采样电压；调制电路12，调制电路12的输入端连接采样电路11的输出端，调制电路12用于将采样电路11输出的采样电压转换成所需范围的调制电压后输出。之后，若调制电路12输出的调制电压在正常范围值内，则由控制器根据调制电压的大小实现其它控制功能；若调制电路12输出的调制电压不在正常范围值内，则由保护电路根据调制电压触发保护动作，例如通过对功率开关管的驱动端的驱动电压的控制，使得该桥式驱动电路停止工作。

本发明实施例中，第一功率开关管Q5或第二功率开关管Q6可以是IGBT管或MOS管。若第一功率开关管Q5或第二功率开关管Q6是IGBT管，则IGBT管的集电极即为电流输入端，IGBT管的发射极即电流输出端，IGBT管的栅极即驱动端；若第一功率开关管Q5或第二功率开关管Q6是MOS管，则MOS管的漏极即为电流输入端，MOS管的源极即电流输出端，MOS管的栅极即驱动端。

本发明实施例中，第一续流二极管D5可以是封装在第一功率开关管Q5内部的二极管，也可以是外接于第一功率开关管Q5的二极管；第二续流二极管D6可以是封装在第二功率开关管Q6内部的二极管，也可以是外接于第二功率开关管Q6的二极管。

图3示出了图2中采样电路11的电路。

详细而言，采样电路11可以包括：二极管D7和第二电阻R7。其中，二极管D7的阴极作为采样电路11的输入端而连接第二功率开关管Q6的电流输出端，二极管D7的阳极通过第二电阻R7接地；第二电阻R7的第一端A和第二端B作为采样电路11的输出端而连接调制电路12的输入端。

采样电路11的工作原理是：当第二续流二极管D6发生续流过程时，电流I顺次经过第一电阻R6、第二续流二极管D6、感性负载，则第二功率开关管Q6的电流输出端的实际电压VR6=-I*R6；当地电平与-I*R6之间的压差足够大时，二极管D7导通，电流从地电平流经第二电阻R7、二极管D7、第二续流二极管D6、感性负载，采样电路11开始工作，在第二电阻R7两端产生压降VR7，该压降VR7即为采样电路11输出到调制电路12的采样电压。在实际中，选取第二电阻R7的阻值远远大于第一电阻R6的阻值，使得流过二极管D7的电流非常小，而不影响感性负载上的电流。若假设二极管D7两端的压降为VD7，则有：VR6=VD7+VR7。

图4示出了图2中调制电路12的一种电路。

详细而言，调制电路12可以包括：第三电阻R8、第四电阻R9、第五电阻R10、第六电阻R11、运算放大器A2。其中，运算放大器A2的同相输入端+连接第三电阻R8的第一端，运算放大器A2的反相输入端-连接第四电阻R9的第一端，第三电阻R8的第二端和第四电阻R9的第二端作为调制电路12的输入端而连接采样电路11的输出端；运算放大器A2的反相输入端-通过第六电阻R11接地，并通过第五电阻R10连接运算放大器A2的输出端，运算放大器A2的输出端作为调制电路12的输出端而输出调制电压。

图5示出了图2中调制电路12的另一种电路。

由公式：VR6=VD7+VR7可知，由于二极管D7的存在，使得VR6与VR7之间存在VD7的误差，这样，经调制电路12调制后，调制电压Vout将存在一定的误差，可能会影响后续保护电路的正确动作，或影响后续控制器的控制精度。为此，相对于图4，图5提供的调制电路12还可包括：第七电阻R12和第八电阻R13。

其中，第七电阻R12和第八电阻R13串联在电源VCC和地之间，且第七电阻R12的第一端接地，第八电阻R13的第一端连接电源VCC；第七电阻R12的第二端连接运算放大器A2的同相输入端+。

此时，第七电阻R12和第八电阻R13构成偏置电路，此偏置电路在运算放大器A2的同相输入端产生的偏置电压用于抵消VD7带来的误差，进而使得后续保护电路执行正确动作，或使得后续控制器的控制更精准。

综上所述，本发明提供的桥式驱动电路的电流检测装置是利用采样电路对流过桥式驱动电路中续流二极管的电流进行采样，输出采样电压，并由调制电路对该采样电压进行调制后，得到所需范围的调制电压，从而可实现对流过续流二极管的电流的监测，有效防止因续流二极管过热而导致对应的功率开关管损坏的事件发生，实现了对反向并联有续流二极管的功率开关管的可靠保护，避免了桥式驱动电路由于续流二极管被热击穿而失效。本发明提供的桥式驱动电路的电流检测装置可广泛应用于电机驱动装置、电源逆变装置等各种功率开关管的应用场合，特别是应用于对感性负载（如电机、变压器等）进行驱动的驱动电路中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种桥式驱动电路的电流检测装置，所述桥式驱动电路中的一个桥臂包括相互串联连接的第一功率开关管和第二功率开关管、反向并联在所述第一功率开关管的电流输入端和电流输出端之间的第一续流二极管、反向并联在所述第二功率开关管的电流输入端和电流输出端之间的第二续流二极管、以及第一电阻，所述第一功率开关管的电流输入端连接电源，所述第二续流二极管的电流输出端通过所述第一电阻接地，其特征在于，所述电流检测装置包括：

采样电路，所述采样电路的输入端连接所述第二功率开关管的电流输出端，所述采样电路用于对所述第二续流二极管中流过的电流进行采样，即利用续流产生的负压进行采样，并输出采样电压；

调制电路，所述调制电路的输入端连接所述采样电路的输出端，所述调制电路用于将所述采样电路输出的所述采样电压转换成所需范围的调制电压后输出。

2.如权利要求1所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述采样电路包括：二极管和第二电阻；

所述二极管的阴极作为所述采样电路的输入端而连接所述第二功率开关管的电流输出端，所述二极管的阳极通过所述第二电阻接地，所述第二电阻的第一端和第二端作为所述采样电路的输出端而连接所述调制电路的输入端。

3.如权利要求1所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述调制电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端连接所述第三电阻的第一端，所述运算放大器的反相输入端连接所述第四电阻的第一端，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端作为所述调制电路的输入端而连接所述采样电路的输出端，所述运算放大器的反相输入端通过所述第六电阻接地，并通过所述第五电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端作为所述调制电路的输出端而输出所述调制电压。

4.如权利要求3所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述调制电路还包括：第七电阻和第八电阻；

所述第七电阻和所述第八电阻串联在电源和地之间，且所述第七电阻的第一端接地，所述第八电阻的第一端连接所述电源，所述第七电阻的第二端连接所述运算放大器的同相输入端。

5.如权利要求1至4任一项所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述第一功率开关管或第二功率开关管是IGBT管，所述IGBT管的集电极作为所述电流输入端，所述IGBT管的发射极作为所述电流输出端。

6.如权利要求1至4任一项所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述第一功率开关管或所述第二功率开关管是MOS管，所述MOS管的漏极作为所述电流输入端，所述MOS管的源极作为所述电流输出端。

7.如权利要求1至4任一项所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述第一续流二极管是封装在所述第一功率开关管内部的二极管、或外接于所述第一功率开关管的二极管；

所述第二续流二极管是封装在所述第二功率开关管内部的二极管、或外接于所述第二功率开关管的二极管。

8.如权利要求1至4任一项所述的桥式驱动电路的电流检测装置，其特征在于，所述桥式驱动电路是电机的驱动电路。

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