CN108880517B - 一种基于电流检测控制的理想二极管电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电流检测控制的理想二极管电路，包括隔离电源模块、N‑MOS管Q1、N‑MOS管Q1驱动电路、光电隔离电路、光耦驱动电路、电流检测与滞回比较电路；隔离电源模块电路用于为电路提供电源；光电隔离电路用于将N‑MOS管Q1驱动电路与电流检测与滞回比较电路的电平进行隔离，实现隔离驱动；光耦驱动电路用于对光电隔离电路中光耦信号的反相驱动；电流检测与滞回比较电路通过电流检测电阻实现电流的采样，并通过运算放大器进行调理，调理信号通过滞回比较器，滞回比较器输出信号连接光耦驱动电路；通过设置比较点的门限值来避免光耦控制信号的震荡及误开通，从而解决了目前理想二极管由于精度问题导致的低压差时误导通、误关断等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种二极管电路，特别是一种基于电流检测控制的理想二极管电路。
背景技术
在电力电子行业，功率二极管是常用的电子元器件之一，最大特点在于能够应用于高功率场合实现单向导电性，然而由于功率二极管存在固有的0.6V以上的导通压降，在应用于高功率或大电流场合时，特别是对于低电压大电流的场合，二极管会消耗大量的功率，因此便需要布设体积较大的散热器及散热系统，将二极管的温度保持在限定范围内，从而导致应用成本大幅增加，产品设计受到局限，不利于产品的小型化设计。
理想二极管是指正向导通压降趋向于0的二极管。在现实中，理想二极管是由可控制的N沟道MOSFET和相应的驱动电路组成，由于MOS管导通电阻一般较低，同时具有过大电流的能力，所以通过对N-MOSFET的开通与关断控制，实现其单相电流的导通二极管特性，同时较低的导通电阻使导通压降趋向于0，具备理想二极管的特性。由此可见，理想二极管的设计和使用可以大大降低功率二极管在高功率大电流使用场合的导通损耗。
现有市面上的理想二极管电路多采用测量输入电路、输出电路电压差的方式，通过压差来控制N-MOSFET的开通与关断，但是普遍存在由于精度问题导致的低压差时误导通、误关断等问题，存在一定的使用风险。另外，电压差较小时，容易出现采样误差或者辐射干扰等，从而出现误开关现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于电流检测控制的理想二极管电路，该基于电流检测控制的理想二极管电路能解决二极管耗散功耗过高和现有理想二极管电路存在误开关的风险问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于电流检测控制的理想二极管电路，包括隔离电源模块、N-MOS管Q1、N-MOS管Q1驱动电路、光电隔离电路、光耦驱动电路、电流检测与滞回比较电路。
隔离电源模块电路用于为N-MOS管Q1驱动电路、光耦驱动电路及电流检测与滞回比较电路提供电源。
N-MOS管Q1驱动电路，用于实现N-MOS管Q1的通断控制。
光电隔离电路用于将N-MOS管Q1驱动电路的电平与电流检测与滞回比较电路的电平进行隔离，实现隔离驱动。
光耦驱动电路用于对光电隔离电路中光耦信号的反相驱动。
电流检测与滞回比较电路通过电流检测电阻实现电流的采样，并通过运算放大器进行调理，调理信号通过滞回比较器，滞回比较器输出信号连接光耦驱动电路；通过设置比较点的门限值来避免光耦控制信号的震荡及误开通；比较点的门限值包括启动门限值和关断门限值。
当电流检测与滞回比较电路中电流的采样值大于启动门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1导通，降低理想二极管损耗；当电流检测与滞回比较电路中电流逐渐变小，电流采样值小于关断门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1关断，实现理想二极管的单相导电性。
隔离电源模块包括电容C1~C5，电源模块U1~ U2和电源供电输入端子P1。
电容C1一端接电源供电输入端子P1的1脚，另外一端接电源供电输入端子P1的2脚；
电容C3和C4一端接12V2，另外一端接12GND2。
电容C2和C5一端接5V2，另外一端接5GND2。
电源模块U1 的输入1脚接电源供电输入端子P1的1脚，输入2脚接电源供电输入端子P1的2脚，输出7脚接12V2，6脚接12GND2。
电源模块U2的输入1脚接12V2，2脚接12GND2；输出7脚接5V2，6脚接5GND2；
电源供电输入端子P1接外部供电电源。
电源模块U1采用的型号为F2412S-2WR2，电源模块U2采用的型号为F1205S-1WR2。
电源供电输入端子P1接外部24VDC供电电源，1脚接24V+，2脚接24V-。
N-MOS管Q1驱动电路包括电阻R1~ R4和三极管Q2；
N-MOS管Q1的S极接电路输入电压正极、12GND2及电阻R1的一端；N-MOS管Q1的D极接电路输出电压正极；N-MOS管Q1的G极接电阻R2一端及电阻R1的另一端。
三极管Q2的C极接电阻R2的另一端，三极管Q2的E极接12V2及电阻R3的一端，三极管Q2的B极接电阻R4的一端及电阻R3的另一端，电阻R4另一端与光电隔离电路相连接。
N-MOS管Q1的型号为HY3610P，三极管Q2的型号为8550。
光电隔离电路包括光耦OP1、电阻R5和电阻R20。
光耦OP1的1脚接电阻R5一端及光耦驱动电路；光耦OP1的2脚接电阻R5的另一端及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接5GND2；光耦OP1的3脚接12GND2，光耦OP1的4脚接电阻R4的一端。
光耦驱动电路包括电阻R6、电阻R11、电阻R12、三极管Q3和N-MOS管Q4。
三极管Q3的E极接光耦OP1的1脚，三极管Q3的C极接5V2及电阻R6的一端，三极管Q3的B极接电阻R6的另一端及N-MOS管Q4的D极，N-MOS管Q4的S极接5GND2及R12的一端，N-MOS管Q4的G极接R12的另一端及R11的一端，电阻R11的另一端与电流检测与滞回比较电路相连接。
电流检测与滞回比较电路包括电流检测电阻R19，电阻R7~R18，电容C6~ C8，运算放大器A1。
电流检测电阻R19一端接电路输入负极及电阻R13一端，电流检测电阻R19另一端接电路输出负极及电阻R8一端。
电阻R13另一端接电阻R17、电容C8一端及运算放大器A1的2脚；电阻R17、电容C8另一端接运算放大器A1的1脚及电阻R10的一端，电阻R8另一端接电阻R7、电容C6一端及运算放大器A1的3脚，电阻R7、电容C6的另一端接5GND2。
电阻R10的另一端接电容C7的一端及电阻R9的一端，电容C7的另一端接5GND2，电阻R9的另一端接运算放大器A1的6脚，运算放大器A1的5脚接电阻R14的一端及R15的一端，电阻R14的另一端接R16的一端和R18的一端，R16的另一端接5V2，R18的另一端接5GND2，电阻R15的另一端接运算放大器A1的7脚，运算放大器A1的7脚和电阻R15的另一端还均与电阻R11相连接；运算放大器A1的8脚接5V2，运算放大器的4脚接5GND2。
本发明具有如下有益效果：
1.通过对电路电流的判断来控制N-MOSFET的通断，比市面上通过输入输出电压差来判断的方式，控制精度更高，能够避免电压差较小时的采样误差或者辐射干扰等造成的误开关现象，且本发明不受电压等级的限制，应用更为灵活。
2本发明能有效保证N-MOS管Q1的稳定、安全可靠的开关控制，避免其他电路对其造成的干扰。
附图说明
图1显示了本发明一种基于电流检测控制的理想二极管电路的结构原理图。
其中有：10.隔离电源模块；20.N-MOS管Q1及驱动电路；30.光电隔离电路；40.光耦驱动电路；50.电流检测与滞回比较电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于电流检测控制的理想二极管电路，包括隔离电源模块、N-MOS管Q1、N-MOS管Q1驱动电路、光电隔离电路、光耦驱动电路、电流检测与滞回比较电路。
隔离电源模块电路用于为N-MOS管Q1驱动电路、光耦驱动电路及电流检测与滞回比较电路提供电源。
隔离电源模块10优选包括电容C1~C5，电源模块U1~ U2和电源供电输入端子P1。
电容C1一端接电源供电输入端子P1的1脚，另外一端接电源供电输入端子P1的2脚；
电容C3和C4一端接12V2，另外一端接12GND2。
电容C2和C5一端接5V2，另外一端接5GND2。
电源模块U1 的输入1脚接电源供电输入端子P1的1脚，输入2脚接电源供电输入端子P1的2脚，输出7脚接12V2，6脚接12GND2。
电源模块U2的输入1脚接12V2，2脚接12GND2；输出7脚接5V2，6脚接5GND2；
电源供电输入端子P1接外部供电电源。
电源模块U1采用的型号为F2412S-2WR2，电源模块U2采用的型号为F1205S-1WR2。
电源供电输入端子P1接外部24VDC供电电源，1脚接24V+，2脚接24V-。
N-MOS管Q1及驱动电路20包括N-MOS管Q1和N-MOS管Q1驱动电路。
N-MOS管Q1驱动电路，用于实现N-MOS管Q1的通断控制，N-MOS管Q1的型号优选为HY3610P。
N-MOS管Q1驱动电路包括电阻R1~ R4和三极管Q2。
N-MOS管Q1的S极接电路输入电压正极、12GND2及电阻R1的一端；N-MOS管Q1的D极接电路输出电压正极；N-MOS管Q1的G极接电阻R2一端及电阻R1的另一端。
三极管Q2的型号优选为8550，三极管Q2的C极接电阻R2的另一端，三极管Q2的E极接12V2及电阻R3的一端，三极管Q2的B极接电阻R4的一端及电阻R3的另一端，电阻R4另一端与光电隔离电路相连接，优选接光耦OP1的4脚。
光电隔离电路用于将N-MOS管Q1驱动电路的电平与电流检测与滞回比较电路的电平进行隔离，实现隔离驱动。
光电隔离电路优选包括光耦OP1、电阻R5和电阻R20。
光耦OP1的1脚接电阻R5一端及光耦驱动电路中三极管Q3的E极；光耦OP1的2脚接电阻R5的另一端及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接5GND2；光耦OP1的3脚接12GND2，光耦OP1的4脚接电阻R4的一端。
光耦驱动电路用于对光电隔离电路中光耦信号的反相驱动。
光耦驱动电路包括电阻R6、电阻R11、电阻R12、三极管Q3和N-MOS管Q4。
三极管Q3的E极接光耦OP1的1脚，三极管Q3的C极接5V2及电阻R6的一端，三极管Q3的B极接电阻R6的另一端及N-MOS管Q4的D极，N-MOS管Q4的S极接5GND2及R12的一端，N-MOS管Q4的G极接R12的另一端及R11的一端；电阻R11的另一端与电流检测与滞回比较电路相连接，优选接运算放大器A1的7脚及电阻R15的一端。
电流检测与滞回比较电路通过电流检测电阻实现电流的采样，并通过运算放大器进行调理，调理信号通过滞回比较器，滞回比较器输出信号连接光耦驱动电路；通过设置比较点的门限值来避免光耦控制信号的震荡及误开通；比较点的门限值包括启动门限值和关断门限值。
当电流检测与滞回比较电路中电流的采样值大于启动门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1导通，降低理想二极管损耗；当电流检测与滞回比较电路中电流逐渐变小，电流采样值小于关断门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1关断，实现理想二极管的单相导电性。
电流检测与滞回比较电路优选包括电流检测电阻R19，电阻R7~R18，电容C6~ C8，运算放大器A1。
电流检测电阻R19一端接电路输入负极及电阻R13一端，电流检测电阻R19另一端接电路输出负极及电阻R8一端。
电阻R13另一端接电阻R17、电容C8一端及运算放大器A1的2脚；电阻R17、电容C8另一端接运算放大器A1的1脚及电阻R10的一端，电阻R8另一端接电阻R7、电容C6一端及运算放大器A1的3脚，电阻R7、电容C6的另一端接5GND2。
电阻R10的另一端接电容C7的一端及电阻R9的一端，电容C7的另一端接5GND2，电阻R9的另一端接运算放大器A1的6脚，运算放大器A1的5脚接电阻R14的一端及R15的一端，电阻R14的另一端接R16的一端和R18的一端，R16的另一端接5V2，R18的另一端接5GND2，电阻R15的另一端接运算放大器A1的7脚，运算放大器A1的7脚和电阻R15的另一端还均与电阻R11相连接；运算放大器A1的8脚接5V2，运算放大器的4脚接5GND2。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：包括隔离电源模块、N-MOS管Q1、N-MOS管Q1驱动电路、光电隔离电路、光耦驱动电路、电流检测与滞回比较电路；
隔离电源模块电路用于为N-MOS管Q1驱动电路、光耦驱动电路及电流检测与滞回比较电路提供电源；
N-MOS管Q1驱动电路，用于实现N-MOS管Q1的通断控制；
光电隔离电路用于将N-MOS管Q1驱动电路的电平与电流检测与滞回比较电路的电平进行隔离，实现隔离驱动；
光耦驱动电路用于对光电隔离电路中光耦信号的反相驱动；
电流检测与滞回比较电路通过电流检测电阻实现电流的采样，并通过运算放大器进行调理，调理信号通过滞回比较器，滞回比较器输出信号连接光耦驱动电路；通过设置比较点的门限值来避免光耦控制信号的震荡及误开通；比较点的门限值包括启动门限值和关断门限值；
当电流检测与滞回比较电路中电流的采样值大于启动门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1导通，降低理想二极管损耗；当电流检测与滞回比较电路中电流逐渐变小，电流采样值小于关断门限值后，光耦控制信号控制N-MOS管Q1关断，实现理想二极管的单相导电性；隔离电源模块包括电容C1~C5，电源模块U1~ U2和电源供电输入端子P1；
电容C1一端接电源供电输入端子P1的1脚，另外一端接电源供电输入端子P1的2脚；
电容C3和C4一端接12V2，另外一端接12GND2；
电容C2和C5一端接5V2，另外一端接5GND2；
电源模块U1 的输入1脚接电源供电输入端子P1的1脚，输入2脚接电源供电输入端子P1的2脚，输出7脚接12V2，6脚接12GND2；
电源模块U2的输入1脚接12V2，2脚接12GND2；输出7脚接5V2，6脚接5GND2；
电源供电输入端子P1接外部供电电源；
N-MOS管Q1驱动电路包括电阻R1~ R4和三极管Q2；
N-MOS管Q1的S极接电路输入电压正极、12GND2及电阻R1的一端；N-MOS管Q1的D极接电路输出电压正极；N-MOS管Q1的G极接电阻R2一端及电阻R1的另一端；
三极管Q2的C极接电阻R2的另一端，三极管Q2的E极接12V2及电阻R3的一端，三极管Q2的B极接电阻R4的一端及电阻R3的另一端，电阻R4另一端与光电隔离电路相连接；
电流检测与滞回比较电路包括电流检测电阻R19，电阻R7~R18，电容C6~ C8，运算放大器A1；
电流检测电阻R19一端接电路输入负极及电阻R13一端，电流检测电阻R19另一端接电路输出负极及电阻R8一端；
电阻R13另一端接电阻R17、电容C8一端及运算放大器A1的2脚；电阻R17、电容C8另一端接运算放大器A1的1脚及电阻R10的一端，电阻R8另一端接电阻R7、电容C6一端及运算放大器A1的3脚，电阻R7、电容C6的另一端接5GND2；
电阻R10的另一端接电容C7的一端及电阻R9的一端，电容C7的另一端接5GND2，电阻R9的另一端接运算放大器A1的6脚，运算放大器A1的5脚接电阻R14的一端及R15的一端，电阻R14的另一端接R16的一端和R18的一端，R16的另一端接5V2，R18的另一端接5GND2，电阻R15的另一端接运算放大器A1的7脚，运算放大器A1的7脚和电阻R15的另一端还均与电阻R11相连接；运算放大器A1的8脚接5V2，运算放大器的4脚接5GND2；
通过对电路电流的判断来控制N-MOSFET的通断，能够避免电压差较小时的采样误差或者辐射干扰造成的误开关现象，且不受电压等级的限制；能有效保证N-MOS管Q1的稳定、安全可靠的开关控制，避免干扰。
2.根据权利要求1所述的基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：电源模块U1采用的型号为F2412S-2WR2，电源模块U2采用的型号为F1205S-1WR2。
3.根据权利要求1所述的基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：电源供电输入端子P1接外部24VDC供电电源，1脚接24V+，2脚接24V-。
4.根据权利要求1所述的基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：N-MOS管Q1的型号为HY3610P，三极管Q2的型号为8550。
5.根据权利要求1所述的基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：光电隔离电路包括光耦OP1、电阻R5和电阻R20；
光耦OP1的1脚接电阻R5一端及光耦驱动电路；光耦OP1的2脚接电阻R5的另一端及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接5GND2；光耦OP1的3脚接12GND2，光耦OP1的4脚接电阻R4的另一端。
6.根据权利要求5所述的基于电流检测控制的理想二极管电路，其特征在于：光耦驱动电路包括电阻R6、电阻R11、电阻R12、三极管Q3和N-MOS管Q4；
三极管Q3的E极接光耦OP1的1脚，三极管Q3的C极接5V2及电阻R6的一端，三极管Q3的B极接电阻R6的另一端及N-MOS管Q4的D极，N-MOS管Q4的S极接5GND2及R12的一端，N-MOS管Q4的G极接R12的另一端及R11的一端，电阻R11的另一端与电流检测与滞回比较电路相连接。
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