CN110071493A - 一种限流范围可调的电路限流方法及限流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种限流范围可调的电路限流方法及限流电路，根据待限流电路的最大工作电压和最大工作电流在待限流电路中串联功率开关管；利用功率开关管的输出特性，在电流未达到限定值时器件处于常开状态，工作于饱和区；当回路中瞬时电流过大或存在短路使电路中电流超过设计值时，功率开关管进入线性放大区，将回路电流限定在一个固定值上；通过控制功率开关管的驱动电压对功率开关管的电流限定值进行设定，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流，在未进入限流工作模式时功率器件压降很小，额外消耗的能量较小，由正常工作到进入限流模式由器件固有的输出特性决定，因此对于过电流反应灵敏，可实现快速限流功能。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，涉及一种限流范围可调的电路限流方法及限流电路。
背景技术
在某些电路、装置或设备工作时需限制电路的最大电流，防止因电流过大引发电路中其他元件的损坏或设备的损坏。目前常见的限流方式有通过电阻限流，电流采样反馈的方式限制等。但这些限流方式也有些明显的弊端，如电阻限流方式在大电流模式下功耗会很大，对很多大电流工作的场合不适用。对于电流采样反馈的限流方式，因为电流采样及反馈均需要一定的时间，而某些情况下电流会瞬间增大超过限定值，这种限流方式有可能根本来不及做出反应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种限流范围可调的电路限流方法及限流电路，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种限流范围可调的电路限流方法，包括以下步骤：
步骤1)、根据待限流电路的最大工作电压和最大工作电流在待限流电路中串联功率开关管；
步骤2)、为功率开关管提供设定驱动电压，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流；
步骤3)、采集功率开关管主功率端子间的电压，当采集到的电压大于功率开关管的驱动电压时，关闭功率开关管。
进一步的，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍。
进一步的，功率开关管采用风冷或水冷方式进行冷却。
进一步的，功率开关管采用IGBT功率器件或MOSFET功率器件。
一种限流范围可调的限流电路，包括控制单元以及串联于待限流电路中的功率开关管，功率开关管的阴极和阳极串联接入待限流电路中；控制单元连接于功率开关管的栅极，用于控制功率开关管的驱动电压。
进一步的，控制单元连接于待限流电路主系统，用于获取待限流电路主系统需限制的最大电流。
进一步的，控制单元采用微处理器。
进一步的，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种限流范围可调的电路限流方法，根据待限流电路的最大工作电压和最大工作电流在待限流电路中串联功率开关管；对功率开关管提供恒定驱动电压，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流；采集功率开关管主功率端子间的电压，当检测到的电压大于功率开关管的驱动电压时，关闭功率开关管。本发明利用功率开关管的输出特性，在电流未达到限定值时器件处于常开状态，工作于饱和区；当回路中瞬时电流过大或存在短路使电路中电流超过设计值时，功率开关管进入线性放大区，将回路电流限定在一个固定值上，并且可通过控制功率开关管的驱动电压对功率开关管的电流限定值进行设定，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流，在未进入限流工作模式时功率器件压降很小，额外消耗的能量较小。由正常工作到进入限流模式由器件固有的输出特性决定，因此对于过电流反应灵敏，可实现快速限流功能。
进一步的，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍，保证功率开关管工作稳定性和安全性。
一种限流范围可调的限流电路，采用控制单元以及串联于待限流电路中的功率开关管，将功率开关管的阴极和阳极串联接入待限流电路中；利用控制单元连接于功率开关管的栅极控制功率开关管的驱动电压大小，使控制功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流；利用功率开关管的输出特性实现电流的限定；利用控制单元控制功率器件驱动电压实现功率开关管工作在饱和区产生的最大电流可调，从而实现限流电路中最大电流的可调。
附图说明
图1是本限流方法系统示意图。
图2是本发明实施例电路图。
图3是功率器件输出特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种限流范围可调的电路限流方法，包括以下步骤：
步骤1)、根据待限流电路的最大工作电压和最大工作电流在待限流电路中串联功率开关管，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍；
步骤2)、对功率开关管提供设定驱动电压，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流；
步骤3)、采集功率开关管主功率端子间的电压；当系统发生故障时，系统电流急剧增大，功率开关管工作模式会进入放大区，功率开关管主功率端子间的电压显著增大，当检测到功率开关管主功率端子间的电压大于功率开关管的设定驱动电压时，关闭功率开关管，保护系统其他部分元件。
功率开关管采用风冷或水冷方式进行冷却，以确保功率开关管的良好散热性，增加其使用寿命；
功率开关管采用IGBT功率器件或MOSFET功率器件；
在大电流应用场合，通常采用的限流方式是检测回路电流反馈至控制单元进行处理，但由于检测及反馈回路时间限制这种限流方式做不到精确控制，在检测、反馈、触发控制的过程中回路电流依然在不受限的上升。
而采用本发明限流方式，系统故障时，功率开关管进入线性工作模式，待控制回路做出动作前将回路电流限定在特定设计值，达到了精确限流的目标。目前的IGBT功率器件或MOSFET功率器件短路时间均可达到10us以上，这个时间足够控制单元做出响应。
如图1所示，一种限流范围可调的限流电路，包括控制单元以及串联于待限流电路中的功率开关管，功率开关管的驱动电压由控制单元控制，功率开关管的阴极和阳极串联接入待限流电路中；控制单元连接于功率开关管的栅极，用于控制功率开关管的驱动电压大小；控制单元连接于待限流电路主系统，用于获取待限流电路主系统需限制的最大电流；控制单元采用微处理器；
控制单元对功率开关管的工作电压控制，根据待限流电路最大限制电流大小对控制单元输入。
实施例：
双脉冲测试电路大量应用于功率器件动态参数测试领域，在一般的双脉冲测试电路中测试器件一旦发生失效，电流会持续上升直至电源中储存的能量被完全消耗，这个过程中过大的电流很容易造成主回路中其他元件的失效甚至损坏测试设备，对该电路增加限流器的技术难点在于系统正常工作时电流比较大，最高可达几千安培；且不能使用硬关断如熔断器，这会使得电感产生很大的自感电压进而损坏设备。
采用本发明限流方式对双脉冲测试电路进行限流，具体电路图如图2所示，被测功率器件Q1的阳极接负载电感L1的一端，被测功率器件Q1的阴极接功率开关管的正极，功率开关管的阴极接电容负极VCC-，被测功率器件Q1和功率开关管的栅极均接控制单元；负载电感L1并联有二极管D1，二极管D1的阳极接被测功率器件Q1正极，二极管D1的阴极和负载电感L1的另一端同时接电容正极VCC+；
采用本发明限流方式对双脉冲测试电路进行限流，电路上的电流容量较大，根据实际情况可采用多组功率开关管并联方式；当被测功率器件Q1发生故障时候，回路中瞬时电流过大或存在短路使电路中电流超过设计值时，功率开关管会进入线性放大区，将回路电流限定在设定电流值上，而设计电流值大小与栅极控制电压直接相关，因此可通过调整功率开关管栅极驱动电压来设定保护电流值。系统正常工作时功率开关管主功率端子间电压很低，系统运行过程中采集功率开关管主功率端子间电压，当检测到的电压大于功率开关管驱动电压时可判定系统发生故障，控制单元通过改变驱动电压关闭功率开关管，功率开关管关断过程可控，不至于使电感产生过高的自感电压。
功率开关管工作在饱和区的最大电流可通过调整栅极驱动电压来设定保护电流值，根据系统不同功能调整限流器限制电流范围，例如在使用该电路进行短路测试时要求的系统工作电流要比开关时间测试要求的电流大的多，这个时候可通过调整限流器驱动电压的方式来对应调整限定电流，在未进入限流工作模式时功率器件压降很小，额外消耗的能量较小；由正常工作到进入限流模式由器件固有的输出特性决定，因此对于过电流反应灵敏，可实现快速限流功能。
如图3所示，对于IGBT功率器件或MOSFET功率器件，其输出特性可分为三个区域：截止区、饱和区、放大区，多数情况下这两种功率器件均工作在开关状态，即在截止区和饱和区之间切换；对于本限流方法在电流未达到限定值时器件处于常开状态，工作于饱和区；当回路中瞬时电流过大或存在短路使电路中电流超过设计值时，器件会进入线性放大区，将回路电流限定在一个固定值上，而该电流大小又与栅极控制电压直接相关，因此又可通过调整栅极控制电来设定保护电流值。
Claims (8)
1.一种限流范围可调的电路限流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、根据待限流电路的最大工作电压和最大工作电流在待限流电路中串联功率开关管；
步骤2)、为功率开关管提供设定驱动电压，使功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流；
步骤3)、采集功率开关管主功率端子间的电压，当采集到的电压大于功率开关管的设定驱动电压时，关闭功率开关管。
2.根据权利要求1所述的一种限流范围可调的电路限流方法，其特征在于，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍。
3.根据权利要求1所述的一种限流范围可调的电路限流方法，其特征在于，功率开关管采用风冷或水冷方式进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种限流范围可调的电路限流方法，其特征在于，功率开关管采用IGBT功率器件或MOSFET功率器件。
5.一种用于权利要求1所述电路限流方法的一种限流范围可调的限流电路，其特征在于，包括控制单元以及串联于待限流电路中的功率开关管，功率开关管的阴极和阳极串联接入待限流电路中；控制单元连接于功率开关管的栅极，用于控制功率开关管工作在饱和区产生的最大电流为待限流电路需限制的最大电流。
6.根据权利要求5所述的一种限流范围可调的限流电路，其特征在于，控制单元连接于待限流电路主系统，用于获取待限流电路主系统需限制的最大电流。
7.根据权利要求5所述的一种限流范围可调的限流电路，其特征在于，控制单元采用微处理器。
8.根据权利要求5所述的一种限流范围可调的限流电路，其特征在于，所串联的功率开关管额定电压为待限流电路最大工作电压2-3倍。
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