CN117630446A - 全桥同步电流采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全桥同步电流采样装置，包括全桥电路、输入电容单元、互感器单元、电阻单元、驱动芯片和同步采样单元，全桥电路包括第一、第二、第三、第四晶体管和第一电流互感器，第一和第二晶体管串联，第三和第四晶体管串联，第一电流互感器一端设置在第一和第二晶体管之间，另一端设置在第三和第四晶体管之间，输入电容包括第一电容和第二电容，并联设置在电源输入端Vin和电源输入端PGND之间，互感器单元包括第二和第三电流互感器，第二电流互感器与第二晶体管连接，第三电流互感器与第四晶体管连接，电阻单元包括第一、第二和第三电阻，第三电阻与第二和第三电流互感器连接，驱动芯片与全桥电路和同步采样单元连接。

Description

全桥同步电流采样装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种全桥同步电流采样装置。

背景技术

传统的全桥拓扑电流采样，电流互感器通常设置在Vin网络上，是一种高边采样方式。在这种方式下，只能使用一个电流互感器，这将使得大功率下互感器通过电流大，难以选型；并且，互感器次级需要二极管防反，二极管压降三温下变化较大，导致限流点偏移。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种全桥同步电流采样装置，能够解决上述现有技术中的问题。

本发明的技术解决方案：一种全桥同步电流采样装置，其中，该装置包括全桥电路、输入电容单元、互感器单元、电阻单元、驱动芯片和同步采样单元，所述全桥电路包括第一晶体管VA、第二晶体管VB、第三晶体管VC、第四晶体管VD和第一电流互感器T1A，所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB串联，所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD串联，所述第一电流互感器T1A的一端设置在所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB之间，另一端设置在所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD之间，所述输入电容包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2并联设置在电源输入端Vin和电源输入端PGND之间，所述互感器单元包括第二电流互感器T2和第三电流互感器T3，所述第二电流互感器T2与所述第二晶体管VB连接，所述第三电流互感器T3与所述第四晶体管VD连接，所述电阻单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述第二电流互感器T2和所述第三电流互感器T3连接，所述驱动芯片与所述全桥电路连接，所述同步采样单元与所述驱动芯片连接，所述同步采样单元包括第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2，所述第一电阻R1与所述第一同步采样晶体管VE1并联，所述第二电阻R2与第二同步采样晶体管VE2。

优选地，在所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD导通而所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC关断的情况下，功率电流流过所述第三电流互感器T3的原边，在所述第三电流互感器T3的副边形成从上端VcsdA流向下端Vcs的感应电流，所述第四晶体管VD的驱动信号Vgd通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTA以驱动所述第一同步采样晶体管VE1导通，形成从所述第一同步采样晶体管VE1的下端AGND至上端VcsdA、所述第三电流互感器T3的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

优选地，在所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC导通而所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD关断的情况下，功率电流流过所述第二电流互感器T2的原边，在所述第二电流互感器T2的副边形成从上端VcsdB流向下端Vcs的感应电流，所述第二晶体管VB的驱动信号Vgb通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTB以驱动所述第二同步采样晶体管VE2导通，形成从所述第二同步采样晶体管VE2的下端AGND至上端VcsdB、所述第二电流互感器T2的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

优选地，第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

优选地，所述第一晶体管VA、所述第二晶体管VB、所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

通过上述技术方案，可以使用同步采样方式进行低边电流采样，电流互感器的数量为两个，每个电流互感器电流应力为原来的1/2，可以使用更小的互感器；同时不需要二极管防反，不会有电压压降，限流点更准确。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种全桥同步电流采样装置的功率电路的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种全桥同步电流采样装置的采样控制电路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1和2所示，本发明实施例提供了一种全桥同步电流采样装置，其中，该装置包括全桥电路、输入电容单元、互感器单元、电阻单元、驱动芯片和同步采样单元，所述全桥电路包括第一晶体管VA、第二晶体管VB、第三晶体管VC、第四晶体管VD和第一电流互感器T1A，所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB串联，所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD串联，所述第一电流互感器T1A的一端设置在所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB之间，另一端设置在所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD之间，所述输入电容包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2并联设置在电源输入端Vin和电源输入端(输入地)PGND之间，所述互感器单元包括第二电流互感器T2和第三电流互感器T3，所述第二电流互感器T2与所述第二晶体管VB连接，所述第三电流互感器T3与所述第四晶体管VD连接，所述电阻单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述第二电流互感器T2和所述第三电流互感器T3连接，所述驱动芯片与所述全桥电路连接，所述同步采样单元与所述驱动芯片连接，所述同步采样单元包括第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2，所述第一电阻R1与所述第一同步采样晶体管VE1并联，所述第二电阻R2与第二同步采样晶体管VE2。

其中，第一晶体管VA、第二晶体管VB、第三晶体管VC和第四晶体管VD的驱动信号分别为Vga，Vgb，Vgc，Vgd。

通过上述技术方案，可以使用同步采样方式进行低边电流采样，电流互感器的数量为两个，每个电流互感器电流应力为原来的1/2，可以使用更小的互感器；同时不需要二极管防反，不会有电压压降，限流点更准确。

其中，图1示出了全桥同步电流采样装置的功率电路，功率电路包括全桥电路、输入电容单元、互感器单元和第三电阻。图2示出了全桥同步电流采样装置的采样控制电路，采样控制电路包括驱动芯片(MOSTETA驱动芯片)、同步采样单元、第一电阻和第二电阻。

在图1和2中，VSSA、VSSB、VSSC、VSSD分别表示第一晶体管VA的控制地、第二晶体管VB的控制地、第三晶体管VC的控制地和第四晶体管VD的控制地；Vddp1表示N1驱动芯片的5V供电电压，VCC表示N1驱动芯片的12V供电电压。

根据本发明一种实施例，在所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD导通而所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC关断的情况下，功率电流流过所述第三电流互感器T3的原边，在所述第三电流互感器T3的副边形成从上端(次级地)VcsdA流向下端Vcs的感应电流，所述第四晶体管VD的驱动信号Vgd通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTA以驱动所述第一同步采样晶体管VE1导通，形成从所述第一同步采样晶体管VE1的下端AGND至上端VcsdA、所述第三电流互感器T3的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

在该通路中，第三电阻R3为最大电阻，所以采样电压Vcs为没有损失的采样电压。此外，在所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC关断的情况下，所述第二晶体管VB的驱动信号Vgb为低电平，则驱动信号OUTB为低电平，第二同步采样晶体管VE2关断，采样电压Vcs不会通过VcsdB。

根据本发明一种实施例，在所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC导通而所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD关断的情况下，功率电流流过所述第二电流互感器T2的原边，在所述第二电流互感器T2的副边形成从上端(次级地)VcsdB流向下端Vcs的感应电流，所述第二晶体管VB的驱动信号Vgb通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTB以驱动所述第二同步采样晶体管VE2导通，形成从所述第二同步采样晶体管VE2的下端AGND至上端VcsdB、所述第二电流互感器T2的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

在该通路中，第三电阻R3为最大电阻，所以采样电压Vcs为没有损失的采样电压。此外，在所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD关断的情况下，所述第四晶体管VD的驱动信号Vgd为低电平，则驱动信号OUTA为低电平，第一同步采样晶体管VE1关断，采样电压Vcs不会通过VcsdA。

根据本发明一种实施例，第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

根据本发明一种实施例，所述第一晶体管VA、所述第二晶体管VB、所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(初级功率MOSTET)。

对于一个完整的开关周期结束，采用本发明所述的全桥同步电流采样装置得到的采样电压Vcs(低边采样方式)与高边采样方式下的电压相同，且电流互感器初级电流降为1/2，副边使用MOSFET替代了防反二极管，没有造成压降。

从上述实施例可以看出，本发明上述实施例所述的全桥同步电流采样装置每个互感器电流应力为原来的1/2，可以使用更小的互感器；并且电流采样电压不需要二极管防反，不会有电压压降，限流点更准确。本发明可适用于硬开关对称全桥及软开关不对称全桥等全部全桥拓扑电路。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种全桥同步电流采样装置，其特征在于，该装置包括全桥电路、输入电容单元、互感器单元、电阻单元、驱动芯片和同步采样单元，所述全桥电路包括第一晶体管VA、第二晶体管VB、第三晶体管VC、第四晶体管VD和第一电流互感器T1A，所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB串联，所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD串联，所述第一电流互感器T1A的一端设置在所述第一晶体管VA和所述第二晶体管VB之间，另一端设置在所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD之间，所述输入电容包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1和所述第二电容C2并联设置在电源输入端Vin和电源输入端PGND之间，所述互感器单元包括第二电流互感器T2和第三电流互感器T3，所述第二电流互感器T2与所述第二晶体管VB连接，所述第三电流互感器T3与所述第四晶体管VD连接，所述电阻单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述第二电流互感器T2和所述第三电流互感器T3连接，所述驱动芯片与所述全桥电路连接，所述同步采样单元与所述驱动芯片连接，所述同步采样单元包括第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2，所述第一电阻R1与所述第一同步采样晶体管VE1并联，所述第二电阻R2与第二同步采样晶体管VE2。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD导通而所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC关断的情况下，功率电流流过所述第三电流互感器T3的原边，在所述第三电流互感器T3的副边形成从上端VcsdA流向下端Vcs的感应电流，所述第四晶体管VD的驱动信号Vgd通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTA以驱动所述第一同步采样晶体管VE1导通，形成从所述第一同步采样晶体管VE1的下端AGND至上端VcsdA、所述第三电流互感器T3的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述第二晶体管VB和所述第三晶体管VC导通而所述第一晶体管VA和所述第四晶体管VD关断的情况下，功率电流流过所述第二电流互感器T2的原边，在所述第二电流互感器T2的副边形成从上端VcsdB流向下端Vcs的感应电流，所述第二晶体管VB的驱动信号Vgb通过所述驱动芯片形成驱动信号OUTB以驱动所述第二同步采样晶体管VE2导通，形成从所述第二同步采样晶体管VE2的下端AGND至上端VcsdB、所述第二电流互感器T2的副边的下端Vcs流动的感应电流，并在第三电阻R3上形成采样电压Vcs。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一同步采样晶体管VE1和第二同步采样晶体管VE2为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一晶体管VA、所述第二晶体管VB、所述第三晶体管VC和所述第四晶体管VD为金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。