CN215009582U - 用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路，包括：运算放大电路，用于从外部接收表征流过逆变器中的半导体电子开关的瞬时电流的电流感测信号，并对电流感测信号进行放大以生成电流采样信号；低通平均电路，用于对电流采样信号进行低通滤波以生成电流采样平均信号；以及过流保护电路，用于对电流采样信号和过流保护阈值进行比较以生成过流保护信号，并将过流保护信号输出到外部。根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路通过单一电路实现了电流检测和过流保护两种功能，因此可以节省用于实现逆变器的电子器件，降低逆变器的系统成本。

Description

用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路。

背景技术

逆变器是一种将直流电压转化为交流电压的功率变换设备，常见的实现方式是采用半导体电子开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等)在特定时间的开关动作将直流电压转化为交流电压。为了保障半导体电子开关稳定、可靠地工作，逆变器需要具备电流检测和过流保护这两种基本功能。

电流检测包括对流过半导体电子开关的瞬时电流和平均电流二者的检测。通常，要求流过半导体电子开关的瞬时电流和平均电流两者的检测结果精确且线性度高，分别表征流过半导体电子开关的瞬时电流和平均电流的瞬时电流信号和平均电流信号的周期是微妙到毫秒级的。

过流保护用于检测流过半导体电子开关的瞬时电流的最大值，并根据检测到的最大值和过流保护阈值生成过流保护信号。通常，要求在检测到流过半导体电子开关的瞬时电流的最大值大于过流保护阈值时生成用于使能半导体电子开关从导通状态变为关断状态的过流保护信号，过流保护信号的周期是微秒级的。

传统上，逆变器的上述两种功能分别由不同的电路实现，这会增加逆变器的系统成本。

实用新型内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本实用新型提出了一种用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路。

根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路，包括：运算放大电路，用于从外部接收表征流过逆变器中的半导体电子开关的瞬时电流的电流感测信号，并对电流感测信号进行放大以生成电流采样信号；低通平均电路，用于对电流采样信号进行低通滤波以生成电流采样平均信号；以及过流保护电路，用于对电流采样信号和过流保护阈值进行比较以生成过流保护信号，并将过流保护信号输出到外部。

根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路通过单一电路实现了电流检测和过流保护两种功能，因此可以节省用于实现逆变器的电子器件，降低逆变器的系统成本。

附图说明

从下面结合附图对本实用新型的具体实施方式的描述中可以更好地理解本实用新型，其中：

图1A和1B示出了根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路的示例电路图；

图2示出了与图1A和1B所示的运算放大电路有关的多个信号的示例波形图；

图3示出了图1A和1B所示的低通平均电路的输入信号和输出信号的示例波形图；

图4示出了图1A和1B所示的比较器的输入信号和输出信号的示例波形图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素和部件的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊。另外，需要说明的是，这里使用的用语“A与B连接”可以表示“A与B直接连接”也可以表示“A与B经由一个或多个其他元件间接连接”。

鉴于在传统的逆变器中分别通过不同的电路实现电流检测和过流保护这两种功能会增加逆变器的系统成本，提出了根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路。

图1A和1B示出了根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路100的示例电路图。如图1A和1B所示，用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路100包括运算放大电路102、低通平均电路104、以及过流保护电路106，其中：运算放大电路102用于从外部接收表征流过逆变器中的半导体电子开关的瞬时电流的电流感测信号，并对电流感测信号进行放大以生成电流采样信号；低通平均电路104用于对电流采样信号进行低通滤波以生成电流采样平均信号；过流保护电路106用于对电流采样信号和过流保护阈值进行比较以生成过流保护信号，并将过流保护信号输出到外部。

这里，电流采样信号和电流采样平均信号分别可以表征流过逆变器中的半导体电子开关的瞬时电流和平均电流，过流保护信号可以在电流采样信号大于过流保护阈值时使能半导体电子开关从导通状态变为关断状态。根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路通过单一电路实现了电流检测和过流保护两种功能，因此可以节省用于实现逆变器的电子器件，降低逆变器的系统成本。

如图1A所示，在一些实施例中，运算放大电路102可以具有两个信号输入端，该两个信号输入端分别用于连接提供电流感测信号的电流传感器的正极输出端和负极输出端。即，电流感测信号可以通过差分输入方式被输入到运算放大电路102。

如图1B所示，在一些实施例中，运算放大电路102可以具有一个信号输入端和接地端，该一个信号输入端用于接收电流感测信号，该接地端用于与提供电流感测信号的电流传感器的接地端通过线路板连接。即，电流感测信号可以通过单端输入方式被输入到运算放大电路102。由于电流传感器的接地端与运算放大电路102的接地端通过线路板连接时在运算放大电路102内部形成了等效差分电路，所以图1A和1B所示的运算放大电路102的工作原理相同。

如图1A和1B所示，运算放大电路102包括差分滤波电路102-1、电压偏置电路102-2、可调增益电路102-3、以及运算放大器102-4，其中：差分滤波电路102-1用于对电流感测信号进行差分滤波；电压偏置电路102-2用于对经过差分滤波的电流感测信号进行电压偏置；可调增益电路102-3用于设置用于经过电压偏置的电流感测信号的增益系数；运算放大器102-4用于利用由可调增益电路102-3设置的增益系数对经过电压偏置的电流感测信号进行放大。这里，差分滤波电路102-2的输入端用作运算放大电路102的输入端，运算放大器102-4的输出端用作运算放大电路102的输出端。

逆变器中的半导体电子开关工作时会产生电子噪声，而电子噪声会叠加到由电流传感器提供的电流感测信号上。由于电流感测信号的幅值小，所以电子噪声的叠加会导致电流感测信号的信噪比较差，不适合直接使用。差分滤波电路102-1通过对电流感测信号进行差分滤波，可以减小电流感测信号的共模噪声(即，经过差分滤波的电流感测信号不包括共模噪声或者包括较小的共模噪声)。这里，由于差分滤波电路102-1的等效阻抗较大，所以不会对电流感测信号产生其他影响。

通常，由电流传感器提供的电流感测信号的起始电压较低，在运算放大器102-4的线性工作范围外。电压偏置电路102-2可以在经过差分滤波的电流感测信号上叠加直流偏置，使得经过电压偏置的电流感测信号进入运算放大器102-4的线性工作区。

假设由电流传感器提供的电流感测信号为Vcs，由电压偏置电路102-2叠加在经过差分滤波的电流感测信号上的直流偏置为Voffset，由可调增益电路102-3设置的用于经过电压偏置的电流感测信号的增益系数为N，则运算放大器120-4输出的电流采样信号VOP＝N×(Vcs+Voffset)。图2示出了与图1A和1B所示的运算放大电路有关的多个信号(即，电流感测信号Vcs、经过差分滤波的电流感测信号、经过电压偏置的电流感测信号Vcs+Voffset、及电流采样信号VOP)的示例波形图。

在一些实施例中，可以通过软件或硬件对电流采样信号进行隔直处理，得到电流感测信号Vcs的线性放大信号N×Vcs。电流感测信号的线性放大信号的线性度和信噪比都比较高。

如图1A和1B所示，在一些实施例中，可调增益电路102-3可以包括第一和第二可调电阻电路R1和R2，其中，第一可调电阻电路R1的第一端连接差分滤波电路102-1的第一输出端、第二端连接运算放大器102-4的反相输入端和第二可调电阻电路R2的第一端，第二可调电阻电路R2的第一端连接第一可调电阻电路的第二端和运算放大器102-4的反相输入端、第二端连接运算放大器102-4的输出端。第一和第二可调电阻电路可以被实现为可调电阻、可调等效电阻、或者它们的组合(即，可调增益电路102-3可以包括可调电阻、可调等效电阻、或者它们的组合)。在不同应用中，可调增益电路102-3可以设置不同的增益系数，例如，4、8、16、32等，适用于不同的功率等级应用。

如图1A和1B所示，在一些实施例中，电压偏置电路102-2可以包括可调电阻电路R3和电流源I1，其中，可调电阻电路R3的第一端连接差分滤波电路102-1的第二输出端、第二端连接运算放大器102-4的正相输入端和电流源I1的第二端，电流源I1的第一端连接用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路100的电源电压、第二端连接可调电阻电路R3的第二端和运算放大器102-4的正相输入端。这里，可调电路电路R3可以包括可调电阻和可调等效电阻中的至少一者。

如图1A和1B所示，在一些实施例中，低通平均电路104包括电阻R3和外置电容连接端，电阻R3的第一端连接运算放大电路102的输出端、第二端连接外置电容连接端，该外置电容连接端用于连接位于外部的、与电阻R3一起形成RC滤波电路的电容C。通常，逆变器的工作电流(即，流过逆变器中的半导体电子开关的电流)是实时变化的，因此表征流过逆变器中的半导体电子开关的电流(即，表征逆变器的工作电流)的电流采样信号也是实时变化的。可以通过检测电流采样信号的包络来获得逆变器的功率。RC滤波可以消除半导体电子开关带来的电流脉动，获得电流采样信号的包络，即电流采样平均信号。图3示出了图1A和1B所示的低通平均电路104的输入信号(即，电流采样信号)和输出信号(即，电流采样平均信号)的示例波形图。RC滤波代替了复杂的软件处理算法，对信号处理器的要求低。另外，由于电容C外置，所以可以通过选择不同容值的电容适应不同终端应用的需求。

如图1A和1B所示，在一些实施例中，低通平均电路104可以进一步包括用于对电阻R3进行旁路的旁路开关。当旁路开关闭合时，可以直接经由外置电容连接端测量电流采样信号(即，外置电容连接端可以向外部提供电流采样信号)。通过示波器观测，极易调试电路。

如图1A和1B所示，在一些实施例中，过流保护电路106包括比较器和可调阈值生成电路，该比较器的第一输入端连接运算放大电路102的输出端、第二输入端连接可调阈值生成电路、输出端用作过流保护电路10的输出端。通常，比较器的动作时间不超过1微秒，运算放大电路102已经部分消除了电子噪声且未产生延迟，所以异常的电流感测信号可以在4微秒内使过流保护信号产生变化。后端的信号处理电路检测到过流保护信号的变化后，可以立即对半导体电子开关采取保护动作，达到过流保护的目的。图4示出了图1A和1B所示的比较器的输入信号(即，电流采样信号)和输出信号(即，过流保护信号)的示例波形图。从图4可以看出，当电流采样信号超过过流保护阈值时，过流保护信号的电平极性翻转。

在一些实施例中，可调阈值生成电路被实现为可调电阻分压电路或数模转换器。通过设置不同的过流保护阈值可以适应不同终端应用的需求。

根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路可以单独实现也可以作为模块集成到逆变器的控制芯片中，这两种实现方式均不影响根据本实用新型实施例的用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路带来的优势，即节省外围滤波电路、偏置电路、放大反馈电路、平均电路、阈值分压电路等；同时，运算放大电路的可调增益、比较器的可调阈值、低通平均电路的电容外置又能适应不同终端产品的要求。

本实用新型可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本实用新型的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变都被包括在本实用新型的范围中。

Claims (10)

1.一种用于逆变器的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，包括：

运算放大电路，用于从外部接收表征流过所述逆变器中的半导体电子开关的瞬时电流的电流感测信号，并对所述电流感测信号进行放大以生成电流采样信号；

低通平均电路，用于对所述电流采样信号进行低通滤波以生成电流采样平均信号；以及

过流保护电路，用于对所述电流采样信号和过流保护阈值进行比较以生成过流保护信号，并将所述过流保护信号输出到外部。

2.如权利要求1所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述运算放大电路包括：

差分滤波电路，用于对所述电流感测信号进行差分滤波；

电压偏置电路，用于对经过差分滤波的电流感测信号进行电压偏置；

可调增益电路，用于设置用于经过电压偏置的电流感测信号的增益系数；以及

运算放大器，用于利用由所述可调增益电路设置的增益系数对所述经过电压偏置的电流感测信号进行放大，其中

所述差分滤波电路的输入端用作所述运算放大电路的输入端，所述运算放大器的输出端用作所述运算放大电路的输出端。

3.如权利要求1所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述运算放大电路具有两个信号输入端，该两个信号输入端分别用于连接提供所述电流感测信号的电流传感器的正极输出端和负极输出端。

4.如权利要求1所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述运算放大电路具有一个信号输入端和接地端，该一个信号输入端用于接收所述电流感测信号，该接地端用于与提供所述电流感测信号的电流传感器的接地端通过线路板连接。

5.如权利要求2所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述可调增益电路包括可调电阻、可调等效电阻、或者它们的组合。

6.如权利要求2所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述电压偏置电路包括可调电阻和可调等效电阻中的至少一者和电流源。

7.如权利要求1所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述低通平均电路包括电阻和外置电容连接端，该电阻的第一端连接所述运算放大电路的输出端、第二端连接所述外置电容连接端，该外置电容连接端用于连接位于外部的、与所述电阻一起形成RC滤波电路的电容。

8.如权利要求7所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述低通平均电路还包括用于对所述电阻进行旁路的旁路开关，其中，当所述旁路开关闭合时，所述外置电容连接端用于向外部提供所述电流采样信号。

9.如权利要求1所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述过流保护电路包括比较器和可调阈值生成电路，该比较器的第一输入端连接所述运算放大电路的输出端、第二输入端连接所述可调阈值生成电路、输出端用作所述过流保护电路的输出端。

10.如权利要求9所述的电流检测和过流保护集成电路，其特征在于，所述可调阈值生成电路被实现为可调电阻分压电路或数模转换器。

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