CN109245055A - 功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法，包括：检测流经功率开关管电流的采样模块；基于流经所述功率开关管的电流得到过流控制信号的过流检测模块；过流时驱动功率开关管关断的驱动模块；过流时减缓功率开关管的关断速度的软关断保护模块。当流经功率开关管的电流大于设定值时，控制功率开关管关断，同时减缓功率开关管的关断速度，避免电压过冲。本发明的功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法检测流经功率开关管的电流，并根据检测到的电流执行过流保护，并在执行过流保护的同时减缓功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲，进而提高功率变换系统的稳定性及安全性。

Description

功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法。

背景技术

功率变换技术是一门新兴的应用于电子电力领域的电子技术，通过功率开关管对电能进行变换和控制。为了抑制谐波的产生，同时提高功率因数，功率变换器被引入变频驱动系统中。由于变频驱动系统的工作环境复杂多样，具有运行功率宽、频率高及负载波动大等特点，因此，对功率变换器的可靠性提出了很高的要求。

通常，功率变换器主电路出现工作异常时会产生过冲电流，过冲电流可能导致功率变换器主电路中的功率开关管被击穿。现有技术中常通过过流保护电路来控制功率变换器主电路中的功率开关管关断，以此实现对功率开关管进行过流保护的目的。但是，过冲电流出现时，功率开关管的无控制快速关断可能会导致开关管上出现过冲电压，当过冲电压超过功率开关管的耐压极限时，过冲电压同样可能导致功率开关管被击穿。

因此，如何在实现过流保护的同时兼顾过压保护，实现对功率开关管的全面保护，提高功率变换器的可靠性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法，用于解决现有技术中过流保护时快速关断引起的过冲电压对功率开关管的损坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率开关管的过流保护电路，所述功率开关管的过流保护电路至少包括：

采样模块，与功率开关管连接，检测流经所述功率开关管的电流；

至少一过流检测模块，连接所述采样模块的输出端，基于流经所述功率开关管的电流输出相应过流控制信号；

驱动模块，连接于所述过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应所述过流控制信号驱动所述功率开关管关断；

至少一软关断保护模块，与所述过流检测模块一一对应，分别连接于各过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应过流控制信号控制所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。

可选地，所述功率开关管包括绝缘栅双极型晶体管。

可选地，所述过流检测模块包括比较器及第一开关；

所述比较器的输入端分别连接所述采样模块及一参考电压，所述比较器的输出端连接所述第一开关的控制端；所述第一开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的输出端；所述比较器将所述采样模块的输出端与所述参考电压进行比较，并控制所述第一开关输出相应过流控制信号。

更可选地，所述过流检测模块还包括第二开关；

所述比较器的输出端连接所述第一开关及所述第二开关的控制端；所述第一开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的第一输出端；所述第二开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的第二输出端；所述过流检测模块的第一输出端及第二输出端分别连接所述驱动模块及所述软关断保护模块。

可选地，所述软关断保护模块接收所述过流检测模块输出的过流控制信号，用于当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应过流控制信号增大所述功率开关管的放电电容，以此减缓所述功率开关管的关断速度。

更可选地，所述软关断保护模块包括第三开关及第一电容；

所述第三开关及所述第一电容串联于所述功率开关管的控制端与参考地之间，所述第三开关的控制端连接所述过流检测模块的输出端。

更可选地，所述软关断保护模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一二极管；

所述第一电阻的一端连接所述第三开关与所述第一电容的连接节点，另一端连接一预设电压；所述第二电阻的一端连接所述第三开关与所述第一电容的连接节点，另一端连接所述第三开关的控制端；所述第三电阻的一端连接所述第三开关的控制端，另一端连接所述第一二极管的正极；所述第一二极管的负极连接所述过流检测模块的输出端。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种功率变换系统，所述功率变换系统至少包括：功率变换电路以及上述功率开关管的过流保护电路；

所述功率开关管的过流保护电路与所述功率变换电路中的功率开关管连接，以当流经所述功率变换电路中的所述功率开关管的电流过流时，控制所述功率开关管关断，同时减缓功率开关管的关断速度。

可选地，所述功率变换电路包括PFC电路。

可选地，所述PFC电路包括滤波电容、电抗器、功率开关管、升压二极管及平滑电容；

所述滤波电容连接于所述功率变换器的输入正极与输入负极之间；

所述电抗器的一端连接所述功率变换器的输入正极，另一端连接所述升压二极管的正极，所述升压二极管的负极连接直流母线电压的输出端；

所述功率开关管连接于所述升压二极管的正极与参考地之间，控制端连接所述驱动模块；

所述平滑电容连接于所述直流母线电压的输出端与参考地之间。

可选地，所述采样模块包括第一采样电阻，所述第一采样电阻与所述功率开关管串联，所述过流检测模块接收所述第一采样电阻上的电压。

更可选地，所述采样模块还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻的一端连接所述功率变换电路的输入负极，另一端连接于参考地，检测所述功率开关管的输入侧电流，所述第二采样电阻上的电压传输至所述功率开关管的控制模块。

可选地，所述采样模块包括第三采样电阻，所述第三采样电阻的一端连接所述功率变换电路的输入负极，另一端连接于参考地；所述过流检测模块接收所述第三采样电阻上的电压。

更可选地，所述第三采样电阻上的电压还传输至所述功率开关管的控制模块。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种功率开关管的过流保护方法，所述功率开关管的过流保护方法至少包括：

检测流经功率开关管的电流，当流经所述功率开关管的电流大于设定值时，控制所述功率开关管关断，同时，减缓所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。

更可选地，所述功率开关管的过流保护方法还包括：

根据流经所述功率开关管的电流值调整所述功率开关管的关断速度，流经所述功率开关管的电流值与所述功率开关管的关断速度成反比。

可选地，减缓所述功率开关管的关断速度的方法包括：

于所述功率开关管的控制端与参考地之间连接一电容，以增大所述功率开关管的关断时间，进而减缓所述功率开关管的关断速度，减小所述功率开关管承受的过冲电压。

如上所述，本发明的功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法，具有以下有益效果：

本发明的功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法检测流经功率开关管的电流，并根据检测到的电流执行过流保护，并在执行过流保护的同时减缓功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲，进而提高功率变换系统的稳定性及安全性。

附图说明

图1显示为本发明的功率变换系统的一种实施方式示意图。

图2显示为本发明的功率变换系统的另一种实施方式示意图。

图3显示为本发明的过流检测模块的另一种实施方式示意图。

图4显示为本发明的功率变换系统的又一种实施方式示意图。

图5显示为本发明的功率变换系统的再一种实施方式示意图。

元件标号说明

1 功率变换系统

11 功率变换电路

12 功率开关管的过流保护电路

121 采样模块

122 过流检测模块

1221 第一过流检测模块

1222 第二过流检测模块

1223 第三过流检测模块

123 驱动模块

124 软关断保护模块

1241 第一软关断保护模块

1242 第二软关断保护模块

1243 第三软关断保护模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种功率变换系统1，所述功率变换系统1包括：

功率变换电路11及功率开关管的过流保护电路12。

如图1所示，所述功率变换电路11的输入信号为交流电的绝对值信号，用于将所述交流电的绝对值信号转换为直流母线电压。

具体地，所述功率变换电路11包括PFC电路，例如升压电路，降压电路或升降压电路，可根据需要设定不同的功率变换结构，不以本实施例列举为限。如图1所示，在本实施例中，所述功率变换电路11为升压电路中的一种，具体包括滤波电容C1、电抗器L1、功率开关管Q1、升压二极管D1及平滑电容C2。所述功率变换电路11的输入端连接交流电的整流电路(图中未显示)。

更具体地，所述滤波电容C1连接于所述功率变换电路11的输入正极Vi+与输入负极Vi-之间；所述电抗器L1的一端连接所述功率变换电路11的输入正极，另一端连接所述升压二极管D1的正极，所述升压二极管D1的负极连接直流母线电压的输出端Vo；所述功率开关管Q1的集电极连接所述升压二极管D1的正极，发射极连接所述采样模块121，门极连接所述驱动模块123。所述平滑电容C2连接于所述直流母线电压的输出端Vo与参考地PGND之间。在本实施例中，所述直流母线电压的正极为所述直流母线电压的输出端Vo，所述直流母线电压的负极为所述参考地PGND。

需要说明的是，在本实施例中，所述功率开关管Q1为绝缘栅双极型晶体管；在实际使用中可根据需要设定所述功率开关管Q1的类型，包括但不限于金属-氧化物半导体场效应晶体管，此时，所述功率开关管Q1的漏极连接所述升压二极管D1的正极、源极连接所述采样模块121，栅极连接所述驱动模块123。

需要说明的是，在本实施例中，所述平滑电容C2为一个电容，在实际使用中，所述平滑电容C2可以是多个电容的串、并联或串并联，不以本实施例为限。

如图1所示，所述功率开关管的过流保护电路12连接所述功率变换电路11，以当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，控制所述功率开关管Q1关断，同时减缓所述功率开关管Q1的关断速度。所述功率开关管的过流保护电路12包括采样模块121、过流检测模块122、驱动模块123及软关断保护模块124。

具体地，所述采样模块121与所述功率开关管Q1连接，用于检测流经所述功率开关管Q1的电流。

需要说明的是，所述采样模块121与所述功率开关管Q1的连接包括直接连接及间接连接，所述采样模块121能检测到流经所述功率开关管Q1的电流即可。

更具体地，所述采样模块121包括第一采样电阻R1。所述第一采样电阻R1与所述功率开关管Q1串联，采集流经所述功率开关管Q1的电流，为所述功率开关管的过流保护电路12提供过流检测信号，进而实现对所述功率开关管Q1的硬件过流保护；在本实施例中，所述第一采样电阻R1的一端连接所述功率开关管Q1的发射极，另一端连接参考地PGND。

需要说明的是，在实际应用中，所述第一采样电阻R1可连接于所述功率开关管Q1的集电极与所述升压二极管D1的正极之间，不限于本实施例。

需要说明的是，在实际应用中，所述采样模块121除了使用采样电阻，还可以通过其他方式实现而不限于本实施例，例如传感器或者互感器进行采样，在此不一一赘述。

具体地，所述过流检测模块122连接所述采样模块121的输出端，基于流经所述功率开关管Q1的电流输出相应过流控制信号。

更具体地，所述过流检测模块122用于在流经所述功率开关管Q1的电流大于过流保护阔值时输出过流控制信号。

需要说明的是，所述过流检测模块122可以是硬件过流检测或软件过流检测。当为硬件过流检测时，所述过流检测模块122为硬件过流检测电路，上述过流保护阈值为硬件过流保护阈值；当为软件过流检测时，所述过流检测模块122可通过所述功率开关管Q1的控制模块来实现，上述过流保护阈值为软件过流保护阈值。

本实施例中，所述过流检测模块122为硬件过流检测电路。所述过流检测模块122的输入端分别连接于所述功率开关管Q1的发射极及一参考电压Vref(所述参考电压即对应上述硬件过流保护阔值)，对所述第一采样电阻R1上的电压及所述参考电压Vref进行比较，以输出相应过流控制信号；在本实施例中，所述过流检测模块122包括比较器CMP及第一开关Q2，所述比较器CMP的正相输入端连接所述功率开关管Q1的发射极，反相输入端连接所述参考电压Vref；所述第一开关Q2的栅极连接所述比较器CMP的输出端，源极接地，漏极作为所述过流检测模块122的输出端。在实际应用中，所述比较器CMP的输入端的连接关系可互换，通过反相器调整极性以实现相同的逻辑即可，不以本实施例为限。当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，所述比较器CMP输出高电平导通所述第一开关Q2，使得所述第一开关Q2的漏极被拉低为低电平，即输出过流控制信号；当流经所述功率开关管Q1的电流未过流时，所述比较器CMP输出低电平，第一开关Q2未导通，即不输出过流控制信号。所述第一开关Q2的类型包括但不限于三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管，在本实施例中，所述第一开关Q2为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

需要说明的是，所述比较器CMP可集成于所述功率开关管Q1的控制模块中，通过所述功率开关管Q1的控制模块实现对所述驱动模块123以及所述软关断保护模块124的控制。在本实施例中，所述比较器CMP外置于所述功率开关管Q1的控制模块，直接控制所述驱动模块123以及所述软关断保护模块124，响应速度快。

需要说明的是，可以不设置所述第一开关Q2，所述比较器CMP输出电平能实现过流时关断所述功率开关管Q1并减缓所述功率开关管Q1的关断速度的逻辑功能即可，不以本实施例为限。

具体地，所述驱动模块123连接于所述过流检测模块122的输出端，当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，基于相应的所述过流控制信号驱动所述功率开关管Q1关断。

更具体地，在本实施例中，所述驱动模块123的使能端EN连接所述过流检测模块122的输出端(所述第一开关Q2的漏极)；所述驱动模块123的输入端IN接收所述功率开关管Q1的控制信号PFC_PWM，所述控制信号PFC_PWM来源于所述功率开关管Q1的控制模块；所述驱动模块123的输出端OUT连接所述功率开关管Q1的基极。所述驱动模块123可通过芯片或电路模块实现，在此不一一赘述。当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，所述过流检测模块122中的比较器CMP输出高电平导通所述第一开关Q2，所述驱动模块123的使能端EN被拉低失效，所述驱动模块123输出端OUT无输出，则所述功率开关管Q1被关断；当流经所述功率开关管Q1的电流未过流时，所述过流检测模块122中的比较器CMP输出低电平，所述第一开关Q2未导通，所述驱动模块123的使能端EN被悬空使能(本实施例中使能端为高电平或悬空均使能，使能端为低电平则使能失效)，所述驱动模块123的输出端OUT跟随所述驱动模块123的输入端IN，并对所述控制信号PFC_PWM进行放大，以驱动所述功率开关管Q1正常工作(导通或关断)。

具体地，所述软关断保护模块124连接于所述过流检测模块122的输出端，当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，基于相应过流控制信号控制所述功率开关管Q1的关断速度，避免所述功率开关管Q1上的电压过冲。

更具体地，所述软关断保护模块124用于当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，基于相应过流控制信号增大所述功率开关管Q1的放电电容，以此减缓所述功率开关管Q1的关断速度。

在本实施例中，所述软关断保护模块124包括第三开关Q4、第一电容C3、第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5及第一二极管D2。所述第三开关Q4及所述第一电容C3串联于所述功率开关管Q1的控制端与参考地之间，所述第三开关Q4的控制端经所述第三电阻R5连接至所述第一二极管D2的正极，所述第一二极管D2的负极连接所述过流检测模块122的输出端。所述第三开关Q4的类型包括但不限于三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管，在本实施例中，所述第三开关Q4为三极管，所述第三开关Q4的集电极连接所述功率开关管Q1的基极，所述第三开关Q4的发射极经由所述第一电容C3连接至所述参考地PGND，所述第三开关Q4的基极连接所述第三电阻R5。所述第一电阻R3的一端连接所述第三开关Q4与所述第一电容C3的连接节点，另一端连接一预设电压V1。所述第二电阻R4的一端连接所述第三开关Q4与所述第一电容C3的连接节点，另一端连接所述第三开关Q4的控制端。当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，所述过流检测模块122中的比较器CMP输出高电平导通所述第一开关Q2，所述第三开关Q4的控制端被拉低，使得所述第三开关Q4导通，使得所述第一电容C3连接于所述功率开关管Q1的基极与所述参考地PGND之间，即所述第一电容C3与所述功率开关管Q1的基极与发射极之间的电容Cgs(电容Cgs为集成于功率开关管Q1内部的电容)并联，使得所述功率开关管Q1的放电电容增大，进一步使得所述功率开关管Q1的关断时间t增大，以此减缓所述功率开关管Q1的关断速度，进而减小过冲电压；当流经所述功率开关管Q1的电流未过流时，所述过流检测模块122中的比较器CMP输出低电平，所述第一开关Q2未导通，所述第三开关Q4的控制端被悬空，使得所述第三开关Q4未导通。

需要说明的是，在本实施例中，所述第三开关Q4及所述第一电容C3为主要功能器件，用于实现软关断，所述第一电阻R3～所述第三电阻R5用于控制电流大小，所述第一二极管D2用于控制电流方向，均为附加元器件，用于辅助主要器件工作，而不影响本发明的逻辑功能。所述第三开关Q4及所述第一电容C3与其他形式的附加元器件配合实现本发明的逻辑功能也包括在本发明的保护范围内，不限于本实施例。

本实施例还提供一种功率开关管的过流保护方法，在本实施例中，所述功率开关管的过流保护方法基于所述功率开关管的过流保护电路12实现，所述功率开关管的过流保护方法包括：

检测流经所述功率开关管Q1的电流，当流经所述功率开关管Q1的电流大于设定值时，控制所述功率开关管Q1关断，同时，减缓所述功率开关管Q1的关断速度，避免所述功率开关管Q1上的电压过冲。

具体包括以下步骤：

1)采用第一采样电阻采集所述功率开关管Q1导通时串联通路中的电流。

具体地，在本实施例中，所述第一采样电阻R1连接于所述功率开关管Q1的发射极。

2)将采样电阻上的电压与参考电压进行比较，以判定流经所述功率开关管Q1的电流是否过流。

3)当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，控制所述功率开关管Q1关断。

具体地，当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，所述过流检测模块122控制所述驱动模块123的使能端失效，所述驱动模块123没有信号输出，所述功率开关管Q1关断。

4)同时，减缓所述功率开关管Q1的关断速度，以避免所述功率开关管Q1关断时的电压过冲。

具体地，根据公式可知，所述功率开关管Q1的集电极与发射极之间的电压U_ce与杂散电感L成正比，与所述功率开关管Q1上电流的变化量di成正比，与时间的变化量dt成反比，因此，当流经所述功率开关管Q1的电流过流而被关断时，所述第一电容C3与所述功率开关管Q1内部的电容Cgs并联，使得所述功率开关管Q1的放电电容增大，进一步使得所述功率开关管Q1的关断时间t增大，时间的变化量dt也相应增大，即减缓了所述功率开关管Q1的关断速度，从而使得所述功率开关管Q1的集电极与发射极之间的电压U_ce相应减小，进而避免电压过冲，保护器件。

需要说明的是，任意具有功率开关管的系统均可采用本发明的功率开关管的过流保护方法，不限于本实施例所列举的电路结构。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种功率变换系统，与实施例一的不同之处在于，所述功率开关管的过流保护电路12还包括第二采集电阻R2，且所述过流检测模块及所述软关断保护模块均包括两个。

具体地，所述第二采样电阻R2的一端连接所述功率变换电路11的输入负极Vi-，另一端连接于所述参考地PGND，所述第二采样电阻R2检测所述功率开关管Q1的输入侧电流，所述第二采样电阻R2连接所述功率开关管Q1的控制模块(图中未显示)，所述控制模块包括但不限于微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，所述控制模块基于所述第二采样电阻R2采集到的电流进行闭环控制调整所述功率开关管Q1的控制信号的脉冲宽度，并实现软件过流保护。

需要说明的是，在本实施例中，所述第二采样电阻R2用于闭环控制及软件过流保护，去除所述第二采样电阻R2不影响本实施例的过流保护电路工作。

具体地，第一过流检测模块1221的输入端分别连接所述第一采样电阻R1及第一参考电压Vref1，第一输出端OUT1连接所述驱动模块123的使能端EN、第二输出端OUT2连接第一软关断保护模块1241的输入端。如图3所示，所述第一过流检测模块1221包括比较器CMP、第一开关Q2及第二开关Q3，所述比较器CMP的一端(IN)连接所述采样模块121的输出端，另一端连接所述第一参考电压Vref1，所述比较器CMP的输出端连接所述第一开关Q2及所述第二开关Q3的控制端；所述第一开关Q2的一端连接所述参考地PGND，另一端作为所述过流检测模块122的第一输出端OUT1；所述第二开关Q3的一端连接所述参考地PGND，另一端作为所述过流检测模块122的第二输出端OUT2。当所述第一采样电阻R1上的电压大于所述第一参考电压Vref1时，所述第一过流检测模块1221的第一输出端OUT1的信号控制所述驱动模块123的使能端失效，所述驱动模块123没有输出，所述驱动模块123将所述功率开关管Q1关断；同时，所述第一过流检测模块1221的第二输出端OUT2的信号控制所述第一软关断保护模块1241工作，并基于所述第一软关断保护模块1241内部器件的参数确定所述功率开关管Q1的关断速度。

需要说明的是，在实际应用中也可以不设置所述第一开关Q2及所述第二开关Q3，只要能够实现逻辑功能即可，不以本实施例为限。当流经所述功率开关管Q1的电流过流时，所述比较器CMP输出高电平导通所述第一开关Q2及所述第二开关Q3，使得所述第一开关Q2及所述第二开关Q3的漏极均被拉低为低电平；当流经所述功率开关管Q1的电流未过流时，所述比较器CMP输出低电平，所述第一开关Q2及所述第二开关Q3未导通。所述第一开关Q2及所述第二开关Q3的类型包括但不限于三极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管，在本实施例中，所述第一开关Q2及所述第二开关Q3为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

具体地，第二过流检测模块1222的输入端分别连接所述第一采样电阻R1及第二参考电压Vref2，第一输出端连接所述驱动模块123的使能端EN、第二输出端连接所述第二软关断保护模块1242的输入端。所述第二过流检测模块1222的结构与所述第一过流检测模块1221的结构相同，在此不一一赘述。当所述第一采样电阻R1上的电压大于所述第二参考电压Vref2时，所述第二过流检测模块1222的第一输出端OUT1的信号控制所述驱动模块123的使能端EN失效，使所述驱动模块123无输出，所述功率开关管Q1被关断；同时，所述第二过流检测模块1222的第二输出端OUT2的信号控制所述第二软关断保护模块1242工作，并基于所述第二软关断保护模块1242内部器件的参数确定所述功率开关管Q1的关断速度。

需要说明的是，过流检测模块的数量可根据需要设定，不同的过流检测模块设置不同的过流保护级，其中不同的参考电压控制不同的过电流值，不同的器件参数(所述第一电容C3的容值)控制所述功率开关管Q1不同的关断速度。所述第一软关断保护模块1241及所述第二软关断保护模块1242中器件的参数可根据需要设定，连接于所述功率开关管Q1的控制端与所述参考地PGND之间的电容的大小影响所述功率开关管Q1的关断速度。

本实施例的功率开关管的过流保护方法在实施例一的基础上通过不同模块调整功率开关管的关断速度，具体地，根据流经所述功率开关管Q1的过电流值调整所述功率开关管Q1的关断速度，流经所述功率开关管Q1的过电流值与所述功率开关管Q1的关断速度呈反比；也就是说，流经所述功率开关管Q1的过电流值越大，接入所述功率开关管Q1的控制端与所述参考地PGND之间的电容越大，具体值可根据系统参数及需要进行设定，在此不一一赘述。

实施例三

如图4所示，本实施例提供一种功率变换系统，与实施例二的不同之处在于，所述功率开关管的过流保护电路12不包括第二采集电阻R2，所述过流检测模块及所述软关断保护模块均包括三个，各过流检测模块的输出信号分别控制所述驱动模块123的输入端、输出端及使能端。

具体地，第一过流检测模块1221的第一输出端连接所述驱动模块123的输入端、第二输出端连接第一软关断保护模块1241的输入端。第二过流检测模块1222的第一输出端连接所述驱动模块123的使能端、第二输出端连接第二软关断保护模块1242的输入端。第三过流检测模块1223的第一输出端连接所述驱动模块123的输出端、第二输出端连接第三软关断保护模块1243的输入端。分别通过拉低所述驱动模块123的输入端、使能端或输出端关断所述功率开关管Q1。

需要说明的是，各过流检测模块与所述驱动模块123输入端、输出端及使能端开关的对应关系可根据需要调整，不以本实施例为限。且过流检测模块的数量可根据需要设定，各过流检测模块的输出端连接至所述驱动模块使能端、输入端或输出端中的至少一端，不以本实施例为限。其中，拉低输入端的响应速度高于无效使能端的响应速度，拉低输出端的响应速度高于拉低输入端的响应速度，本实施例相较于软件过流保护可大大提高响应速度。

需要说明的是，所述第一软关断保护模块1241、所述第二软关断保护模块1242及所述第三软关断保护模块1243中器件的参数可根据需要设定，连接于所述功率开关管Q1的控制端与所述参考地PGND之间的电容的大小影响所述功率开关管Q1的关断速度。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种功率变换系统1，与实施例一的不同之处在于，本实施例采用第三采样电阻R3作为所述采样模块121；且所述功率开关管的过流保护电路12还包括第四电阻R6、第五电阻R7、第二二极管D3及第三二极管D4。

具体地，所述第三采样电阻R3的一端连接所述功率变换电路11的输入负极Vi-，另一端连接于所述参考地PGND。所述第三采样电阻R3上的电压提供给所述过流检测模块122及所述功率开关管Q1的控制模块(图中未显示)。

更具体地，所述第三采样电阻R3采集所述检测所述功率开关管Q1的输入侧电流；当所述功率开关管Q1导通时，所述第三采样电阻R3检测到的电流为流过所述功率开关管Q1的电流，当所述功率开关管Q1过流时，所述第三采样电阻R3上的电压促使所述过流检测模块122的输出端跳变。当所述功率开关管Q1关断时，所述第三采样电阻R3检测到的电流为流过所述电抗器L1的电流，此时所述功率开关管Q1的控制模块读取所述第三采样电阻R3上的电压，并据此调整所述控制信号PFC_PWM的脉冲宽度实现闭环控制，同时，据此通过所述控制信号PFC_PWM执行软件过流保护。

需要说明的是，本实施例基于所述第三采样电阻R3可以检测到由于所述电抗器L1故障导致的流经所述功率开关管Q1的电流过冲的问题。而实施例一基于第一采样电阻R1既可检测到由于所述电抗器L1故障导致的流经所述功率开关管Q1的电流过冲的问题，又可检测到由于所述升压二极管D1故障导致的流经所述功率开关管Q1的电流过冲的问题，可以弥补第三采样电阻R3无法检测到的过电流，更安全有效的保护所述功率开关器件，电路的可靠性更高，更为严谨和全面。

具体地，所述第四电阻R6的一端连接所述功率开关管Q1的控制端，另一端连接所述第二二极管D3的正极，所述第二二极管D3的负极连接所述驱动模块123的输出端；所述第五电阻R7的一端连接所述功率开关管Q1的控制端，另一端连接所述第三二极管D4的负极，所述第三二极管D4的正极连接所述驱动模块123的输出端。

需要说明的是，在本实施例中，所述第四电阻R6～所述第五电阻R7用于控制电流大小，所述第二二极管D3～第三二极管D4用于控制电流方向，均为附加元器件，用于辅助主要器件工作，而不影响本发明的逻辑功能。本发明还包括一些其它的附加元器件，均用于辅助各功能模块工作，本领域技术人员均熟知，在此不一一赘述，因此主要器件与其他附加元器件配合实现本发明的逻辑功能也包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明提供一种功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法，包括：采样模块，与功率开关管连接，检测流经所述功率开关管的电流；至少一过流检测模块，连接所述采样模块的输出端，基于流经所述功率开关管的电流输出相应过流控制信号；驱动模块，连接于所述过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，驱动所述功率开关管关断；软关断保护模块，与所述过流检测模块一一对应，分别连接于各过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应过流控制信号控制所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。检测流经功率开关管的电流，当流经所述功率开关管的电流大于设定值时，控制所述功率开关管关断，同时，减缓所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。本发明的功率变换系统、功率开关管的过流保护电路及方法检测流经功率开关管的电流，并根据检测到的电流执行过流保护，并在执行过流保护的同时减缓功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲，进而提高功率变换系统的稳定性及安全性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (17)

1.一种功率开关管的过流保护电路，其特征在于，所述功率开关管的过流保护电路至少包括：

采样模块，与功率开关管连接，检测流经所述功率开关管的电流；

至少一过流检测模块，连接所述采样模块的输出端，基于流经所述功率开关管的电流输出相应过流控制信号；

驱动模块，连接于所述过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应所述过流控制信号驱动所述功率开关管关断；

至少一软关断保护模块，与所述过流检测模块一一对应，分别连接于各过流检测模块的输出端，当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应过流控制信号控制所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。

2.根据权利要求1所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述功率开关管包括绝缘栅双极型晶体管。

3.根据权利要求1所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述过流检测模块包括比较器及第一开关；

所述比较器的输入端分别连接所述采样模块及一参考电压，所述比较器的输出端连接所述第一开关的控制端；所述第一开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的输出端；所述比较器将所述采样模块的输出端与所述参考电压进行比较，并控制所述第一开关输出相应过流控制信号。

4.根据权利要求3所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述过流检测模块还包括第二开关；

所述比较器的输出端连接所述第一开关及所述第二开关的控制端；所述第一开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的第一输出端；所述第二开关的一端连接参考地，另一端作为所述过流检测模块的第二输出端；所述过流检测模块的第一输出端及第二输出端分别连接所述驱动模块及所述软关断保护模块。

5.根据权利要求1所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述软关断保护模块接收所述过流检测模块输出的过流控制信号，用于当流经所述功率开关管的电流过流时，基于相应过流控制信号增大所述功率开关管的放电电容，以此减缓所述功率开关管的关断速度。

6.根据权利要求5所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述软关断保护模块包括第三开关及第一电容；

所述第三开关及所述第一电容串联于所述功率开关管的控制端与参考地之间，所述第三开关的控制端连接所述过流检测模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的功率开关管的过流保护电路，其特征在于：所述软关断保护模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一二极管；

所述第一电阻的一端连接所述第三开关与所述第一电容的连接节点，另一端连接一预设电压；所述第二电阻的一端连接所述第三开关与所述第一电容的连接节点，另一端连接所述第三开关的控制端；所述第三电阻的一端连接所述第三开关的控制端，另一端连接所述第一二极管的正极；所述第一二极管的负极连接所述过流检测模块的输出端。

8.一种功率变换系统，其特征在于，所述功率变换系统至少包括：功率变换电路以及如权利要求1～7任意一项所述的功率开关管的过流保护电路；

所述功率开关管的过流保护电路与所述功率变换电路中的功率开关管连接，以当流经所述功率变换电路中的所述功率开关管的电流过流时，控制所述功率开关管关断，同时减缓功率开关管的关断速度。

9.根据权利要求8所述的功率变换系统，其特征在于：所述功率变换电路包括PFC电路。

10.根据权利要求9所述的功率变换系统，其特征在于：所述PFC电路包括滤波电容、电抗器、功率开关管、升压二极管及平滑电容；

所述滤波电容连接于所述功率变换器的输入正极与输入负极之间；

所述电抗器的一端连接所述功率变换器的输入正极，另一端连接所述升压二极管的正极，所述升压二极管的负极连接直流母线电压的输出端；

所述功率开关管连接于所述升压二极管的正极与参考地之间，控制端连接所述驱动模块；

所述平滑电容连接于所述直流母线电压的输出端与参考地之间。

11.根据权利要求8～10任意一项所述的功率变换系统，其特征在于：所述采样模块包括第一采样电阻，所述第一采样电阻与所述功率开关管串联，所述过流检测模块接收所述第一采样电阻上的电压。

12.根据权利要求11所述的功率变换系统，其特征在于：所述采样模块还包括第二采样电阻，所述第二采样电阻的一端连接所述功率变换电路的输入负极，另一端连接于参考地，检测所述功率开关管的输入侧电流，所述第二采样电阻上的电压传输至所述功率开关管的控制模块。

13.根据权利要求8～10任意一项所述的功率变换系统，其特征在于：所述采样模块包括第三采样电阻，所述第三采样电阻的一端连接所述功率变换电路的输入负极，另一端连接于参考地；所述过流检测模块接收所述第三采样电阻上的电压。

14.根据权利要求13所述的功率变换系统，其特征在于：所述第三采样电阻上的电压还传输至所述功率开关管的控制模块。

15.一种功率开关管的过流保护方法，其特征在于，所述功率开关管的过流保护方法至少包括：

检测流经功率开关管的电流，当流经所述功率开关管的电流大于设定值时，控制所述功率开关管关断，同时，减缓所述功率开关管的关断速度，避免所述功率开关管上的电压过冲。

16.根据权利要求15所述的功率开关管的过流保护方法，其特征在于：所述功率开关管的过流保护方法还包括：

根据流经所述功率开关管的电流值调整所述功率开关管的关断速度，流经所述功率开关管的电流值与所述功率开关管的关断速度成反比。

17.根据权利要求15所述的功率开关管的过流保护方法，其特征在于：减缓所述功率开关管的关断速度的方法包括：

于所述功率开关管的控制端与参考地之间连接一电容，以增大所述功率开关管的关断时间，进而减缓所述功率开关管的关断速度，减小所述功率开关管承受的过冲电压。