CN110071491B - 负载拖尾电流消除电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种负载拖尾电流消除电路，包括：感性负载、第一开关管、第二开关管、内部驱动单元和吸收单元；感性负载、第二开关管和第一开关管串联连接在直流电源的正极和负极之间；内部驱动单元串联连接在直流电源的正极和第一开关管之间，内部驱动单元包括连接第二开关管的控制极的驱动电压输出端；吸收单元连接在感性负载和二开关管的连接节点与考地之间，并用于在第二开关管关断时，消耗感性负载拖尾电流。本发明实施例可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。

Description

负载拖尾电流消除电路
技术领域
本发明实施例涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种负载拖尾电流消除电路。
背景技术
对于感性负载电路，经常会采用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)方式来进行电流调控，这样可以仅使用一个电压，通过改变占空比来调节电流的大小。但是对于有些应用场合，在负载关断时，需要电流迅速下降到0。
传统的PWM控制感性负载电流采用续流回路，如图1所示，当开关管Q1开通时，电流路径为11；当开关管Q1关断时，电流路径为12。这样通过较高的载波频率可以使得感性负载上的电流保持为所需要的值，通过改变载波的占空比可以得到不同的电流，其电流波形如图2所示。
从图2中可以看到，由于续流二极管的存在，在切断负载时，由于电流有续流回路，这样负载电流21下降的很慢，就会造成很长的电流拖尾22。
如图3所示，现有技术采用增加一个开关管的方式控制负载电流，正常运行时，开关管Q1一直导通，开关管Q2以PWM方式动作，则负载电流为31和32两条路径，当开关管Q2开通时，电流路径为31；当开关管Q2关断时，电流路径为32；负载电流与图1是一样的。当需要切断负载时，开关管Q1和开关管Q2同时关断，这样电流续流路径为33，相当于在负载上加了一个反向电压，加速电流的关断。采用这种方法，电流波形如图4所示，拖尾电流4的时间可以缩短到很小。但是，采用这种方法，开关管Q1和开关管Q2要分别控制，需要双倍的控制资源，尤其是当负载总数很多的时候，对资源的要求很高。
综上所述，现有技术需要更多的控制资源来使负载电流快速关断，而采用单控制时，由于二极管续流电流的拖尾时间很长，无法满足某些需要电流快速关断场合的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种负载拖尾电流消除电路，旨在解决现有技术需要更多的控制资源来使负载电流快速关断，而采用单控制时，由于二极管续流电流的拖尾时间很长，无法满足某些需要电流快速关断场合的需求的问题。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种负载拖尾电流消除电路，包括：感性负载、第一开关管、第二开关管、内部驱动单元和吸收单元；其中，所述感性负载、第二开关管和第一开关管串联连接在直流电源的正极和负极之间；所述内部驱动单元串联连接在所述直流电源的正极和第一开关管之间，且所述内部驱动单元包括连接所述第二开关管的控制极的驱动电压输出端，并通过所述驱动电压输出端向所述第二开关管提供导通电压；所述吸收单元连接在第一连接节点与参考地之间，并用于在所述第二开关管关断时，消耗所述感性负载拖尾电流，所述第一连接节点为所述感性负载与第二开关管的连接节点。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述负载拖尾电流消除电路还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极连接到第二连接节点，所述第二连接节点为所述第一开关管与第二开关管的连接节点，所述续流二极管的阴极连接到所述直流电源的正极。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述内部驱动单元包括第一电阻和第二电阻，且所述第一电阻和第二电阻依次串联连接在所述直流电源的正极和所述第二连接节点之间，所述第一电阻和第二电阻的连接节点连接到所述驱动电压输出端。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述内部驱动单元包括电容和第三电阻，所述第三电阻连接在所述直流电源的正极和所述第一电阻之间，所述电容连接在第三连接节点和第二连接节点之间，所述第三连接节点为所述第一电阻与第三电阻的连接节点。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述内部驱动单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接到所述第二连接节点，所述稳压二极管的阴极连接到所述第三连接节点。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述吸收单元包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阴极连接到所述第一连接节点，所述瞬态抑制二极管的阳极连接到所述参考地。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述吸收单元包括压敏电阻。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述负载拖尾电流消除电路还包括控制单元；所述控制单元的控制信号输出端连接到所述第一开关管的控制极，并向所述第一开关管发送脉冲宽度调制信号。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述第一开关管和第二开关管为IGBT；其中，所述第二开关管的集电极连接所述感性负载，所述第二开关管的发射极连接所述第一开关管的集电极，所述第二开关管的栅极为所述第二开关管的控制极；所述第一开关管的发射极连接到所述参考地，所述第一开关管的栅极为所述第一开关管的控制极。
在本发明实施例所述的负载拖尾电流消除电路中，所述第一开关管和第二开关管为MOSFET；其中，所述第二开关管的漏极连接所述感性负载，所述第二开关管的源极连接所述第一开关管的漏极，所述第二开关管的栅极为所述第二开关管的控制极；所述第一开关管的源极连接到所述参考地，所述第一开关管的栅极为所述第一开关管的控制极。
本发明实施例提供的负载拖尾电流消除电路具有以下有益效果：可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。
附图说明
图1是在现有的感性负载电路中采用PWM方式控制的负载电流流向示意图；
图2是在现有的感性负载电路中采用PWM方式控制的负载电流波形示意图；
图3是在现有的感性负载电路中消除拖尾采用PWM方式控制的负载电流流向示意图；
图4是在现有的感性负载电路中消除拖尾采用PWM方式控制的负载电流波形示意图；
图5是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第一实施例示意图；
图6是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第二实施例示意图；
图7是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第三实施例示意图；
图8是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第四实施例示意图；
图9是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第五实施例示意图；
图10是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的负载电流波形示意图；
图11是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第六实施例示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
如图5所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第一实施例示意图，该负载拖尾电流关断电路，适用于PWM控制方式下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。具体地，该负载拖尾电流消除电路，包括：感性负载、第一开关管Q1、第二开关管Q2、内部驱动单元和吸收单元；其中，感性负载、第二开关管Q2和第一开关管Q1串联连接在直流电源的正极和负极之间；内部驱动单元串联连接在直流电源的正极和第一开关管Q1之间，且内部驱动单元包括连接第二开关管Q2的控制极的驱动电压输出端，并通过驱动电压输出端向第二开关管Q2提供导通电压；吸收单元连接在第一连接节点与参考地之间，并用于在第二开关管Q2关断时，消耗感性负载拖尾电流，第一连接节点为感性负载与第二开关管Q2的连接节点。
上述负载拖尾电流消除电路还包括控制单元；控制单元的控制信号输出端连接到第一开关管Q1的控制极，并向第一开关管Q1发送脉冲宽度调制信号，以实现第一开关管Q1的导通和关断控制。具体地，上述控制单元可包括开关管驱动电路。
本发明实施例提供的负载拖尾电流关断电路，只需控制第一开关管Q1的导通和关断，第二开关管Q2通过内部元器件驱动导通，可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。
如图6所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第二实施例示意图，上述负载拖尾电流消除电路还可包括续流二极管D1，续流二极管D1的阳极连接到第二连接节点，第二连接节点为第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接节点，续流二极管的阴极连接到直流电源的正极。续流二极管D1用于在第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通时，为感性负载提供续流回路。
如图7所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第三实施例示意图，上述内部驱动单元可包括第一电阻R1和第二电阻R2，且第一电阻R1和第二电阻R2依次串联连接在直流电源的正极和第二连接节点(第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接节点)之间，第一电阻R1和第二电阻R2的连接节点连接到驱动电压输出端。
本发明实施例提供的负载拖尾电流关断电路，通过第一电阻R1和第二电阻R2的分压为第二开关管Q2提供驱动电压，可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。
如图8所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第四实施例示意图，上述内部驱动单元还可包括电容C1和第三电阻R3，第三电阻R3连接在直流电源的正极和第一电阻R1之间，电容C1连接在第三连接节点和第二连接节点(第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接节点)之间，第三连接节点为第一电阻R1与第三电阻R3的连接节点。
本发明实施例提供的负载拖尾电流关断电路，第三电阻R3用于限流，电容C1用于在第一开关管Q1导通时，通过第三电阻R3供电，为第二开关管Q2提供驱动电压，可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。
如图9所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第五实施例示意图，上述内部驱动单元还可包括稳压二极管D2，稳压二极管D2的阳极连接到第二连接节点(第一开关管Q1与第二开关管Q2的连接节点)，稳压二极管D2的阴极连接到第三连接节点(第一电阻R1与第三电阻R3的连接节点)，即并联在电容C1的两端，起稳定电压的作用。
当PWM阶段，第一开关管Q1导通时，电容C1通过第三电阻R3供电，这样第二开关管Q2有驱动电压，使第二开关管Q2导通，于是电流回路为图9中91；当PWM阶段，第一开关管Q1关断时，由于电容C1存在，可以给第二开关管Q2提供导通的能量，于是电流回路为图9中92。当负载需要切断时，由于电容C1上的能量经电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2，只能够维持一个载波周期，于是当超过一个载波周期后，第二开关管Q2关断，这时负载电流经由图9中93通过吸收单元进行完全消耗，可以得到如图10所示的电流波形，图中，101为负载切断前，正常的负载电流，102为负载需要切断后的拖尾电流，可看出本发明提供的负载拖尾电流关断电路，可以在不增加额外控制资源的情况下，在负载断开时将拖尾电流快速关断。
如图11所示，是本发明提供的负载拖尾电流关断电路的第六实施例示意图，上述吸收单元具体可包括瞬态抑制二极管D3，瞬态抑制二极管D3的阴极连接到第一连接节点(感性负载与第二开关管Q2的连接节点)，瞬态抑制二极管D3的阳极连接到参考地。
上述瞬态抑制二极管D3(TVS，Transient Voltage Suppressor)，用于吸收关断尖峰电压，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。
上述吸收单元当然也可采用压敏电阻等元器件实现负载拖尾电流消耗。
上述第一开关管Q1与第二开关管Q2具体可为IGBT；其中，第二开关管Q2的集电极连接感性负载，第二开关管Q2的发射极连接第一开关管Q1的集电极，第二开关管Q2的栅极为第二开关管Q2的控制极；第一开关管Q1的发射极连接到参考地，第一开关管Q1的栅极为第一开关管Q1的控制极。
当然，上述第一开关管Q1与第二开关管Q2也可为MOSFET；其中，第二开关管Q2的漏极连接感性负载，第二开关管Q2的源极连接第一开关管Q1的漏极，第二开关管Q2的栅极为第二开关管Q2的控制极；第一开关管Q1的源极连接到参考地，第一开关管Q1的栅极为第一开关管Q1的控制极。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种负载拖尾电流消除电路，其特征在于，包括：感性负载、第一开关管、第二开关管、内部驱动单元和吸收单元；其中，所述感性负载、第二开关管和第一开关管串联连接在直流电源的正极和负极之间；所述内部驱动单元串联连接在所述直流电源的正极和第一开关管之间并通过分压为所述第二开关管提供驱动电压，且所述内部驱动单元包括连接所述第二开关管的控制极的驱动电压输出端，并通过所述驱动电压输出端向所述第二开关管提供导通电压；所述吸收单元连接在第一连接节点与参考地之间，并用于在所述第二开关管关断时，消耗所述感性负载拖尾电流，所述第一连接节点为所述感性负载与第二开关管的连接节点。
2.根据权利要求1所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述负载拖尾电流消除电路还包括续流二极管，所述续流二极管的阳极连接到第二连接节点，所述第二连接节点为所述第一开关管与第二开关管的连接节点，所述续流二极管的阴极连接到所述直流电源的正极。
3.根据权利要求2所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述内部驱动单元包括第一电阻和第二电阻，且所述第一电阻和第二电阻依次串联连接在所述直流电源的正极和所述第二连接节点之间，所述第一电阻和第二电阻的连接节点连接到所述驱动电压输出端。
4.根据权利要求3所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述内部驱动单元包括电容和第三电阻，所述第三电阻连接在所述直流电源的正极和所述第一电阻之间，所述电容连接在第三连接节点和第二连接节点之间，所述第三连接节点为所述第一电阻与第三电阻的连接节点。
5.根据权利要求4所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述内部驱动单元包括稳压二极管，所述稳压二极管的阳极连接到所述第二连接节点，所述稳压二极管的阴极连接到所述第三连接节点。
6.根据权利要求1或2所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述吸收单元包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的阴极连接到所述第一连接节点，所述瞬态抑制二极管的阳极连接到所述参考地。
7.根据权利要求1或2所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述吸收单元包括压敏电阻。
8.根据权利要求1所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述负载拖尾电流消除电路还包括控制单元；所述控制单元的控制信号输出端连接到所述第一开关管的控制极，并向所述第一开关管发送脉冲宽度调制信号。
9.根据权利要求1所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为IGBT；其中，所述第二开关管的集电极连接所述感性负载，所述第二开关管的发射极连接所述第一开关管的集电极，所述第二开关管的栅极为所述第二开关管的控制极；所述第一开关管的发射极连接到所述参考地，所述第一开关管的栅极为所述第一开关管的控制极。
10.根据权利要求1所述的负载拖尾电流消除电路，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为MOSFET；其中，所述第二开关管的漏极连接所述感性负载，所述第二开关管的源极连接所述第一开关管的漏极，所述第二开关管的栅极为所述第二开关管的控制极；所述第一开关管的源极连接到所述参考地，所述第一开关管的栅极为所述第一开关管的控制极。
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