CN106712562A - 一种感性负载电路及消除电流尖峰的方法 - Google Patents

一种感性负载电路及消除电流尖峰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种感性负载电路，通过若干MOS管驱动感性负载工作，其特征在于，每一所述MOS管的源极和栅极之间耦接有抑制支路；所述抑制支路包括开通元件，当对应MOS管接收关断信号时，所述开通元件导通所述抑制支路；抑制模块，当所述开通元件导通时，所述抑制模块于源极产生一维持电压。1.与高耐压值方案相比，该方案大幅降低了物料成本。2.二极管，电容，电阻供应成熟，相互可替代性强，产品成熟。3.可以进行补偿强度的调节，方便电路调试。

Description

一种感性负载电路及消除电流尖峰的方法
技术领域
本发明涉及一种电路，更具体的说，涉及一种逆变电路。
背景技术
目前，在许多领域需要涉及对感性负载的驱动，例如电机或者医用磁感成像装置都会涉及到感性负载的驱动，而在驱动的控制开通元件中，MOS管成为感性负载控制开关元件中的理想选择。
例如，图1示出的是一种简单的感性负载电路-三相电机逆变电路，如图所示，如果需要对MOS管的开关状态进行切换，那么任一MOS管的关断时刻，感性负载都会产生反向电动势，使得MOS管的源极和漏极之间产生过冲电压，而目前现有情况均通过选用高耐压值的MOS管，但是这样一来成本较高同时电压冗余超过40％，二来可替代性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明第一目的是提供一种抑制支路。
本发明的第二目的在于提供一种感性负载电路；
本发明的第三目的在于体用一种消除MOS管关断过冲电压的电路安装方法；
本发明的第四目的在于提供一种消除MOS管关断过冲电压的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
为了实现本发明的第一目的，提供一种抑制支路，所述抑制支路用于耦接于MOS管的源极和栅极之间，所述的MOS管用于驱动感性负载；所述抑制支路包括开通元件，当对应MOS管的栅极接收关断信号时，所述开通元件导通所述抑制支路；抑制模块，当所述开通元件导通时，所述抑制模块于源极产生一维持电压。
首先，由于MOS管驱动感性负载工作时，如果需要对一MOS管发送关断信号，那么由于下述两种现象，一来由于关断时，栅极电压瞬间减小，那么此时漏极电流也是瞬间减小，而由于感性负载产生的反向电流较大，如果此时MOS管进入米勒区，那么非常容易引起关断电压过冲的现象，本设计的核心在于，当接收关断信号瞬间，开通元件使得抑制支路于源极和栅极之间构成回路，以均衡栅极电压，这样栅极电压不至于直接跳变为零，此时引起的反向电流较小，而且推迟了米勒区的到来，有效抑制电压过冲现象。单向米勒补偿。当MOS管在开通时由于二极管具有单向导通的特性对MOS的门极不起作用，当MOS管在关断时MOS的DS极电压抬升可以使电流通过二极管给MOS的门极灌电流进行米勒区补偿从而推迟米勒区从而起到单向米勒补偿。当电流方向由感性负载流向逆变桥时，由于电流的突变在MOS管的DS极上造成过冲电压。MOS管特性决定其门极Vgs电压与Ids电流呈正相关，即Vgs电压越大对应的Ids电流越大。当在关断时，由于给MOS管的G极和D极之间外加单向米勒补偿电路使得通过MOS电流不至于迅速减小。从而实现抑制关断过冲电压的作用。
进一步的，当对应MOS管的栅极接收开启信号时，所述开通元件截止所述抑制支路。而感性负载下MOS管的开启如果此时抑制模块接入回路，那么就会增加GS电容的容量，这样就相当于增加了GS电容的充电时间，而对MOS管的增益产生影响，同时会增加米勒区的时间，所以设计开通元件就可以起到一个单向米勒抑制的效果。
进一步的，所述开通元件设置为二极管，所述二极管的阴极用于耦接于对应MOS管的源极。通过二极管的设计，就可以满足在MOS管开启瞬间截止，在MOS管关闭瞬间导通的效果，同时节约设计成本。
进一步的，所述抑制模块包括一储能元件，当所述开通元件导通时，所述储能元件保持维持电压第一预设时间。通过储能元件的设置，可以保证维持电压的持续时间，避免关断时间过长而影响整个电路的实际功能。
进一步的，所述储能元件设置为电容且所述电容与位于同一抑制支路的开通元件串联设置。通过电容的设计，在MOS管接收关断信号时，电容处于充电状态，那么此时，相当于栅源短路，由源极提供漏极电压，当充电完成时，也就是第一预设时间到达，此时保证栅极电压为零，使得漏极电流完全消失。
进一步的，所述电容并联有放电电阻。通过设计放电电阻，保证电容在使用完成后，可以通过放电电阻进行放电，以便于下次MOS管接收关断信号时进行充电提供维持电压。同时，可以对电容电阻的参数进行更换或者调节，以调节补偿的强度，较为合理。
为了实现本发明的第二目的，提供一种感性负载电路，通过若干MOS管驱动感性负载工作，每一所述MOS管的源极和栅极之间耦接有上述的抑制支路。效果同上，提供该种逆变电路，使得整个逆变电路能满足逆变效果的同时，可以实现防止MOS管的关断过冲电压的效果。
为了实现本发明的第三目的，提供一种消除MOS管关断过冲电压的电路安装方法，所述抑制支路包括开通元件，当对应MOS管接收关断信号时，所述开通元件导通所述抑制支路；抑制模块，当所述开通元件导通时，所述抑制模块于源极产生一维持电压，将抑制支路用于耦接于MOS管的源极和漏极之间。而该抑制支路可以单独使用，只用将该抑制支路接在MOS管的漏极和源极，就可以实现其对感性负载下MOS管关断过冲电压的抑制。
为了实现本发明的第四目的，提供一种消除MOS管关断过冲电压的方法，步骤一，提供一开通元件耦接于MOS管的源极和栅极之间,用以通过MOS管源极和栅极的电压差判断MOS管的关断瞬间；步骤二，提供一抑制模块耦接于开通元件，用以于关断瞬间时输出一维持电压至MOS管的栅极；步骤三，提供一储能单元耦接于开通元件，用以于第一预设时间后使维持电压至零。
为了实现本发明的第四目的，提供提供一种消除MOS管关断过冲电压的方法，步骤一，提供一开通元件耦接于MOS管的源极和栅极之间,用以通过MOS管源极和栅极的电压差判断MOS管的关断瞬间；步骤二，提供一抑制模块耦接于开通元件，用以于关断瞬间时输出一维持电压至MOS管的栅极；步骤三，提供一储能单元耦接于开通元件，用以于在第一预设时间内使维持电压减小至零。
本发明技术效果主要体现在以下方面：1.与高耐压值方案相比，该方案大幅降低了物料成本。2.二极管，电容，电阻供应成熟，相互可替代性强，产品成熟。3.可以进行补偿强度的调节，方便电路调试。
附图说明
图1：本发明现有技术中感性负载逆变电路示意图；
图2：本发明改进后示意图；
图3：本发明对单个MOS管的抑制支路接线图一；
图4：本发明对单个MOS管的抑制支路接线图二。
附图标记：100、抑制支路；110、抑制模块；120、开通元件；
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
首先对感性负载电路的实施例做出解释，
参照图2所示，对比图1，实施例1-1如下，一种感性负载电路，通过若干MOS管M1-M6驱动感性负载工作，每一所述MOS管M1-M6的源极和栅极之间耦接有抑制支路100；所述抑制支路100包括开通元件120，当对应MOS管M1-M6接收关断信号时，所述开通元件120导通所述抑制支路100；抑制模块110，当所述开通元件120导通时，所述抑制模块110于源极产生一维持电压。当对应MOS管M1-M6接收开启信号时，所述开通元件120截止所述抑制支路100。而感性负载下MOS管M1-M6的开启如果此时抑制模块110接入回路，那么就会增加GS电容C1-C6的容量，这样就相当于增加了GS电容C1-C6的充电时间，而对MOS管M1-M6的增益产生影响，同时会增加米勒区的时间，所以设计开通元件120就可以起到一个单向米勒抑制的效果。所述储能元件设置为电容C1-C6且所述电容C1-C6与位于同一抑制支路100的开通元件120串联设置。通过电容C1-C6的设计，在MOS管M1-M6接收关断信号时，电容C1-C6处于充电状态，那么此时，相当于栅源短路，由源极提供漏极电压，当充电完成时，也就是第一预设时间到达，此时保证栅极电压为零，使得漏极电流完全消失。所述电容C1-C6并联有放电电阻R1-R6。通过设计放电电阻R1-R6，保证电容C1-C6在使用完成后，可以通过放电电阻R1-R6进行放电，以便于下次MOS管M1-M6接收关断信号时进行充电提供维持电压。同时，可以对电容C1-C6电阻的参数进行更换或者调节，以调节补偿的强度，较为合理。具体的抑制模块110可以是由容性负载也可以是感性负载，而使用感性负载时，需要注意的是，MOS管M1-M6处于开通状态时，感性负载处于充电状态，而MOS管M1-M6处于关断状态下，感性负载处于放电状态以提供维持电压，需要说明的是，图示为电容C1-C6并联放电电阻R1-R6的结构，如果根据目前现有的电学公式可以等效而来的电路，以及利用容性阻抗或感性阻抗充放电原理实现的提供维持电压的方式理应属于本发明的保护范围。所述抑制模块110包括一储能元件，当所述开通元件120导通时，所述储能元件保持维持电压第一预设时间。通过储能元件的设置，可以保证维持电压的持续时间，避免关断时间过长而影响整个电路的实际功能。所述开通元件120设置为二极管D11-D16，所述二极管D11-D16的阴极耦接于对应MOS管M1-M6的源极。通过二极管D11-D16的设计，就可以满足在MOS管M1-M6开启瞬间截止，在MOS管M1-M6关闭瞬间导通的效果，同时节约设计成本，而二极管D11-D16通过本身工艺实现的对关断和开通状态的检测，由于单向导通的特性决定二极管D11-D16在开关关断的瞬间是处于导通的状态的。具体连接关系可参照图3所示。
参照图4所示，实施例1-2，在实施例1-1的基础上，将二极管D11-D16改为晶闸管，其所表示的是，可以通过对MOS管M1-M6栅极电压的获取实现对其开通元件120是否维持的判断，如果电压小于阈值，那么非门U3输出的电平为高，控制开通元件120导通，输出维持电压，需要说明的是维持电压不足以使非门输出低电平，而同时图中所示的晶闸管所披露的是一种通过有源开关元件判断MOS管M1-M6门极是否接受关断信号的方式，可以等同其他相应的有源开关元件作为开通元件120使用。
实施例1-3，在实施例1-1的基础上，将放电电阻R1-R6替换为可调电阻。
实施例1-4，在实施例1-1的基础上，将电容C1-C6替换为可调电容C1-C6。
实施例2-1，与实施例1-1不同之处为，实施例2-1提供一种逆变电路，包括若干个MOS管M1-M6，每一所述MOS管M1-M6的源极和栅极之间耦接有抑制支路100，所述抑制支路100包括开通元件120，当对应MOS管M1-M6接收关断信号时，所述开通元件120导通所述抑制支路100；抑制模块110，当所述开通元件120导通时，所述抑制模块110于源极产生一维持电压。效果同上，提供该种逆变电路，使得整个逆变电路能满足逆变效果的同时，可以实现防止MOS管M1-M6的关断过冲电压的效果。
实施例3-1，一种消除MOS管M1-M6关断过冲电压的电路安装方法，所述抑制支路100包括开通元件120，当对应MOS管M1-M6接收关断信号时，所述开通元件120导通所述抑制支路100；抑制模块110，当所述开通元件120导通时，所述抑制模块110于源极产生一维持电压，将抑制支路100用于耦接于MOS管M1-M6的源极和漏极之间。而该抑制支路100可以单独使用，只用将该抑制支路100接在MOS管M1-M6的漏极和源极，就可以实现其对感性负载下MOS管M1-M6关断过冲电压的抑制。可以将整个抑制支路100封装在一块芯片中使用，只用将其对MOS管M1-M6做对应连接即可。
实施例4-1，提供一种消除MOS管M1-M6关断过冲电压的方法，步骤一，通过MOS管M1-M6源极和栅极的电压差判断MOS管M1-M6的关断瞬间；步骤二，关断瞬间时输出一维持电压至MOS管M1-M6的栅极；步骤三，第一预设时间后使维持电压至零。通过上述方法就可以使得栅极产生维持电压，从而抑制关断过冲电压。实质在于提供一种维持电压的方式，可以通过电路直接判断是否处于关断瞬间，并输出一小于开通电压的维持电压持续第一时间即可，也可以通过上述任意方式以获得一维持电压。
实施例4-2，与实施例4-1的区别在于模拟的维持电压可以在第一预设时间内逐渐减小，这样可以保证关断的时间。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制支路，其特征在于，所述抑制支路用于耦接于MOS管的源极和栅极之间，所述的MOS管用于驱动感性负载；
所述抑制支路包括
开通元件，当对应MOS管的栅极接收关断信号时，所述开通元件导通所述抑制支路；
抑制模块，当所述开通元件导通时，所述抑制模块于源极产生一维持电压。
2.如权利要求1所述的抑制支路，其特征在于，当对应MOS管的栅极接收开启信号时，所述开通元件截止所述抑制支路。
3.如权利要求2所述的抑制支路，其特征在于，所述开通元件设置为二极管，所述二极管的阴极用于耦接于对应MOS管的源极。
4.如权利要求1所述的抑制支路，其特征在于，所述抑制模块包括一储能元件，当所述开通元件导通时，所述储能元件保持维持电压第一预设时间。
5.如权利要求4所述的抑制支路，其特征在于，所述储能元件设置为电容且所述电容与位于同一抑制支路的开通元件串联设置。
6.如权利要求5所述的抑制支路，其特征在于，所述电容并联有放电电阻。
7.一种感性负载电路，通过若干MOS管驱动感性负载工作，其特征在于，每一所述MOS管的源极和栅极之间耦接有如权利要求1-6任一项所述的抑制支路。
8.一种消除MOS管关断过冲电压的电路安装方法，将如权利要求1-6任一项所述的抑制支路耦接于MOS管的源极和漏极之间。
9.一种消除MOS管关断过冲电压的方法，其特征在于：
步骤一，提供一开通元件耦接于MOS管的源极和栅极之间,用以通过MOS管源极和栅极的电压差判断MOS管的关断瞬间；
步骤二，提供一抑制模块耦接于开通元件，用以于关断瞬间时输出一维持电压至MOS管的栅极；
步骤三，提供一储能单元耦接于开通元件，用以于第一预设时间后使维持电压至零。
10.一种消除MOS管关断过冲电压的方法，其特征在于：
步骤一，提供一开通元件耦接于MOS管的源极和栅极之间,用以通过MOS管源极和栅极的电压差判断MOS管的关断瞬间；
步骤二，提供一抑制模块耦接于开通元件，用以于关断瞬间时输出一维持电压至MOS管的栅极；
步骤三，提供一储能单元耦接于开通元件，用以于在第一预设时间内使维持电压减小至零。
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