CN112821886A - 一种基于mosfet的过流检测保护电路 - Google Patents

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吴瀛喆
马壮
王帅
郭大猛
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Abstract

本发明公开了一种基于MOSFET的过流检测保护电路，属于电力电子领域。电路包括检测电路和保护电路，所述检测电路用于对MOSFET晶体管过流的检测，所述保护电路用于MOSFET晶体管的过流保护，所述保护电流包括门极驱动模块和放大电路模块，门极驱动模块接收来自检测电路的检测信号，并触发门极驱动模块的内部逻辑，发生过流现象时关断MOSFET的驱动信号。同时在检测电路中加入外部电阻及检测电容，通过调节检测电容容值和外部电阻阻值可调节过流检测时间，同时本发明可配置外部电阻和检测电容完成对高速开关器件碳化硅MOSFET等MOSFET晶体管的过流检测和保护。

Description

一种基于MOSFET的过流检测保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种基于MOSFET的过流检测保护电路。
背景技术
MOSFET作为功率逆变驱动电路中的核心器件，在航空航天、轨道交通、新能源汽车等诸多领域得到了广泛地应用。当MOSFET在开通过程中，一旦发生过流现象，会带来极大的开关损耗，产生大量热量，同时，还可能引起逆变器上下桥臂直通，致使MOSFET器件损坏，驱动系统失效等严重后果。为保证MOSFET在运行过程中的安全性及可靠性，需要设计相应的过流保护电路。过流保护电路通常包括：检测电路与保护电路两部分。通过检测电路，判定MOSFET是否发生过流故障；通过保护电路，关断MOSFET驱动信号。显然，MOSFET 过流保护电路的设计有着较大的应用前景及意义。因此，近年来，MOSFET过流保护电路的设计得到了国内外广泛的关注。
通常，采用传统的欠饱和检测方法实现MOSFET过流检测，这种方法适用于普通硅基 MOSFET的过流检测。但是，对于开关速度较快的碳化硅MOSFET，传统的欠饱和检测方法的检测速率偏慢，无法快速、准确地检测碳化硅MOSFET的过流故障。同时，传统的欠饱和检测电路的可配置型较低，无法满足对多种不同开关速率MOSFET器件的过流检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是快速准确的对不同开关速率MOSFET器件进行过流检测并对其进行保护，目的在于提供一种能够有效解决上述问题的基于MOSFET的过流检测保护电路。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于MOSFET的过流检测保护电路，电路包括检测电路和保护电路，所述检测电路用于对MOSFET晶体管过流的检测，所述保护电路用于MOSFET晶体管的过流保护，所述保护电路包括门极驱动模块和放大电路模块，门极驱动模块接收来自检测电路的检测信号，并触发门极驱动模块的内部逻辑，发生过流现象时关断MOSFET的驱动信号。
进一步的技术方案：
所述放大电路模块包括放大器、电阻RG和MOS管，所述放大器的输出端与电阻RG的一端相连接，所述电阻RG的另一端与MOS管G极相连接。
进一步的：所述MOS管为一个带有寄生二极管的N沟道MOS管。
进一步的：所述检测电路包括二极管D1、二极管D2、检测电容和外部电阻，所述二极管D1和外部电阻并联，二极管D2和检测电容并联且二极管D1正极与二极管D2负极相连，所述二极管D2正极与MOS管S极相连接。基于传统的欠饱和检测思想，通过外加电源Vcc及可配置的外加电阻，达到调节检测电容的充电时间的目的，从而实现MOSFET过流检测速率的调节。
进一步的：所述检测电路还包括电阻R1和检测二极管，所述电阻R1和检测二极管串联，电阻R1一端与二极管D1的正极相连，一端与检测二极管的正极相连接，所述检测二极管的负极与MOS管D极相连接。
进一步的：所述检测电路还包括电源VCC、恒流源、比较器和参考电压，所述参考电压负极与二极管D2正极相连接，参考电压正极与比较器输入端的负极相连接；所述恒流源正极与二极管D1负极相连接，恒流源负极与二极管D1正极相连接且接到比较器输入端正极；所述电源VCC与二极管D1负极相连接。参考电压可在一定范围内调节，因此本电路能够满足不同开关速率MOSFET的过流检测。
进一步的：所述放大器输入端与门极驱动模块相连接，所述比较器输出端与门极驱动模块相连接。
进一步的：所述检测电路通过比较检测电容与参考电压之间的电压差，当电压差大于0 时发生过流现象，比较器输出高电平，门极驱动模块接收来自比较器的高电平后则会触发门极驱动模块的内部逻辑关断MOSFET的驱动信号。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于MOSFET的过流检测保护电路，通过外加电源Vcc及可配置的外加电阻，达到调节检测电容的充电时间的目的，从而实现MOSFET过流检测速率的调节；
2、本发明一种基于MOSFET的过流检测保护电路，参考电压可在一定范围内调节，因此本电路能够满足不同开关速率MOSFET的过流检测；
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明过流检测保护电路原理图。
图2为本发明过流检测保护时序图。
图3为本发明过流检测保护在不同阻值外部电阻和检测电容下的检测保护时间图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1～图3所示，本发明一种基于MOSFET的过流检测保护电路，电路工作原理：若MOSFET在开通过程中发生过流现象，需要一定的判定时间Td，该时间取决于MOSFET的开关特性，即开通时间。当MOSFET开通指令发出Td时间后，若MOSFET仍未进入线性电阻区，即漏源电压远大于弥勒平台电压，则认为MOSFET工作异常，此时MOSFET呈现较高的漏源电压，以致检测二极管截止。然后恒流源及外部电压源对检测电容进行充电，待检测电容端电压达到参考电压Vref时，即检测到MOSFET过流故障，MOSFET过流故障检测时间Tsc可表示为：
Figure RE-GDA0002958164750000031
判断出现过流现象后比较器输出高电平并触发门极驱动电路关断MOSFET驱动信号， MOSFET在Toff时间后彻底关断Toff为MOSFET的关断时间，取决于MOSFET自身的开关特性，通过调节检测电容容值以及外部电阻阻值可以调节过流检测时间。同时本发明可以通过配置外部电阻及检测电容，完成亚微秒级的过流检测及保护，适用于高速开关器件碳化硅 MOSFET的过流检测及保护。
实施例2：
如图1或图2所示，一种基于MOSFET的过流检测保护电路，电路包括检测电路和保护电路，所述检测电路用于对MOSFET晶体管过流的检测，所述保护电路用于MOSFET晶体管的过流保护，所述保护电路包括门极驱动模块和放大电路模块，门极驱动模块接收来自检测电路的检测信号，并触发门极驱动模块的内部逻辑，发生过流现象时关断MOSFET的驱动信号。
所述放大电路模块包括放大器、电阻RG和MOS管，所述放大器的输出端与电阻RG的一端相连接，所述电阻RG的另一端与MOS管G极相连接。
所述MOS管为一个带有寄生二极管的N沟道MOS管。
所述检测电路包括二极管D1、二极管D2、检测电容和外部电阻，所述二极管D1和外部电阻并联，二极管D2和检测电容并联且二极管D1正极与二极管D2负极相连，所述二极管D2正极与MOS管S极相连接。
所述检测电路还包括电阻R1和检测二极管，所述电阻R1和检测二极管串联，电阻R1 一端与二极管D1的正极相连，一端与检测二极管的正极相连接，所述检测二极管的负极与 MOS管D极相连接。
所述检测电路还包括电源VCC、恒流源、比较器和参考电压，所述参考电压负极与二极管D2正极相连接，参考电压正极与比较器输入端的负极相连接；
所述恒流源正极与二极管D1负极相连接，恒流源负极与二极管D1正极相连接且接到比较器输入端正极；所述电源VCC与二极管D1负极相连接。
所述放大器输入端与门极驱动模块相连接，所述比较器输出端与门极驱动模块相连接。
所述检测电路通过比较检测电容与参考电压之间的电压差，当电压差大于0时发生过流现象，比较器输出高电平，门极驱动模块接收来自比较器的高电平后则会触发门极驱动模块的内部逻辑关断MOSFET的驱动信号。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，包括检测电路和保护电路，所述检测电路用于对MOSFET晶体管过流的检测，所述保护电路用于MOSFET晶体管的过流保护，所述保护电路包括门极驱动模块和放大电路模块，门极驱动模块接收来自检测电路的检测信号，并触发门极驱动模块的内部逻辑，发生过流现象时关断MOSFET的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述放大电路模块包括放大器、电阻RG和MOS管，所述放大器的输出端与电阻RG的一端相连接，所述电阻RG的另一端与MOS管G极相连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述MOS管为一个带有寄生二极管的N沟道MOS管。
4.根据权利要求3所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述检测电路包括二极管D1、二极管D2、检测电容和外部电阻，所述二极管D1和外部电阻并联，二极管D2和检测电容并联且二极管D1正极与二极管D2负极相连，所述二极管D2正极与MOS管S极相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述检测电路还包括电阻R1和检测二极管，所述电阻R1和检测二极管串联，电阻R1一端与二极管D1的正极相连，一端与检测二极管的正极相连接，所述检测二极管的负极与MOS管D极相连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述检测电路还包括电源VCC、恒流源、比较器和参考电压，所述参考电压负极与二极管D2正极相连接，参考电压正极与比较器输入端的负极相连接；
所述恒流源正极与二极管D1负极相连接，恒流源负极与二极管D1正极相连接且接到比较器输入端正极；
所述电源VCC与二极管D1负极相连接。
7.根据权利要求2或6所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述放大器输入端与门极驱动模块相连接，所述比较器输出端与门极驱动模块相连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于MOSFET的过流检测保护电路，其特征在于，所述检测电路通过比较检测电容与参考电压之间的电压差，当电压差大于0时发生过流现象，比较器输出高电平，门极驱动模块接收来自比较器的高电平后则会触发门极驱动模块的内部逻辑关断MOSFET的驱动信号。
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