CN107395175A - 一种mos管过流保护电路 - Google Patents

一种mos管过流保护电路 Download PDF

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    • H03K17/08104Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches

Abstract

本申请公开了一种MOS管过流保护电路,利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,判断MOS管是否发生过流,其具体判断过程为,在接通MOS管后,若MOS管的导通电压VDS稳定,则判定MOS管正常运行中;若MOS管的导通电压VDS升高,则判定MOS管发生过流故障。与传统的MOS管过流保护电路相比,本申请的MOS管过流保护电路利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,避免了高成本、高功耗电流采样器等装置的使用,大幅降低了保护电路的功耗与成本。

Description

一种MOS管过流保护电路
技术领域
本申请涉及MOS管保护领域,尤其涉及一种MOS管过流保护电路。
背景技术
近年来,半导体器件发展迅猛,MOS(Metal Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体)管因开关频率高、无机械损耗等特点逐渐取代继电器,继而成为电力设备中主要的电流控制元件,例如在开关放大器中,MOS管是控制其电流的关键器件。但是,MOS管缺乏电路过载能力,即当其所在电路发生短路或过流故障,MOS管极易被击穿。目前,解决该问题的方法通常为给MOS管增加过流保护电路。
现有技术中,MOS管过流保护电路的工作原理为:通过电流采样器(例如电流传感器或分流器)采集电路上的电流信号,并将其反馈给控制器;控制器根据接收的电流信号,判断该电流是否超过预设的电流阀值,若超过,则切断MOS管,从而实现对MOS管的保护;否则,由电流采样器一直监控并采集电路上的电流信号,直至该电流超过预设的电流阀值或MOS管停止工作。
但是,现有MOS管过流保护电路中使用的电流传感器或分流器一般具有较高的价格,且随着其功率的升高,其价格还将呈阶梯式上升,这就造成现有MOS管过流保护电路的成本较高,从而影响了该保护电路的广泛使用。另外,在检测电流过程中,电流传感器或分流器需要MOS管驱动电路(驱动MOS管工作的电源)以外的电源为其供电,这造成了现有MOS管过流保护电路在使用过程中功耗高的问题。
发明内容
本申请提供了一种MOS管过流保护电路,以解决现有技术中的MOS管过流保护电路功耗高、成本高的问题。
本申请提供了一种MOS管过流保护电路,用于与MOS管连接,所述MOS管过流保护电路包括第一电容、充电电路、放电电路与MOS管断开电路;
所述第一电容串联在MOS管的S极与MOS管的D极之间;
所述充电电路与放电电路并联后串联在所述第一电容与MOS管驱动电路之间,所述充电电路用于根据MOS管驱电路传输的MOS管导通信号,并对所述第一电容充电,使所述第一电容的充电电压随MOS管的导通电压VDS同步升降;
所述放电电路用于根据MOS管驱动电路传输的MOS管断开信号,并对所述第一电容完全放电;
所述MOS管断开电路串联在所述第一电容与MOS管的G极之间,用于在所述第一电容的充电电压超过预设稳压值时,将MOS管的G极电压降低,从而使MOS管断开。
优选地,所述充电电路包括第一三极管与第二三极管,所述第一三极管的c极通过第七电阻连接至第二三极管的b极,
所述第一三极管的b极连接第二电阻的一端,所述第一三极管1的e极接地;
所述第二电阻的另一端用于连接MOS管驱动电路;
所述第二三极管的e极用于连接直流电源,其c极通过第一电阻连接至所述第一电容的一端。
优选地,所述MOS管断开电路包括第四三极管,所述第四三极管的c极连接第六二极管的负极,所述第六二极管的正极用于连接MOS管的G极,
第四三极管的b极依次连接第二二极管的正极与第一二极管的负极,所述第一二极管的正极连接至第一电容的一端,其中,第二二极管为稳压二极管;
所述MOS管断开断路还包括第四电阻与第二电容,所述第四电阻与所述第二电容并联后连接第四三极管的b极与e极的两端,第四三极管的e极接地。
优选地,所述放电电路包括第三三极管,所述第三三极管的b极连接第三电组的一端,其e极连接至所述第一电容的一端,其c极接地;
所述第三电组的另一端用于连接所述MOS管驱动电路。
优选地,所述第一电容与MOS管e极的连接线路上设置钳位电路,所述钳位电路用于在第一电容的充电电压未超过预设的稳压值时,将所述第一电容的充电电压钳制在预设的钳电压上。
优选地,所述钳位电路包括第五二极管与第三二极管3,所述第五二极管的负极通过第五电阻连接至所述第一电容的一端;
所述第五二极管的正极连接所述第三二极管的正极,其中,第五二极管为稳压二极管;
所述第三二极管的负极连接至MOS管的D极。
优选地,所述MOS管过流保护电路还包括过流上报电路,所述过流上报电路用于在所述第一电容的充电电压超过预设的稳压值时,发送过流故障信号。
优选地,所述过流上报电路包括第四二极管,所述第四二极管的负极连接所述MOS管断开电路中第三三极管的c极,
所述第四二极管的正极连接第六电阻的一端,所述第六电阻的另一端连接直流电压;
所述第四二极管的正极还连接至控制器,所述控制器用于控制MOS管的通断。
本申请实施例提供的MOS管过流保护电路,利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,判断MOS管是否发生过流,其具体判断过程为,在接通MOS管后,若MOS管的导通电压VDS稳定,则判定MOS管正常运行中;若MOS管的导通电压VDS升高,则判定MOS管发生过流故障。
本申请的MOS管过流保护电路包括第一电容、充电电路与MOS管断开电路。第一电容并联在MOS管的S极与D极的两端,第一电容的充电电压与MOS管的导通电压VDS相匹配,即第一电容的充电电压随MOS管的导通电压VDS的变化而变化。充电电路为第一电容进行充电,在其作用下,第一电容的充电电压将随导通电压VDS的压降发生同步升降。MOS管断开电路与第一电容相连接,在MOS管正常运行时,MOS管断开电路处于断路状态;若MOS管发生过流,则MOS管断开电路导通,对MOS管进行切断,从而切断流经MOS管的过电流,进而完成对MOS管的过流保护。
与传统的MOS管过流保护电路相比,本申请的MOS管过流保护电路利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,避免了高成本、高功耗电流采样器等装置的使用,大幅降低了保护电路的功耗与成本。另外,本申请的MOS管过流保护电路采用电阻、电容、二极管和三极管等简单器件,且用量少,因此该保护电路体积较小,可安置在电力设备的任意位置,例如设置开关放大器的在半桥电路上,此时的MOS管过流保护电路即可检测主输出回路上的过流故障,又可检测半桥电路上发生的过流故障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请的MOS管过流保护电路的电路图。
具体实施方式
本申请中的MOS管过流保护电路利用了MOS管的导通电压VDS在过流故障时发生压降这一特点,判断MOS管是否发生过流。在此,对MOS管的导通电压VDS在过流故障时发生压降这一特性进行说明。当MOS管未接通时,其S极与D极之间的电阻较大;当MOS管刚接通时,其S极与D极之间的电阻快速降低;当MOS管完全导通时,MOS管的导通电阻保持不变,该电阻为导通电阻,此时MOS管S极与D极间的电压为导通电压VDS。在MOS管完全导通后,若电网系统正常稳定运行,则流经MOS管的电流不变,此时MOS管的导通电压VDS也保持不变;若电网系统发生过流故障,则流经MOS管的电流增大,此时MOS管的导通电压VDS将迅速升高。因此,通过MOS管的导通电压VDS的变化情况,即可判断MOS管是否发生过流故障。
图1为本申请的MOS管过流保护电路的电路图,如图1所示,MOS管过流保护电路包括第一电容C1、充电电路L1、放电电路L2与MOS管断开电路L3,其中,第一电容C1串联在MOS管的S极与MOS管的D极之间;充电电路L1与放电电路L2并联后串联在第一电容C1与MOS管驱动电路之间;MOS管断开电路L3串联在所述第一电容C1与MOS管的G极之间,应当说明,MOS管D极、充电电路L1、放电电路L2与MOS管断开电路L3均与第一电容C1的同一端连接。
本申请的MOS管过流保护电路与MOS管连接,当MOS管发生过流故障时,MOS管过流保护电路将切断MOS管,从而使MOS管免于过流损坏。在实际使用过程中,MOS管导通之后,充电电路L1根据MOS管驱动电路传输的MOS管导通信号,对第一电容C1进行充电,使第一电容C1的充电电压随MOS管的导通电压VDS同步升降。若电网正常运行,则MOS管的导通电压VDS较小,第一电容C1的充电电压达不到MOS管断开电路L3的导通电压,此时,MOS管断开断路处于非工作状态。若电网发生断路故障,则MOS管的导通电压VDS快速升高,第一电容C1的充电电压达到MOS管断开电路L3的导通电压,此时,MOS管断开断路进入工作状态,将MOS管的G极电压降低,从而使MOS管断开。
以下将对MOS管过流保护电路中的每个分部进行说明。
充电电路L1用于在MOS管接通时,对第一电容C1进行充电。本申请中,充电电路L1包括第一三极管Q1与第二三极管Q2,第一三极管Q1的c极通过第七电阻R7连接至第二三极管Q2的b极;第一三极管Q1的b极通过第二电阻R2连接至MOS管驱动电路,第一三极管Q1的e极接地;第二三极管Q2的e极用于连接直流电源,其c极通过第一电阻R1连接至第一电容C1的一端,其中,直流电源可通过第一电阻R1对第一电容C1进行充电。
在实际工作中,当MOS管处于断开状态时,MOS管驱动电路输出低电压,则第一三极管Q1与第二三极管Q2均处于截止状态,此时,直流电压不对第一电容C1进行充电。当MOS管进入接通状态时,MOS管驱动电路输出高电压,则第一三极管Q1与第二三极管Q2导通,此时,直流电压通过第一电阻R1对第一电容C1进行充电。
通常,MOS管S极与D极间的导通电压VDS较小,在接通MOS管时,第一电容C1的充电电压较小,则第一电容C1的充电时间较短。为了防止MOS管断开电路L3发生误操作,在本申请中,在第一电容C1与MOS管e极的连接线路上设置钳位电路L4,钳位电路L4用于在第一电容C1的充电电压未超过预设的稳压值时,将第一电容C1的充电电压钳制在预设的钳电压上。
本实施例中,钳位电路L4包括第五二极管D5与第三二极管D3,第五二极管D5的负极通过第五电阻R5连接至第一电容C1的一端;第五二极管D5的正极连接第三二极管D3的正极,其中,第五二极管D5为稳压二极管;第三二极管D3的负极连接至MOS管的D极。
在实际工作中,若电网中未发生短路故障,充电电路L1对第一电容C1充电,将第一电容C1的充电电压由零升至MOS管的导通电压VDS与第五二极管D5的稳压值之和。其中,MOS管的导通电压VDS远小于第五二极管D5的稳压值,因此,可认为第五二极管D5钳制了第一电容C1充电电压的上限,其中,该充电电压的上限值小于第二二极管D2的稳压值。
放电电路L2用于在MOS管断开时,对第一电容C1进行放电,使第一电容C1完全放电至其充电电压为零。本申请中,放电电路L2包括第三三极管Q3,第三三极管Q3的b极连接第三电组R3的一端,其e极连接至第一电容C1的一端,其c极接地;第三电组R3的另一端用于连接MOS管驱动电路。
在实际工作中,MOS管结束工作时,MOS管驱动电路输出低电压,则第三三极管Q3导通,使第一电容C1开始放电,直至其充电电压为零。将第一电容C1的充电电压放至为零的原因在于,当MOS管再次接通时,其充电电压将从零开始,从而可有效的控制MOS管的充电时间。
MOS管断开电路L3用于在所述第一电容C1的充电电压超过预设稳压值时,将MOS管的G极电压降低,从而使MOS管断开。MOS管断开电路L3采用一稳压二极管控制MOS管断开电路L3的导通与否,即当第一电容C1的充电电压小于该稳压二极管的稳压值时,MOS管断开电路L3处于断开状态;当第一电容C1两端的电压大于该稳压二极管的稳压值时,MOS管断开电路L3导通,MOS管启动工作。
本申请中,MOS管断开电路L3包括第四三极管Q4,第四三极管Q4的c极连接第六二极管D6的负极,第六二极管D6的正极用于连接MOS管的G极。第四三极管Q4的b极依次连接第二二极管D2的正极与第一二极管D1的负极,第一二极管D1的正极连接至第一电容C1的一端,其中,第二二极管D2为稳压二极管。MOS管断开断路还包括第四电阻R4与第二电容C2,第四电阻R4与第二电容C2并联后连接第四三极管Q4的b极与e极的两端,第四三极管Q4的e极接地。
在实际工作中,当未发生过流故障时,第一电容C1的充电电压小于第二二极管D2的稳压值,第二二极管D2不导通,MOS管断开电路L3处于不导通状态;当发生过流故障时,第一电容C1的充电电压大于第二二极管D2的稳压值,第二二极管D2导通,则MOS管断开电路L3进入导通状态,此时,第四三极管Q4导通,从而通过第六二极管D6拉低MOS管G极的电压,从而断开MOS管。
为了便于工作人员发现电网中发生过电流故障,本申请中,MOS管过流保护电路还包括过流上报电路L5,过流上报电路L5用于在第一电容C1的充电电压超过预设的稳压值时,发送过流故障信号。
本申请中,过流上报电路L5包括第四二极管D4,第四二极管D4的负极连接MOS管断开电路L3中第三三极管Q4的c极,第四二极管D4的正极连接第六电阻R6的一端,第六电阻R6的另一端连接直流电压;第四二极管D4的正极还连接至控制器,控制器用于控制MOS管的通断。
在实际工作中,当未发生过流故障时,第一电容C1的充电电压小于第二二极管D2的稳压值,第二二极管D2不导通,则第四二极管D4处于截止状态、第六电阻R6内无电流流过,此时,过流上报电路L5处于不导通状态。当发生过流故障时,第一电容C1的充电电压大于第二二极管D2的稳压值,第二二极管D2导通,则第四二极管D4导通、第六电阻R6内有电流流过,此时,过流上报电路L5进入导通状态。过流上报电路L5内的电流将触发控制器关闭MOS管。同时,控制器还将电网中其他电路中的MOS管关闭,从而保证整个电网的安全。
本申请实施例提供的MOS管过流保护电路,利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,判断MOS管是否发生过流,其具体判断过程为,在接通MOS管后,若MOS管的导通电压VDS稳定,则判定MOS管正常运行中;若MOS管的导通电压VDS升高,则判定MOS管发生过流故障。
与传统的MOS管过流保护电路相比,本申请的MOS管过流保护电路利用MOS管发生过流时其导通电压VDS将产生压降这一特性,避免了高成本、高功耗电流采样器等装置的使用,大幅降低了保护电路的功耗与成本。另外,本申请的MOS管过流保护电路采用的每个器件均分立器件,例如电阻、电容、二极管和三极管等,这些分立器件使保护电路具有较高的可靠性、抗干扰能力以及适应能力。其中,较高的适应能力表现在,更改第二二极管D2与第五二极管D5稳压值即可适应不同电压或功率的MOS管,或者调整第一电阻R1与第一电容C1即可调整第一电容C1的充电时间,从而灵活的应用在不同电压或功率的MOS管。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种MOS管过流保护电路,用于与MOS管连接,其特征在于,所述MOS管过流保护电路包括第一电容(C1)、充电电路(L1)、放电电路(L2)与MOS管断开电路(L3);
所述第一电容(C1)串联在MOS管的S极与MOS管的D极之间;
所述充电电路(L1)与放电电路(L2)并联后串联在所述第一电容(C1)与MOS管驱动电路之间,所述充电电路(L1)用于根据MOS管驱电路传输的MOS管导通信号,并对所述第一电容(C1)充电,使所述第一电容(C1)的充电电压随MOS管的导通电压VDS同步升降;
所述放电电路(L2)用于根据MOS管驱动电路传输的MOS管断开信号,并对所述第一电容(C1)完全放电;
所述MOS管断开电路(L3)串联在所述第一电容(C1)与MOS管的G极之间,用于在所述第一电容(C1)的充电电压超过预设稳压值时,将MOS管的G极电压降低,从而使MOS管断开。
2.根据权利要求1所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述充电电路(L1)包括第一三极管(Q1)与第二三极管(Q2),所述第一三极管(Q1)的c极通过第七电阻(R7)连接至第二三极管(Q2)的b极,
所述第一三极管(Q1)的b极连接第二电阻(R2)的一端,所述第一三极管(Q1)的e极接地;
所述第二电阻(R2)的另一端用于连接MOS管驱动电路;
所述第二三极管(Q2)的e极用于连接直流电源,其c极通过第一电阻(R1)连接至所述第一电容(C1)的一端。
3.根据权利要求1所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述MOS管断开电路(L3)包括第四三极管(Q4),所述第四三极管(Q4)的c极连接第六二极管(D6)的负极,所述第六二极管(D6)的正极用于连接MOS管的G极,
所述第四三极管(Q4)的b极依次连接第二二极管(D2)的正极与第一二极管(D1)的负极,所述第一二极管(D1)的正极连接至所述第一电容(C1)的一端,其中,所述第二二极管(D2)为稳压二极管;
所述MOS管断开断路还包括第四电阻(R4)与第二电容(C2),所述第四电阻(R4)与所述第二电容(C2)并联后连接所述第四三极管(Q4)的b极与e极的两端,所述第四三极管(Q4)的e极接地。
4.根据权利要求1所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述放电电路(L2)包括第三三极管(Q3),所述第三三极管(Q3)的b极连接第三电组(R3)的一端,其e极连接至所述第一电容(C1)的一端,其c极接地;
所述第三电组(R3)的另一端用于连接所述MOS管驱动电路。
5.根据权利要求1所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述第一电容(C1)与 MOS管e极的连接线路上设置钳位电路(L4),所述钳位电路(L4)用于在第一电容(C1)的充电电压未超过预设的稳压值时,将所述第一电容(C1)的充电电压钳制在预设的钳电压上。
6.根据权利要求5所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述钳位电路(L4)包括第五二极管(D5)与第三二极管(D3),所述第五二极管(D5)的负极通过第五电阻(R5)连接至所述第一电容(C1)的一端;
所述第五二极管(D5)的正极连接所述第三二极管(D3)的正极,其中,第五二极管(D5)为稳压二极管;
所述第三二极管(D3)的负极连接至MOS管的D极。
7.根据权利要求1所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述MOS管过流保护电路还包括过流上报电路(L5),所述过流上报电路(L5)用于在所述第一电容(C1)的充电电压超过预设的稳压值时,发送过流故障信号。
8.根据权利要求7所述的MOS管过流保护电路,其特征在于,所述过流上报电路(L5)包括第四二极管(D4),所述第四二极管(D4)的负极连接所述MOS管断开电路(L3)中第三三极管(Q4)的c极,
所述第四二极管(D4)的正极连接第六电阻(R6)的一端,所述第六电阻(R6)的另一端连接直流电压;
所述第四二极管(D4)的正极还连接至控制器,所述控制器用于控制MOS管的通断。
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