CN108896899B - 一种集成开关管过流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成开关管过流检测电路，包括：开关管、二极管、第一电阻、稳压源和电压检测单元；开关管的漏极与主功率电路连接，开关管的源极接地；二极管的负极与开关管的漏极连接，二极管的正极与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与稳压源的第一端连接，稳压源的第二端接地；电压检测单元接于二极管与第一电阻之间；其中，稳压源的输出电压高于开关管的饱和导通压降。在本发明提供的开关管过流检测电路中，通过检测一处的电压即可实现对开关管的过流保护，成本低且能够提高主功率电路的转换效率。

Description

一种集成开关管过流检测电路
技术领域
本发明涉及电源控制领域，尤其涉及一种集成开关管过流检测电路。
背景技术
在电源控制领域，需对主功率电路连接的开关管进行过流保护，而过流保护的首要任务即需监测开关管上的电流，在现有技术中，开关管上的电流检测通常使用如图1所示的采样电阻压降检测电路，在该电路中，其大功率高精度的采样电阻R4价格高，且大电流在流过电阻R6时会产生功率损耗，降低电路的转换效率。
因此，提供一种成本低廉、对主功率电路的转换效率影响较低的开关管过流检测电路成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种集成开关管过流检测电路，通过检测一处的电压即可实现对开关管的过流保护，成本低且能够提高主功率电路的转换效率。
本发明提供了一种集成开关管过流检测电路，包括：开关管、二极管、第一电阻、稳压源和电压检测单元；
所述开关管的漏极与主功率电路连接，所述开关管的源极接地；
所述二极管的负极与所述开关管的漏极连接，所述二极管的正极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述稳压源的第一端连接，所述稳压源的第二端接地；
所述电压检测单元接于所述二极管与所述第一电阻之间；
其中，所述稳压源的输出电压高于所述开关管的饱和导通压降。
优选地，所述开关管为金氧半场效开关管。
优选地，本发明提供的一种集成开关管过流检测电路还包括：电容；
所述电容的第一端接于所述二极管与所述第一电阻之间，所述电容的第二端接地。
优选地，本发明提供的一种集成开关管过流检测电路还包括：瞬态二极管；
所述瞬态二极管的负极接于所述二极管与所述第一电阻之间，所述瞬态二极管的正极端接地。
优选地，所述稳压源包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻和稳压芯片；
所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述稳压芯片的阴极均与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端外接电源，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端均与所述稳压芯片的参考极连接，所述第四电阻的第二端、所述稳压芯片的阳极均接地。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种集成开关管过流检测电路，包括：开关管、二极管、第一电阻、稳压源和电压检测单元；开关管的漏极与主功率电路连接，开关管的源极接地；二极管的负极与开关管的漏极连接，二极管的正极与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与稳压源的第一端连接，稳压源的第二端接地；电压检测单元接于二极管与第一电阻之间；其中，稳压源的输出电压高于开关管的饱和导通压降。在本发明提供的开关管过流检测电路中，可以通过检测第一电阻与二极管之间某一点的电压，进而测得开关管漏极与源极之间的饱和导通电压，由于开关管的饱和导通电压与流过开关管上的电流有良好的线性关系，因此可以对开关管实现实时检测，整个电路构造简单严谨，成本低且能够提高主功率电路的转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为采样电阻压降检测电路的结构示意图；
图2为本发明提供的一种集成开关管过流检测电路的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种集成开关管过流检测电路，通过检测一处的电压即可实现对开关管的过流保护，成本低且能够提高主功率电路的转换效率。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，本发明提供了一种集成开关管过流检测电路，包括：开关管Q1、二极管D1、第一电阻R2、稳压源和电压检测单元M；
开关管Q1的漏极与主功率电路K连接，开关管Q1的源极接地；
二极管D1的负极与开关管Q1的漏极连接，二极管D1的正极与第一电阻R2的第一端连接，第一电阻R2的第二端与稳压源的第一端连接，稳压源的第二端接地；
电压检测单元M接于二极管D1与第一电阻R2之间；
其中，稳压源的输出电压高于开关管Q1的饱和导通压降。
优选地，开关管Q1为金氧半场效开关管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)。
可选的，本发明提供的一种集成开关管过流检测电路还包括：电容C1；
电容C1的第一端接于二极管D1与第一电阻R2之间，电容C1的第二端接地。
可选的，本发明提供的一种集成开关管过流检测电路还包括：瞬态二极管Z1，可以理解的是，该瞬态二极管为瞬态电压抑制二极管；
瞬态二极管Z1的负极接于二极管D1与第一电阻R2之间，瞬态二极管Z1的正极端接地。
可选的，稳压源包括：第二电阻R1、第三电阻R8、第四电阻R9和稳压芯片(如图中IC1TL431所示)；
第二电阻R1的第一端、第三电阻R8的第一端和稳压芯片的阴极均与第一电阻R2的第二端连接，第二电阻R1的第二端外接电源，第三电阻R8的第二端、第四电阻R9的第一端均与稳压芯片的参考极连接，第四电阻R9的第二端、稳压芯片的阳极均接地。
本发明根据MOSFET的两个开关特性：
1、D极(漏极)电流和DS(漏极、源极)两极之间的饱和导通压降VDS有良好的线性关系；
2、RDS(开关管Q1的导通电阻)随元件本体温度升高而升高，流通相同电流的情况下，温度越高，DS两极的压降VDS越高。
通过检测DS两级之间的压降可监控流过D极的电流，设定好保护值就能做过流限制及元件过热保护。电路利用MOSFET内部的导通电阻作为电流采样电阻，省去了外接的电流采样电阻或者电流互感器，提高电路的效率。
以下对本发明提供的一种集成开关管过流检测电路的控制原理进行说明：
首先，需要说明的是，以下电压的参考点均为图2中的GND。
当开关管Q1截止时，D点产生一个高电压，二极管D1反向截止，电容C1和瞬态二极管Z1只起到吸收尖峰的作用，电压检测单元处检测得到的为稳压源输出的电压。
开关管Q1在饱和导通的时候，内部的电阻很低，DS两极的压降和通过的电流有良好的线性关系，可以理解为压降正比于电流，。当开关管Q1导通，可以等效为一个导通电阻RDS，此时，流过开关管的电流有两部分，其中一部分由主功率回路提供(将其称为开关电流)，另一部分由稳压源所提供(将其称为小电流)，小电流经过R2、D1到RDS形成电流回路。对于小电流，其流过D1产生压降，D1的压降稳定，开关电流在RDS上产生压降(在实际操作中，由于小电流相对于开关电流过小，因此在计算开关管上的电流时忽略小电流产生的影响)，电压检测单元处的电压减去D1压降就是D点的电压，大小正比于开关电流。
其具体的计算过程如下：
电压检测处的电压＝U(D)+U(D1)
电压检测处得到的电压＝D点电压+二极管D1的正向压降，因为正向流过二极管D1的小电流很小，U(D1)可以从产品手册查到对应的值，因此得到：
U(D)＝电压检测-U(D1)
U(D)＝I*RDS
D点电压＝开关管流过的开关电流*开关管的导通电阻
根据以上计算过程可知，电压检测单元设定好保护阀值就能同时做到对开关管的过流保护和过热保护。
以下对电路中其余零部件的功能进行说明：二极管D1用于隔离Q1截止状态下的高电压倒灌，电容C1的作用是滤除高频干扰，瞬态二极管Z1用于电压钳位保护电流检测电路。
在本发明的电路中，需保证U(D)的大小比稳压源输出电压低，使得开关管导通的时候，小电流只会从稳压源流向开关管。需要说明的是，本发明涉及的电压检测单元可以通过现有的电路元件进行组合构成，此处为本领域技术人员的公知技术，不做具体介绍。
在本发明提供的开关管过流检测电路中，可以通过检测第一电阻与二极管之间某一点的电压，进而测得开关管漏极与源极之间的饱和导通电压，由于开关管的饱和导通电压与流过开关管上的电流有良好的线性关系，因此可以对开关管实现实时检测，整个电路构造简单严谨，成本低且能够提高主功率电路的转换效率。更进一步地，由于开关管的导通电阻随元件本体温度升高而升高，流通相同电流的情况下，温度越高，漏极源极两极之间的压降越高，故还可以实现对开关管的过热保护。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种集成开关管过流检测电路，其特征在于，包括：开关管、二极管、第一电阻、稳压源和电压检测单元以及电容；
所述开关管的漏极与主功率电路连接，所述开关管的源极接地；
所述二极管的负极与所述开关管的漏极连接，所述二极管的正极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述稳压源的第一端连接，所述稳压源的第二端接地；
所述电压检测单元接于所述二极管与所述第一电阻之间；
其中，所述稳压源的输出电压高于所述开关管的饱和导通压降；
所述电容的第一端接于所述二极管与所述第一电阻之间，所述电容的第二端接地。
2.根据权利要求1所述的集成开关管过流检测电路，其特征在于，所述开关管为金氧半场效开关管。
3.根据权利要求1所述的集成开关管过流检测电路，其特征在于，还包括：瞬态二极管；
所述瞬态二极管的负极接于所述二极管与所述第一电阻之间，所述瞬态二极管的正极端接地。
4.根据权利要求1所述的集成开关管过流检测电路，其特征在于，所述稳压源包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻和稳压芯片；
所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述稳压芯片的阴极均与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端外接电源，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端均与所述稳压芯片的参考极连接，所述第四电阻的第二端、所述稳压芯片的阳极均接地。
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