CN104965110A - 一种功率管无损电流检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率管无损电流检测电路，包括待检测功率管，还包括一驱动电路和一检测供电电路、第一电阻和第二电阻、第一二极管和第二二极管以及微处理器，第一电阻和第二电阻的一端分别连接检测供电电路，第一电阻的另一端连接第一二极管的阳极，第二电阻的另一端连接第二二极管的阳极，第一二极管的阴极连接待检测功率管的漏极，第二二极管的阴极连接待检测功率管的源极，待检测功率管的栅极连接驱动电路，微处理器分别与第一二极管和第二二极管的阳极连接。实施本发明的有益效果是，实现了无需额外的分流器，只需根据待检测功率管自身特性的无损检测，来检测流过待检测功率管的电流。

Description

一种功率管无损电流检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种检测电路，更具体地说，涉及一种功率管无损电流检测电路及方法。

背景技术

在功率电路里，功率管特别是MOS管常常会因过流损坏，因此通过一些过流保护电路来进行过流保护的相关控制，以保护包括MOS管的线路不会因为过流而损坏，在这些过流保护电路中需要用到直接或间接检测MOS管电流的方式和电路。

在现有的电流检测电路中，通常采用串在电路中的小阻值大电流的分流器电阻，或者采用更大电流的霍尔元器件。但上述电流检测方式均存在缺陷：采用分流器的方法，由于在大电流情况下分流器的损耗很大，导致部件发热严重，效率低下；而采用霍尔检测电流的方式，虽然损耗低，但霍尔元器件的价格较贵、体积大，因此导致整个电路成本增加，体积增大。

此外，在很多电流检测的场合，主要是用于过流保护和检测电流，对于检测精度要求不高，因此无论使用分流器还是采用霍尔检测电流的方式，对成本、损耗等都造成了不必要的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述采用分流器电阻检测功率管电流损耗大、效率低下以及采用霍尔检测电流成本高、体积大的缺陷，提供一种功率管无损电流检测电路及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率管无损电流检测电路，包括待检测功率管，还包括一驱动电路和一检测供电电路、第一电阻和第二电阻、第一二极管和第二二极管以及微处理器，所述第一电阻和所述第二电阻的一端分别连接所述检测供电电路，所述第一电阻的另一端连接所述第一二极管的阳极，所述第二电阻的另一端连接所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述待检测功率管的漏极，所述第二二极管的阴极连接所述待检测功率管的源极，所述待检测功率管的栅极连接所述驱动电路，所述微处理器分别与所述第一二极管和所述第二二极管的阳极连接；

其中，所述驱动电路用于给所述待检测功率管提供驱动电压，所述检测供电电路用于给所述第一电阻和第二电阻提供检测供电电压，所述微处理器用于根据采集到的所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极分别与所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压，同时根据所述第二二极管的阳极与所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的结温温度，并通过计算得到的所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压以及所述待检测功率管的结温温度来检测所述待检测功率管的电流。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述第一二极管PN结之间的电压等于所述第二二极管PN结之间的电压，所述第一二极管和所述第二二极管的温度等于所述待检测功率管的温度。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述微处理器为单片机或DSP控制芯片。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述微处理器内预先存储有所述第二二极管PN结之间的电压及对应的温度以及所述待检测功率管的结温温度与对应的电阻值。

在上述功率管无损电流检测电路中，提供给所述待检测功率管的驱动电压及与提供给所述第一电阻和第二电阻的检测供电电压分别为恒定电压。

在上述功率管无损电流检测电路中，提供给所述待检测功率管的驱动电压与提供给所述第一电阻和第二电阻的检测供电电压分别为脉动电压，且所述检测供电电压的脉宽小于或者等于所述驱动电压的脉宽。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述待检测功率管为MOS管、IGBT或可控硅。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述第一二极管和所述第二二极管为同芯双二极管。

还提供一种功率管无损电流检测方法，依据如上所述的功率管无损电流检测电路，驱动电路提供驱动电压给待检测功率管，检测供电电路提供检测供电电压给第一电阻和第二电阻，所述方法包括如下步骤：

S1：采集第一二极管的阳极和第二二极管的阳极分别与所述待检测功率管的源极之间的电压差；

S2：计算出所述待检测功率管的漏极与源极之间的导通电压；

S3：根据所述第二二极管的阳极和所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的结温温度；

S4：根据所述导通电压和所述结温温度获取所述待检测功率管的电流。

在上述功率管无损电流检测电路中，所述步骤S3具体包括：

根据所述第二二极管的阳极和所述待检测功率管的源极之间的电压差，查找与之对应的第二二极管的温度，得出所述待检测功率管的结温温度；

所述步骤S4具体包括：

根据所述待检测功率管的结温温度，查找与之对应的待检测功率管的电阻值；

根据所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压与所述待检测功率管的电阻值计算出所述待检测功率管的电流值。

实施本发明的功率管无损电流检测电路及方法，具有以下有益效果：通过很少的低廉的元器件，第一电阻和第二电阻以及第一二极管和第二二极管组成的简单的外围电路，以及通过机器内部已有的单片机或DSP等微处理器，检测待检测功率管在导通时的电压以及待检测功率管的结温温度，从而计算出流过待检测功率管的电流，实现了无需额外的分流器，只需根据待检测功率管自身特性的无损检测，来检测流过待检测功率管的电流、过流保护或者逐波限流。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种功率管无损电流检测电路实施例的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明一种功率管无损电流检测电路实施例的示意图，包括待检测功率管Q1，驱动电路10和检测供电电路20、第一电阻R1和第二电阻R2、第一二极管D1和第二二极管D2以及微处理器U1。其中：第一电阻R1和第二电阻R2的一端分别连接检测供电电路20，第一电阻R1的另一端连接第一二极管D1的阳极，第二电阻R2的另一端连接第二二极管D2的阳极，第一二极管D1的阴极连接待检测功率管Q1的漏极，第二二极管D2的阴极连接待检测功率管D2的源极，待检测功率管Q1的栅极连接驱动电路10，微处理器U1分别与第一二极管D1和第二二极管D2的阳极连接。

在本电路中，驱动电路10用于给待检测功率管Q1提供驱动电压MOS_DRV，该驱动电压可以是恒定的电压，使得待检测功率管Q1恒定的导通或者断开；也可以是脉动的电压。检测供电电路20用于给第一电阻R1和第二电阻R2提供检测供电电压MOS_DRV_VCC+，该检测供电电压MOS_DRV_VCC+与待检测功率管Q1的驱动电压MOS_DRV保持同步一致，可以是恒定电压或者脉动电压，当检测供电电压MOS_DRV_VCC+与待检测功率管Q1的驱动电压MOS_DRV为脉动电压时，检测供电电压MOS_DRV_VCC+的脉宽等于或者小于驱动电压MOS_DRV的脉宽。

特别地，微处理器U1用于采集第一二极管D1的阳极和第一电阻R1的连接点TEST1与待检测功率管Q1的源极MOS-之间的电压差V1，以及采集第二二极管D2的阳极和第二电阻R2的连接点TEST2与待检测功率管Q1的源极MOS-之间的电压差V2，并根据这两个电压差V1和V2来检测流过待检测功率管Q1的电流。

在本实施例中，第一二极管D1和第二二极管D2型号一致，优选为同芯双二极管，以保证第一二极管D1和第二二极管D2的参数高度一致。此外，第一二极管D1和第二二极管D2与待检测功率管Q1紧靠在一起，或者在同一块散热器上，以最大程度的保证第一二极管D1和第二二极管D2的温度与待检测功率管Q1的相同，或者基本一致或者温差很小。

具体地，微处理器U1在采集电压差V1和V2后(当然可以理解的是，在其它实施例中，电压差V1和V2也可以通过外围的模拟采样电路采集后再送至微处理器U1进行处理)，微处理器U1再通过计算V1和V2之间的电压差，因第一二极管D1和第二二极管D2的参数一致，两者PN结之间的电压也相同，因此可获得待检测功率管Q1的漏极MOS+和源极MOS-之间的导通电压Vds，即Vds＝V1-V2。而电压差V2也即相当于第二二极管D2的PN结之间的电压，而第二二极管D2的PN结之间的电压是随着温度变化而变化的，因此可以根据该电压差V2获得第二二极管D2的温度，从而得出待检测功率管Q1的结温温度，微处理器U1根据该结温温度，可以获得待检测功率管的电阻值，因此依据待检测功率管Q1的漏极和源极之间的导通电压及其结温温度，便可计算出流过该待检测功率管Q1的电流。

因此根据检测到的电流值，便可判断流过待检测功率管Q1的电流是否超标等，以作出不同的动作，例如在超标时，上报告警，或者禁止驱动电路输出驱动电压、进行相关功率限制等，以保护待检测功率管以及相关电路。

优选地，待检测功率管Q1为MOS管、IGBT或可控硅。

优选地，微处理器U1为单片机或DSP等控制芯片，并预先存储有第二二极管D2的PN结之间的电压及对应的温度以及待检测功率管Q1的结温温度与对应的电阻值或IGBT对应的不同的电压曲线值。

在本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值一致或者接近且足够的大，确保流过第一二极管D1和第二二极管D2的电流很小，使得第一二极管D1和第二二极管D2的热损耗可以忽略不计，并且对待检测功率管Q1主电路的电流与电压影响忽略不计。

此外，上述第一二极管D1的作用是防止待检测功率管Q1上的电压反灌到第一电阻R1和第一二极管D1的连接点TEST1的电压以及检测供电电压MOS_DRV_VCC+上，且因待检测功率管Q1的漏极和源极之间的导通电压是比较小的，如果直接送至微处器进行处理误差较大，第一二极管D1可将其进行升高之后再送入微处理器进行处理，同时第一二极管D1给待检测功率管Q1的漏极和源极之间导通电压一个电压偏置，便于过滤低电压的杂波影响，高于相关运放的门槛电压，以及有利于提高单片机等的AD采样精度和门槛电压。

上述第二二极管D2的作用配合第一二极管D1，获得电压差V1和V2，同时通过V1和V2之间的电压差作为待检测功率管Q1的漏极和源极之间导通时的电压。该第二二极管D2还用作温度探头，用于检测温度，即根据该第二二极管D2的PN结之间的电压得到该第二二极管D2的温度，作为待检测功率管Q1的结温温度。

在本实施例中，是通过微处理器U1用来采集电压差V1和V2，并进行一系列计算后获得流过待检测功率管的电流，当然可以理解的是，在其它实施例中，也可以先通过外围的差分运放大电路对V1和V2之间的电压差进行采样放大，即获得待检测功率管Q1的漏极和源极之间的电压，之后再送至微处理器进行处理，在此不再赘述。

此外，在图1中，待检测功率管Q1是以N型MOS管为例，可以理解的是，如果是针对P型MOS管，第一二极管D1、第二二极管D2以及检测供电电压MOS_DRV_VCC+均需反向配合。

本发明还提供一种功率管无损电流检测方法，依据上述功率管无损电流检测电路，该电路已作了详细阐述，在此不再赘述，该方法包括如下步骤：

S1：采集第一二极管的阳极和第二二极管的阳极分别与待检测功率管的源极之间的电压差；

S2：计算出待检测功率管的漏极与源极之间的导通电压；

S3：根据第二二极管的阳极和待检测功率管的源极之间的电压差计算出待检测功率管的结温温度；

S4：根据导通电压和结温温度获取待检测功率管的电流。

上述步骤S3具体包括：

根据第二二极管的阳极和待检测功率管的源极之间的电压差，查找与之对应的第二二极管的温度，得出待检测功率管的结温温度；

上述步骤S4具体包括：

根据待检测功率管的结温温度，查找与之对应的待检测功率管的电阻值；

根据待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压与待检测功率管的电阻值计算出待检测功率管的电流值。

因此，实施本发明一种功率管电流检测电路及方法，通过很少的低廉的元器件，第一电阻和第二电阻以及第一二极管和第二二极管组成的简单的外围电路，以及通过机器内部已有的单片机或DSP等微处理器，检测待检测功率管在导通时的电压以及待检测功率管的结温温度，计算出流过待检测功率管的电流，实现了无需额外的分流器，只需根据待检测功率管自身特性的无损检测，来检测流过待检测功率管的电流、过流保护或者逐波限流。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种功率管无损电流检测电路，包括待检测功率管，其特征在于，还包括一驱动电路和一检测供电电路、第一电阻和第二电阻、第一二极管和第二二极管以及微处理器，所述第一电阻和所述第二电阻的一端分别连接所述检测供电电路，所述第一电阻的另一端连接所述第一二极管的阳极，所述第二电阻的另一端连接所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述待检测功率管的漏极，所述第二二极管的阴极连接所述待检测功率管的源极，所述待检测功率管的栅极连接所述驱动电路，所述微处理器分别与所述第一二极管和所述第二二极管的阳极连接；

其中，所述驱动电路用于给所述待检测功率管提供驱动电压，所述检测供电电路用于给所述第一电阻和第二电阻提供检测供电电压，所述微处理器用于根据采集到的所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极分别与所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压，同时根据所述第二二极管的阳极与所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的结温温度，并通过计算得到的所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压以及所述待检测功率管的结温温度来检测所述待检测功率管的电流。

2.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，所述第一二极管PN结之间的电压等于所述第二二极管PN结之间的电压，所述第一二极管和所述第二二极管的温度等于所述待检测功率管的结温温度。

3.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，所述微处理器为单片机或DSP控制芯片。

4.根据权利要求3所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，所述微处理器内预先存储有所述第二二极管PN结之间的电压及对应的温度以及所述待检测功率管的结温温度与对应的电阻值。

5.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，提供给所述待检测功率管的驱动电压及与提供给所述第一电阻和第二电阻的检测供电电压分别为恒定电压。

6.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，提供给所述待检测功率管的驱动电压与提供给所述第一电阻和第二电阻的检测供电电压分别为脉动电压，且所述检测供电电压的脉宽小于或者等于所述驱动电压的脉宽。

7.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，所述待检测功率管为MOS管、IGBT或可控硅。

8.根据权利要求1所述的功率管无损电流检测电路，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管为同芯双二极管。

9.一种功率管无损电流检测方法，依据如权利要求1～8任一项所述的功率管无损电流检测电路，驱动电路提供驱动电压给待检测功率管，检测供电电路提供检测供电电压给第一电阻和第二电阻，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：采集第一二极管的阳极和第二二极管的阳极分别与所述待检测功率管的源极之间的电压差；

S2：计算出所述待检测功率管的漏极与源极之间的导通电压；

S3：根据所述第二二极管的阳极和所述待检测功率管的源极之间的电压差计算出所述待检测功率管的结温温度；

S4：根据所述导通电压和所述结温温度获取所述待检测功率管的电流。

10.根据权利要求9所述的功率管无损电流检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

根据所述第二二极管的阳极和所述待检测功率管的源极之间的电压差，查找与之对应的第二二极管的温度，得出所述待检测功率管的结温温度；

所述步骤S4具体包括：

根据所述待检测功率管的结温温度，查找与之对应的待检测功率管的电阻值；

根据所述待检测功率管的漏极和源极之间的导通电压与所述待检测功率管的电阻值计算出所述待检测功率管的电流值。