CN114389462A - 用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法。交流斩波电路包括：第一开关管，耦接在交流电源和负载之间；第二开关管，耦接在负载和参考地之间，第三开关管，耦接在交流电源的第二端和负载的第二端之间；以及第四开关管耦接在参考端和负载的第二端之间；电流检测方法包括检测流过第一开关管的电流和/或检测流过第三开关管的电流。本发明的电流检测方法和过流保护方法适用于在无桥交流斩波电路中进行电流检测和过流保护，具有较高的电流检测响应速度和系统可靠性。

Description

用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法

技术领域

本发明涉及电子领域，具体但不限于涉及一种用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法。

背景技术

单相电机，一般是指由市电交流电提供的单相交流电源进行供电的异步电动机。因为市电电源供电非常方便经济，为家庭生活用电，所以单相电机不但在生产上用量大，而且也与人们日常生活密切相关。尤其是随着人民生活水平的日益提高，用于家用电器设备如电风扇等的单相电机的用量，也越来越大。单相电机通过调速电路来调节电机的转速。

现有的调速电路包括电感机械开关调速、串电抗无级调速、可控硅调速和变频逆变器调速等形式，但是存在效率低、成本高和体积大等一个或多个缺点。

另有一种方法采用有桥交流斩波，将输入交流电源通过续流桥整形成半波电压，再通过高频桥式电路实现斩波，并将负半周翻折复原。该种斩波器可以有效克服可控硅斩波的缺点，实现低谐波和较低的成本。然而，输入端的高功率续流桥依然占据较大体积、具有较大功耗。

如前面所述的有桥交流斩波调速方案，为了简化驱动而引入了整流桥，不仅带来额外的导通损耗降低效率，还要解决散热问题，增加了体积和成本。实际上，适当优化控制逻辑，可以让第二级的H桥实现工频整流的功能，从而将两级系统整合成一级系统，减少半导体器件和降低导通损耗，实现更高功率密度的集成。基于这样的概念，图1A提供了一种更优化低成本的基于无桥交流斩波器的调速电路(已申请专利)。

然而，目前没有相关文献提及该种电路的过流检测和保护方式。图1B是与单相无桥斩波拓扑颇为相似的H桥斩波电路。传统H桥通常是检测两个下开关管的电流，如图中所示的IS1和IS2。这样做的好处明显，即信号供地，处理简单。但仔细对比研究两种拓扑的工作方式会发现，无桥交流斩波器的两个下开关管(第二，四开关)大部分工况为续流管，只有两上管(第一，三开关)才是处理电源到负载能量传递的主开关。仅检测低侧开关的电流无法起到真正的保护作用。另外，当发生过流时，传统H桥常见保护措施的是四个开关关断，而如果无桥斩波器发生过流后类似的保护方式(即四个开关关断)将引起电压尖峰，损坏开关管。因此，本发明提出一种区别于传统H桥的无桥交流斩波电路的电流检测和过流保护方法。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于交流斩波电路的电流检测方法。其中交流斩波电路包括：第一开关管，耦接在第一输入端和第一输出端之间；第二开关管，耦接在参考端和第一输出端之间；第三开关管，耦接在第二输入端和第二输出端之间；以及第四开关管，耦接在参考端和第二输出端之间，其中第一输入端耦接交流电源的第一端，第二输入端耦接交流电源的第二端，第一输出端耦接负载的第一端，第二输出端耦接负载的第二端；电流检测方法包括检测流过第一开关管的电流和/或检测流过第三开关管的电流。

在一个实施例中，通过检测第一输入端相对第一输出端或参考端的电压检测流过第一开关管的电流，通过检测第二输入端相对第二输出端或参考端的电压检测流过第三开关的电流。

在一个实施例中，电流检测方法包括：将第一检测电阻与第一开关管串联；将第二检测电阻与第三开关管串联；将第一二极管的阴极耦接第一输入端；将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及将电流源的输出端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得电流源输出端的电压反映负载电流。

在一个实施例中，电流检测方法进一步包括将偏置电阻的第一端耦接电流源的输出端，其第二端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极，用于设置电流检测的参考阈值。

在一个实施例中，电流检测方法包括：基于第一开关管的等效导通电阻检测第一输入端的电压；基于第三开关管的等效导通电阻检测第二输入端的电压；将第一二极管的阴极耦接第一输入端；将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及将电流源的输出端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得电流源输出端的电压反映负载电流。

在一个实施例中，电流检测方法进一步包括将偏置电阻的第一端耦接电流源的输出端，其第二端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极。

在一个实施例中，电流检测方法包括：将第一检测电阻与第一开关管串联；将第一二极管的阴极耦接第一输入端；将第一电流源的输入端耦接第一输出端，其输出端耦接第一二极管的阳极用于提供偏置电流，使得第一电流源输出端的电压反映流过第一开关管的电流；将第二检测电阻与第三开关管串联；将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及将第二电流源的输入端耦接第二输出端，其输出端耦接第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得第二电流源输出端的电压反映流过第三开关管的电流。

在一个实施例中，电流检测方法进一步包括：将第一偏置电阻设置在第一电流源的输出端和第一二极管的阳极之间，用于设置电流检测的参考阈值；以及将第二偏置电阻设置在第二电流源的输出端和第二二极管的阳极之间，用于设置电流检测的参考阈值。

在一个实施例中，第一检测电阻为第一开关管的等效导通电阻，第二检测电阻为第三开关管的等效导通电阻。

在一个实施例中，电流检测方法进一步包括：将串联连接的第一晶体管和第一检测电阻与第一开关管并联，其中第一晶体管的控制端耦接第一开关管的控制端，使得流过第一晶体管的电流正比于流过第一开关管的电流且使得第一检测电阻上的压降反映流过第一开关管的电流；以及将串联连接的第二晶体管和第二检测电阻与第三开关管并联，其中第二晶体管的控制端耦接第三开关管的控制端，使得第二检测电阻上的压降反映流过第三开关管的电流。

在一个实施例中，将第一晶体管与第一开关管集成在同一半导体晶片上，将第二晶体管与第三开关管集成在同一半导体晶片上。

根据本发明的另一个方面，一种过流保护方法包括如上任一实施例所述的电流检测方法，以及当流过第一开关管或流过第三开关管的电流过流时如大于预设阈值时，执行过流/短路保护。

在一个实施例中，交流斩波电路进一步包括辅助电源电路，其中辅助电源电路的输入端耦接第一输入端和第二输入端，辅助电源电路的参考地端耦接参考端，辅助电源电路的输出端提供辅助电源，所述过流保护方法包括当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，将第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管同时关断。

在一个实施例中，过流保护方法包括当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，控制负载、第二开关管和第四开关管构成续流回路。

在一个实施例中，过流保护方法包括当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，将第一开关管和第三开关管关断，将第二开关管和第四开关管导通。

本发明提出的用于交流斩波电路的电流检测方法和过流保护方法，能适用于在无前级整流桥的交流斩波电路中进行电流检测，并提供适于无桥交流斩波电路的过流保护方法，具有较高的电流检测响应速度和系统可靠性。

附图说明

图1A示出了一种无桥交流斩波电路示意图；

图1B示出了一种现有技术的用于将直流信号进行变换得到斩波信号的H桥电路；

图2示出了根据本发明一实施例的用于交流斩波电路的电流检测方法示意图；

图3示出了根据本发明第一实施例的包括电流检测电路的交流斩波电路示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的波形示意图；

图5示出了根据本发明第二实施例的交流斩波电路示意图；

图6A示出了根据本发明第三实施例的交流斩波电路示意图；

图6B示出了根据本发明第三实施例的另一表现形式的交流斩波电路示意图；

图7示出了根据本发明第四实施例的交流斩波电路示意图；

图8示出了根据本发明第五实施例的交流斩波电路示意图；

图9示出了根据本发明第六实施例的交流斩波电路示意图；

图10示出了根据本发明第七实施例的交流斩波电路示意图；

图11示出了根据本发明一实施例的过流保护方法流程示意图；

图12示出了根据本发明一实施例的过流保护方法示意图；

图13示出了根据本发明一实施例的过流保护方法示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接，如通过检测电阻等部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接。“A和/或B”既表示包括A和B的情况，也表示仅包括A或仅包括B的情况。

图2示出了根据本发明一实施例的用于交流斩波电路的电流检测方法示意图。交流斩波电路包括开关电路。开关电路具有第一输入端211、第二输入端212、第一输出端213和第二输出端214，其中第一输入端211耦接交流电源Vac的第一端，第二输入端212耦接交流电源Vac的第二端，第一输出端213耦接交流负载M的第一端、第二输出端214耦接交流负载M的第二端。

交流电源Vac提供极性交替变化的电源。在一个实施例中，交流电源Vac为市电交流电，如220V/50Hz的正弦波交流电压源。在一个实施例中，交流电源进一步包括耦接在交流电压源两端的电容C1和/或EMI(电磁干扰)滤波电路，用于对高频尖冲信号进行滤波。开关电路11接收极性交替变化的交流信号Vac并在输出端213和214用于对交流负载M进行驱动。

在一个实施例中，交流负载包括单相交流电机。

通过控制开关电路中多个开关管Q1-Q4的状态，用于将输入的交流电源Vac进行交流斩波，在开关电路的输出端提供交流斩波信号用于为负载M供电。

具体地，开关电路包括：第一开关管Q1，耦接在开关电路的第一输入端211和开关电路的第一输出端213之间；第二开关管Q2，耦接在开关电路的参考端RG和开关电路的第一输出端213之间；第三开关管Q3，耦接在开关电路的第二输入端212和开关电路的第二输出端214之间；以及第四开关管Q4，耦接在开关电路的参考端RG和第二输出端214之间。其中每个开关管包括一个并联的体二极管。第一开关管Q1包括并联的第一体二极管D1，其中第一体二极管D1的阳极耦接开关电路的第一输出端213，第一体二极管D1的阴极耦接开关电路的第一输入端211。第二开关管Q2包括并联的第二体二极管D2，其中第二体二极管D2的阳极耦接开关电路的参考端RG，第二体二极管D2的阴极耦接开关电路的第一输出端213。第三开关管Q3包括并联的第三体二极管D3，其中第三体二极管D3的阳极耦接开关电路的第二输出端214，第二体二极管D2的阴极耦接开关电路的第二输入端212。第四开关管Q4包括并联的第四体二极管D4，其中第四体二极管D4的阳极耦接开关电路的参考端RG，第四体二极管D4的阴极耦接开关电路的第二输出端214。开关管Q1-Q4可包括场效应晶体管如金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，结型场效应晶体管(JFET)，或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。优选地，开关管Q1-Q4包括寄生的体二极管，用于实现非同步(的)续流功能。在另一个实施例中，开关管Q1-Q4可也各自并联分立的二极管。开关管Q1-Q4中的每一个可各自由多个开关管组合或开关管与二极管的组合代替。

在其它的实施例中，开关电路还可具有其他拓扑，例如无桥三相开关电路等，负载可为三相交流电机。

当工作在正半周工作区间时，如图2所示的交流电源的极性，开关电路的第一输入端211电压小于开关电路的第二输入端212电压，交流斩波电路控制第一开关管Q1和第二开关管Q2同时导通，第二半桥驱动电路233控制第三开关管Q3以占空比进行开关动作，第四开关管Q4工作在续流状态，第四开关管Q4可为同步整流(通过控制端控制导通)或非同步整流状态(通过体二极管D4导通)；当工作在负半周工作区间时，开关电路的第一输入端211电压大于开关电路的第二输入端212电压，交流斩波电路控制第三开关管Q3和第四开关管Q4同时导通，第一开关管Q1以占空比进行开关动作，第二开关管Q2工作在续流状态，第二开关管Q2可为同步整流(通过控制端控制导通)或非同步(通过体二极管D2导通)续流状态。该拓扑中的开关电路直接耦接交流电源，通过控制开关电路将交流电源进行斩波用于输出交流斩波信号，省去了输入端的高功率续流电路，提高了功率密度和效率。

在这样的拓扑和工作模式下，两个下开关管Q2和Q4大部分工况作为续流开关管，两个上开关管Q1和Q3才能反映电源供能时的电流状态，因此只有两个和电源直接连接的上管Q1和Q3的电流才能准确直接反映能量传递阶段的电流值，能及时检测和响应电流的变化，实现及时的系统过流或短路保护。

在这样的交流斩波电路拓扑中，为了检测交流电源Vac供能期间的负载电流Io，电流检测方法包括检测流过第一开关管Q1的电流和/或检测流过第三开关管Q3的电流。优选的，检测第一开关管Q1导通期间流过第一开关管Q1的电流和/或检测第三开关管Q3导通期间流过第三开关管Q3的电流。

在一个实施例中，通过检测第一输入端211相对第一输出端213或参考端RG的电压检测流过第一开关管Q1的电流，以及通过检测第二输入端212相对第二输出端214或参考端RG的电压检测流过第三开关管Q3的电流。

图3示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图，用于阐述用于该交流斩波电路的电流检测方法。交流斩波电路包括开关电路31和电流检测电路32。电流检测电路32包括第一检测电阻Rs1、第二检测电阻Rs2、第一二极管Ds1、第二二极管Ds2和电流源Is。其中第一检测电阻Rs1与第一开关管Q1串联，第二检测电阻Rs2与第三开关管Q3串联。在图示的实施例中，第一检测电阻Rs1耦接在开关电路的第一输入端311和第一开关管Q1之间，当然第一检测电阻Rs1和开关管Q1的位置可以互换。第一二极管Ds1的阴极耦接开关电路31的第一输入端311，第一二极管Ds1的阳极耦接电流源Is的输出端，第二二极管Ds2的阴极耦接开关电路31的第二输入端312，第二二极管Ds1的阳极也耦接电流源Is的输出端。电流源Is用于提供偏置电流使二极管Ds1或Ds2导通，用于在电流源Is的输出端提供电压信号并作为电流检测信号Vcs。下面将结合图4的波形示意图说明交流斩波电路的工作方式和电流检测方法。

图4示出了根据本发明一实施例的波形示意图。从上至下分别示出了信号交流电源Vac，输出电压Vo，电流检测信号Vcs，第一同步信号ST1、第二同步信号ST2和开关控制信号PWM1-PWM4。交流电源Vac为正弦交流信号，施加在开关电路的第一输入端和第二输入端之间。输出电压Vo为对正弦交流信号Vac进行斩波后的交流斩波信号，为开关电路第一输出端和第二输出端之间的差值电压，施加在交流负载两端。同步信号ST1和ST2为与交流电源Vac极性相关的状态信号，其中当第一同步信号ST1为高电平时，开关电路第一输入端电压小于第二输入端电压，指示开关电路工作于正半周工作区间状态，当第二同步信号ST2为高电平时，开关电路第一输入端电压大于第二输入端电压，指示开关电路工作于负半周工作区间，当信号ST1和ST2同时为低电平时，指示开关电路工作于死区工作区间。在一个实施例中，工作区的定义可由输入电压Vac与两个阈值电压相比较或者根据电压过零点相位来产生。以两阈值电压比较法为例，当输入电压Vac高于第一比较阈值(正)的工作时间段定义为正半周工作区间；输入电压低于第一比较阈值而高于第二比较阈值(负)的工作时间段定义为死区工作区间；输入电压低于第二比较阈值的工作区间定义为负半周工作区间。开关控制信号PWM1-PWM4为驱动开关管Q1-Q4的开关控制信号。当开关控制信号为高电平时，控制相应的开关管导通。当开关控制信号为低电平时，对应的开关没有形成沟道，开关截止，但开关的寄生体二极管可单向通过电流。

在正半周工作区间，同步信号ST1为高电平，交流电源第二端312电压大于第一端311电压，即第二端312相对参考端电压为正，第一端311电压为负，此时信号PWM1和PWM2为高电平，开关管Q1和Q2导通，信号PWM3为脉冲宽度调制信号使开关管Q3以占空比进行开关动作，第四开关管Q4工作在同步续流或非同步续流，与第三开关管Q3的开关动作互补。此时交流电源正向地施加在图示的右边桥臂上，右边桥臂以设定的占空比(Q3)开关工作，在输出端产生包络和输入电压波形一样而平均值与占空比成正比的电压信号正向地施加在负载M上。这时，第三开关管Q3为主开关管，第四开关管Q4为续流开关，此时第四个开关管Q4可以不用给驱动信号，电流走体二极管。当第三开关管Q3导通时，电流Io经交流电源Vac第二端312流出经过Q3、负载M、Q1和电阻Rs1流向交流电源Vac的第一端311。此时由于Q1和Q2导通，第一输入端311上的电压为Rs1*Io。此时交流电源Vac第一端311电压为负电压，第二二极管Ds2导通，第一二极管Ds1截止，采样电阻压Rs1*Io和固定的二极管正向偏置电压(Vdiode)之和反映到电流采样输出端，使得电流检测信号Vcs＝Vdiode-Rs1*Io，其中Vdiode为二极管Ds2的导通压降，为恒值如0.7伏特，电压Vcs以参考端RG作为参考地。因此Vcs能反映流过负载的电流Io，此时检测流过第一开关管Q1的电流。当开关管Q3关断时，感性负载M中的电流通过导通的Q2和Q4的体二极管形成回路，此时端点311上电压反映Q2上压降Vq2，Vcs＝Vq2+Vdiode。

在负半周工作区间，同步信号ST2为高电平，此时信号PWM3和PWM4为高电平，开关管Q3和Q4导通，信号PWM1为脉冲宽度调制信号使开关管Q1以占空比进行开关动作，开关管Q2工作在同步续流或非同步续流，与开关管Q1的开关动作互补。此时第一二极管Ds1导通。当开关管Q1导通时，电流Io经交流电源Vac第一端311流出经过Q1、负载M、Q3和电阻Rs2流向交流电源Vac的第二端312。电流检测电路检测流过开关管Q3的电流，并获得电流检测信号Vcs＝Vdiode-Rs2*Io，以参考端RG为参考地。通过固定Rs1和Rs2，Vcs能反映流过负载的电流Io。当开关管Q3关断时，感性负载M中的电流通过导通的Q2和Q4的体二极管形成回路，此时端点311上电压反映Q2上压降Vq2，Vcs＝Vq2+Vdiode。

在死区工作区间，可以将靠近参考端RG的两个开关管Q2和Q4导通，使对应输入端的两个开关管Q1和Q3关断，感性负载与参考端形成续流回路。在死区工作区间，两个上管处于关闭状态，图3中所示的两个检测二极管Ds1和Ds2截止，Vcs电压被钳位在一个较高的固定电压(Vclamp)上。

图5示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。电流检测电路包括第一二极管Ds1、第二二极管Ds2和电流源Is。与图3中实施例相比，在该实施例中，电流检测电路中的第一检测电阻为第一开关管Q1的等效导通电阻，如沟道电阻或体二极管电阻，第二检测电阻Rs2为第三开关管Q3的等效导通电阻。在这个实施例中，第一开关管Q1或第三开关管Q3导通时其两端的电压差随负载电流Io的变化而变化，因此可通过其电压差反映负载电流Io。而Q1或Q3的导通电压差可反映至电流检测信号Vcs的电压值上。

图6A示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。与图3实施例相比，该实施例中电流检测电路进一步包括偏置电阻Ros，其第一端耦接电流源Is的输出端，其第二端耦接第一二极管Ds1和第二二极管Ds2的阳极，其中电流源Is的输出端提供电流检测信号Vcs。此时，在正半周工作区间，当开关管Q3导通时，电流检测信号Vcs＝Vdiode+Ros*Is-Rs1*Io。在负半周工作区间，当Q1导通时，电流检测信号Vcs＝Vdiode+Ros*Is-Rs2*Io。当电流检测信号用于与预设的电流阈值信号进行比较进一步控制控制开关电路时，通过选择偏置电阻Ros的阻值可用于调节电流控制水平，如用于调节过流保护点。

图6B示出了根据本发明一实施例的另一表现形式的交流斩波电路示意图。如图6A所示，电流检测电路包括第一检测电阻Rs1和第二检测电阻Rs2。在一个实施例中，图6A中的第一检测电阻Rs1和第二检测电阻Rs2分别为额外设置的电阻元件，分别和第一开关管Q1和第三开关管Q3串联。在另一个实施例中，第一检测电阻Rs1和第二检测电阻Rs2分别为第一开关管Q1和第三开关管Q3的等效导通电阻，而非额外设置电阻元件，为了体现这一特征，图6B示出了图6A实施例中一种可能实施例的另一表现形式。其中交流斩波电路基于第一开关管Q1的等效导通电阻检测第一输入端611的电压；基于第三开关管Q3的等效导通电阻检测第二输入端612的电压；将第一二极管Ds1的阴极耦接第一输入端；将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及

将电流源的输出端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得电流源输出端的电压反映负载电流。

图7示出根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。与图3实施例相比，该实施例中的电流源包括电压源Vcc和电阻R1。

图8示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。其中电流检测电路包括第一检测电路和第二检测电路。其中第一检测电路包括：第一检测电阻Rs1，与第一开关管Q1串联；第一二极管Ds1，其阴极耦接开关电路的第一输入端811；以及第一电流源Is1，其输入端耦接开关电路的第一输出端813，其输出端耦接第一二极管Ds1的阳极用于提供偏置电源并提供第一电流检测信号Vcs1。第二检测电路包括第二检测电阻Rs2，与第三开关管Q3串联；第二二极管Ds2，其阴极耦接开关电路的第二输入端812；以及第二电流源Is2，其输入端耦接开关电路的第二输出端814，其输出端耦接第二二极管Ds2的阳极用于提供偏置电源并提供第二电流检测信号Vcs2。其中电流检测电路基于第一电流检测信号Vcs1和第二电流检测信号Vcs2产生电流检测信号。当开关工作于正半周工作区间时，开关管Q1和Q2导通，Q3工作于开关状态，Q4工作于续流状态，左半桥臂的两个开关管同时导通，当Q3开通时，二极管Ds2正偏导通，输出电流在Rs2上的压降将反应到Vcs2信号上，当Q3关断后，Ds2反向截止，信号Vcs2被钳位至某个电压。同理，当处于负半周工作区时，右半桥臂的两个开关管同时导通，当Q1开通时，二极管Ds1正偏导通，电流在Rs1上的压降将反应到Vcs1信号。在一个实施例中，第一检测电阻Rs1为第一开关管Q1的导通沟道电阻，第二检测电阻Rs2为第三开关管Q3的导通沟道电阻，电流检测电路不包括分立的第一检测电阻和第二检测电阻。

图9示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。与图8中实施例相比，该实施例中，第一电流检测电路进一步包括第一偏置电阻Ros1，其第一端耦接第一电流源Is1的输出端，其第二端耦接第一二极管Ds1的阳极；第二电流检测电路进一步包括第二偏置电阻Ros2，其第一端耦接第二电流源Is2的输出端，其第二端耦接第二二极管Ds2的阳极。通过调整第一偏置电阻Ros1和第二偏置电阻Ros2的阻值，可用于调节过流保护阈值。

图10示出了根据本发明一实施例的交流斩波电路示意图。在该交流斩波电路中，电流检测电路包括第一检测电路和第二检测电路，其中第一检测电路与第一开关管Q1并联，第一检测电路包括串联的第一晶体管SN1和第一检测电阻Rs1，第一晶体管SN1的控制端耦接第一开关管Q1的控制端，第一晶体管SN1和第一检测电阻Rs1的耦接点提供第一检测电流信号Vcs1。第二检测电路与第三开关管Q3并联，第二检测电路包括串联的第二晶体管SN2和第二检测电阻Rs2，第二晶体管SN2的控制端耦接第三开关管Q3的控制端，第二晶体管SN2和第二检测电阻Rs2的耦接点提供第二检测电流信号Vcs2。第一晶体管SN1可和第一开关管Q1集成在同一半导体晶片上，第二晶体管SN2可和第三开关管Q3集成在同一半导体晶片上。在图示的实施例中，开关管Q1，Q3和检测晶体管SN1和SN2均为MOSFET管，通过上述连接流过负载M的电流与流过检测晶体管的电流呈固定比例，因此Q3导通时的检测信号Vcs2或Q1导通时的检测信号Vcs1可用于提供电流检测信号。由于通过同一半导体工艺制作，一致性高，电流检测更准确。在正半周工作区间内，Q3导通时的电流以信号Vcs2反映第二检测电阻Rs2上的压降。负半周工作区内，Q1导通时的电流以信号Vcs1反映第一检测电阻Rs1上的压降。

在一个实施例中，第一检测电路可采用图8或图9所示的第一检测电路，第二检测电路可采用同10所示的第二检测电路。反之亦可。

图11示出了根据本发明一实施例的过流保护方法流程示意图。过流保护方法包括在步骤1101检测图2所示交流斩波电路中流过第一开关管Q1和/或第三开关管Q3中的电流。电流检测方法可通过图2至图10中的电流检测电路及其相应的方法实现。过流保护方法包括在步骤1102中当检测到流过第一开关管或流过第三开关管的电流过流时，执行过流/短路保护。过流状态可表现为流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于一预设阈值，也可以根据具体工作需求或其他条件进行判断。具体地可通过比较电路比较电流检测信号与设定的电流阈值信号，产生过流/短路指示信号。当过流/短路指示信号指示电流过流时，控制开关电路执行过流或短路保护动作。下面介绍两种实施例中的过流或短路保护方法。

图12示出了根据本发明一实施例的过流保护方法示意图。交流斩波电路包括辅助电源电路1201。其中辅助电源电路的输入端耦接开关电路的第一输入端1211和第二输入端1212，辅助电源电路1201的参考地端耦接开关电路的参考端RG，辅助电源电路1201的输出端提供辅助电源Vaux用于为其他电路如控制电路供电。在该交流斩波电路中，其中当过流/短路指示信号指示电流过流时，过流保护电路控制开关电路执行保护动作，包括控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4同时关断。此时，感性负载M的残余电流迫使开关电路相应的体二极管导通，和辅助电源电路1201通过参考端RG形成电流通路，为感性负载提供续流通路，在提供过流保护的同时避免电压突变过高引起开关管的过压损坏。如图12所示，当工作在负半周工作区间，电流检测电路检测到过流时，同时关断Q1-Q4，此时流过感性负载M的电流通过开关管Q3的体二极管D3、辅助电源电路中的二极管D5、C2、参考端RG和开关管Q2的体二极管D2提供续流通路。残余感性能量由辅助电源电路1201中的第二电容C2吸收。开关管的电压亦被该电容C2钳位，防止开关管过压。需要指出的是，在这中情况下，第三开关和第二开关给关断和开通信号都是等效的。

图12中，辅助电源电路1201包括二极管D5、二极管D6、电容C2和DC/DC(直流/直流)变换电路，其中二极管D6的阳极耦接开关电路的第一输入端1211，阴极耦接DC/DC电路的输入端，二极管D5的阳极耦接开关电路的第二输入端1212，阴极耦接DC/DC电路的输入端，DC/DC的接地端耦接开关电路的参考端RG并作为系统地，DC/DC电路的输出端提供辅助电源Vaux。电容C2耦接在DC/DC电路的输入端和接地端之间。当开关电路工作于正半周工作区间时，Q1和Q2导通使得辅助电源电路1201的参考地耦接交流电源的低位电压端，二极管D5导通使得交流电源Vac的高位电压端施加于DC/DC电路辅助电源电路。当开关电路工作于负半周工作区间时，Q3和Q4导通使得辅助电源电路1201的参考地耦接交流电源的低位电压端，二极管D6导通使得交流电源Vac的高位电压端施加于DC/DC电路辅助电源电路。

图13示出了根据本发明另一实施例的过流保护方法示意图。在图12所示过流保护方法中，在负半周工作区间且电压值最大时，第一开关管Q1的电压应力最大，为钳位电容C2电压和交流源电压Vac绝对值之和。为了解决这一问题，在一个实施例中，当过流/短路指示信号指示电流过流时，负载、第二开关管和第四开关管构成续流回路。参看图13，当过流/短路指示信号指示电流过流时，控制开关电路的第一开关管Q1和第三开关管Q3关断，第二开关管Q2和第四开关管Q4导通，使流过感性负载的残余电流通过导通的下位开关和另一个下位开关的体二极管形成回路。其中第二开关管Q2或第四开关管Q4也可工作于非同步续流状态。图13示出了在正半周工作区间，即开关电路的第一输入端1301电压小于第二输入端1302电压，当检测到流过开关管Q1的电流超过预设阈值时，开关控制电路控制第二开关管Q2导通，第一开关Q1和第三开关管Q3关断。在另一个实施例中，对第一桥臂的第一开关管Q1和第二开关管Q2同时导通，对第二桥臂的第三开关管Q3和第四开关管Q4同时关断。此时电源Vac停止为负载M供电，如图所示，感性负载M中的残余电流通过导通的第二开关管Q2和第四开关管Q4的体二极管D4形成续流回路，以免引起电压突变损坏开关管，此时残余感性电流由回路电阻消耗，第三开关管Q3两端电压被钳位至输入交流源电压Vac。在负半周工作区间，第一输入端1301电压大于第二输入端电压1302，开关控制电路控制第四开关管Q4导通，其余开关管关断。在另一个实施例中，也可将第一桥臂的第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，将第二桥臂的第三开关管Q3和第四开关管Q4导通，残余电流通过导通的Q4和体二极管D2形成续流回路，第一开关管Q3电压被钳位至输入交流源电压Vac。与图12中所示过流保护方式相比较，本实施例中过流保护措施可以让器件承受更低的电压应力。

在一个实施例中，在图13所示的过流保护方式中，正半周工作区间的第三开关管Q3和负半周工作区间第一开关管Q1的关断时长Toff可以维持一段时间直至系统重启。在一个实施例中，关断时长Toff也可维持几个脉冲宽度调制周期。在又一个实施例中，当检测到电流过流时，关断对应的Q3或Q1，但在下一个脉冲宽度调制周期中，开关管Q3(正半周工作区间)或开关管Q1(负半周工作区间)再次正常导通，这样，过流保护可以和正常工作模式无缝切换，实现过流保护的逐周期控制。

本领域技术人员应当知道，上述逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相”与“反相”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (15)

1.一种用于交流斩波电路的电流检测方法，其中交流斩波电路包括：

第一开关管，耦接在第一输入端和第一输出端之间；

第二开关管，耦接在参考端和第一输出端之间；

第三开关管，耦接在第二输入端和第二输出端之间；以及

第四开关管，耦接在参考端和第二输出端之间，其中第一输入端耦接交流电源的第一端，第二输入端耦接交流电源的第二端，第一输出端耦接负载的第一端，第二输出端耦接负载的第二端；

电流检测方法包括检测流过第一开关管的电流，和/或检测流过第三开关管的电流。

2.如权利要求1所述的电流检测方法，通过检测第一输入端相对第一输出端或参考端的电压检测流过第一开关管的电流，和/或通过检测第二输入端相对第二输出端或参考端的电压检测流过第三开关的电流。

3.如权利要求1所述的电流检测方法，包括：

将第一检测电阻与第一开关管串联；

将第二检测电阻与第三开关管串联；

将第一二极管的阴极耦接第一输入端；

将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及

将电流源的输出端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得电流源输出端的电压反映负载电流。

4.如权利要求3所述的电流检测方法，进一步包括将偏置电阻的第一端耦接电流源的输出端，其第二端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极。

5.如权利要求1所述的电流检测方法，包括：

基于第一开关管的等效导通电阻检测第一输入端的电压；

基于第三开关管的等效导通电阻检测第二输入端的电压；

将第一二极管的阴极耦接第一输入端；

将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及

将电流源的输出端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得电流源输出端的电压反映负载电流。

6.如权利要求5所述的电流检测方法，进一步包括将偏置电阻的第一端耦接电流源的输出端，其第二端耦接第一二极管的阳极和第二二极管的阳极。

7.如权利要求1所述的电流检测方法，包括：

将第一检测电阻与第一开关管串联；

将第一二极管的阴极耦接第一输入端；

将第一电流源的输入端耦接第一输出端，其输出端耦接第一二极管的阳极用于提供偏置电流，使得第一电流源输出端的电压反映流过第一开关管的电流；

将第二检测电阻与第三开关管串联；

将第二二极管的阴极耦接第二输入端；以及

将第二电流源的输入端耦接第二输出端，其输出端耦接第二二极管的阳极用于提供偏置电流，使得第二电流源输出端的电压反映流过第三开关管的电流。

8.如权利要求7所述的电流检测方法，进一步包括：

将第一偏置电阻设置在第一电流源的输出端和第一二极管的阳极之间，用于设置电流检测的参考阈值；以及

将第二偏置电阻设置在第二电流源的输出端和第二二极管的阳极之间，用于设置电流检测的参考阈值。

9.如权利要求7所述的电流检测方法，其中第一检测电阻为第一开关管的等效导通电阻，第二检测电阻为第三开关管的等效导通电阻。

10.如权利要求1所述的电流检测方法，进一步包括：

将串联连接的第一晶体管和第一检测电阻与第一开关管并联，其中第一晶体管的控制端耦接第一开关管的控制端，使得第一检测电阻上的压降反映流过第一开关管的电流；以及

将串联连接的第二晶体管和第二检测电阻与第三开关管并联，其中第二晶体管的控制端耦接第三开关管的控制端，使得第二检测电阻上的压降反映流过第三开关管的电流。

11.如权利要求10所述的电流检测方法，包括将第一晶体管与第一开关管集成在同一半导体晶片上，将第二晶体管与第三开关管集成在同一半导体晶片上。

12.一种过流保护方法，包括如权利要求1-11任一项所述的电流检测方法，以及当流过第一开关管或流过第三开关管的电流过流时，执行过流/短路保护。

13.如权利要求12所述的过流保护方法，其中交流斩波电路进一步包括辅助电源电路，辅助电源电路的输入端耦接第一输入端和第二输入端，辅助电源电路的参考地端耦接参考端，辅助电源电路的输出端提供辅助电源，过流保护方法包括当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，将第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管同时关断。

14.如权利要求12所述的过流保护方法，包括当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，控制负载、第二开关管和第四开关管构成续流回路。

15.如权利要求14所述的过流保护方法，其中当流过第一开关管或流过第三开关管的电流大于预设阈值时，将第一开关管和第三开关管关断，将第二开关管和第四开关管导通。

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