一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路制造技术

本发明专利技术涉及一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路。本发明专利技术结构是PWM发生器输出、比较器输出到与逻辑门输入端，再输出到驱动电路输入端，一路经开关电源主电路中开关管的门极限流电阻到MOSFET开关管Q的栅极，另一路经限流电阻后分别连接到阻塞二极管的阳极、偏置二极管的阳极，阻塞二极管的阴极连接到开关电源主电路中MOSFET开关管的漏极，偏置二极管的阴极连接到比较器的反相端，基准送到比较器的同相端，偏置二极管与阻塞二极管相同。本发明专利技术克服了高功率密度、高效率、高性价比和模块化方面的缺陷。本发明专利技术精度较高，无需额外的电流传感器，电路结构简单、体积小，相比于电阻检测电流的电路不会引入损耗，因而可靠性和效率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种开关电源电路中电流检测的电路和方法，属于电力电子与电工
，特别涉及基于MOSFET导通电阻电流采样的电流精确检测电路和过流保护方法，即一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路。
技术介绍
在开关电源主电路中，为实现电流控制或过流保护，须检测开关管电路中的电流。常用的电流检测电路和方法主要有3种：1)电阻检测，2)电流互感器检测，3)电流霍尔检测。采用串联电阻来检测开关管中的电流，电路简单且成本低，但由于开关管断开时漏极或集电极电容放电，会在电流检测电阻上产生瞬态电流尖峰，此尖峰的脉宽和幅值常足以使电流放大器锁定，从而使PWM电路出错。另采用串联电阻检测电流，会在检测电阻上产生损耗；因此在诸多场合采用电流互感器检测电流。电流互感器检测最适合应用在对称的电路，如推挽电路、全桥电路中，但在电流互感器检测电路的设计中，要充分考虑功率电路拓扑对检测效果的影响，综合考虑电流互感器的饱和问题和副边电流的下垂效应，以选择合适的磁芯复位电路、匝比和检测电阻，因而设计相对复杂。另电流互感器不能对电流中的直流分量进行准确的测量，如对于单端电路，特别是升压电路，电感电流就是输入电流，那么在电流连续工作方式时，不管充电还是放电，电感电流总是大于零，即在直流值上叠加一个充放电的波形，显然连续的电流不能让互感器进行磁复位，因此电流互感器不能用于直接测量升压电路的输入电流；并且电流互感器因不能磁复位而饱和，从而失去过流保护功能，输出产生过压等。在降压电路中也存在同样的问题，电流互感器不能用于直接测量输出电流。解决这个问题的方法是用两个电流互感器分别测量开关电流和二极管电流，电感电流是这两个电流的合成，这样每个电流互感器就有足够的时间来复位了。但要注意这两个电流互感器的匝比应一样，以保持检测电阻上的电流对称。显然这样的检测电路较为复杂。采用电流霍尔检测检测电流，可解决电流互感器不能测量直流电流的问题，但电流霍尔成本要高出很多。可见以上三种电流检测方法难以满足当今开关电源高功率密度、高效率、高性价比和模块化发展的需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述缺陷，研制一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路。本专利技术的技术方案是：一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路，其主要技术特征在于：PWM发生器输出、比较器输出到与逻辑门输入端，与逻辑门输出到驱动电路输入端，驱动电路输出分成两路，一路经开关电源主电路中开关管的门极限流电阻到MOSFET开关管Q的栅极，另一路经限流电阻后分成两路，分别连接到阻塞二极管的阳极、偏置二极管的阳极，阻塞二极管的阴极连接到开关电源主电路中MOSFET开关管的漏极，偏置二极管的阴极连接到比较器的反相端，基准送到比较器的同相端，偏置二极管与阻塞二极管相同。所述第一个工作模态是当PWM发生器输出低电平时，经与逻辑门和驱动电路后送往开关电源主电路中MOSFET开关管的驱动信号是低电平，开关管关断，此时阻塞二极管处于反向阻断，其阳极是低电平，故偏置二极管不导通，比较器反相端是低电平，在同相端基准电压的作用下，比较器输出高电平并送到与逻辑门的一个输入端，等待PWM发生器状态的跳变；第二个工作模态是当PWM发生器输出高电平时，与逻辑门输出高电平送到驱动电路，驱动电路的输出经开关电源主电路中MOSFET开关管的门极限流电阻，MOSFET开关管导通，主电路的电流流过开关管，并在开关管的导通电阻上产生电压降落，驱动电路的高电平通过限流电阻后加到阻塞二极管的阳极，使其导通，阻塞二极管的阳极检测到MOSFET开关管的漏极电压与阻塞二极导通压降之和，偏置二极管导通，偏置二极管的导通电压和阻塞二极管的导通电压相等，偏置二极管阴极检测到MOSFET导通电阻上的电压，当这个电压大于基准电压时，比较器输出低电平送到与逻辑门后，与逻辑门输出低电平，经驱动电路关断MOSFET开关管。所述当流过MOSFET开关管的电流过大时，比较器的反相端的电压信号会大于同相端的基准电压，使比较器输出低电平，并送到与逻辑门输入端，与逻辑门输出低电平，经驱动电路关断开关管。本专利技术优点在于利用开关管自身的导通电阻，将通过开关管的电流转换成电压降，仅通过两个型号相同的阻塞二极管和偏置二极管，再加上比较和逻辑判断电路实现开关电源主电路中的电流且精度较高，无需额外的电流传感器，电路结构简单、体积小，相比于电阻检测电流的电路不会引入损耗，因而可靠性和效率较高，与采用电流霍尔的检测电路相比成本要低很多，也不会因为电流尖峰原因而导致PWM电路出错，同时解决了电流互感器不能测量直流分量和下垂效应的问题，满足低成本，高效率和高功率密度的电源设计要求。本专利技术的其他优点和效果将在下面继续说明。附图说明图1——本专利技术的应用电路组成示意图。图2——本专利技术应用电路硬件构成示意图。图3——本专利技术在推挽主电路中的应用图。图2中的符号名称：图3中的符号名称：图中各标号表示对应的部件名称如下：PWM发生器1、与逻辑门2、驱动电路3、限流电阻4、阻塞二极管5、偏置二极管6、、基准电压7、比较器8、开关电源主电路9、控制器10。具体实施方式本专利技术的技术思路：针对开关电源电路中的电流检测电路存在功率耗散或成本较高的问题，提出了一种基于MOSFET开关管的导通电阻电流采样电路，采用阻塞二极管和偏置二极管相配合的精确电流检测电路。下面具体说明本专利技术。如图1、图2所示，本专利技术的部件构成：PWM发生器1、与逻辑门2、驱动电路3、限流电阻4、阻塞二极管5、偏置二极管6、、基准电压7、比较器8和开关电源主电路9；其中，PWM发生器1、与逻辑门2和基准电压7(控制器10内部的硬件)构成；控制器10可以是集成控制器，也可以用分立元器件搭建；PWM发生器1的输出和比较器8的输出送到与逻辑门2的输入端，与逻辑门2输出到驱动电路3的输入端，驱动电路3的输出分成两路：一路经开关电源主电路9中门极限流电阻R2连接到MOSFET开关管Q的栅极；另一路经限流电阻4(R1)后又分成两路：一路连接到阻塞二极管5(D1)的阳极，另一路连接到偏置二极管6(D2)的阳极，阻塞二极管5(D1)的阴极连接到MOSFET开关管Q的漏极，偏置二极管6(D2)的阴极连接到比较器8的反相端，基准电压7送到比较器8的同相端。MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)是金属-氧化物半导体场效应管的英文缩写。如图2所示：本专利技术的检测电路有两个工作模态：第一个工作模态：当PWM发生器1输出低电平时，与逻辑门2输出低电平，驱动电路3输出的驱动信号vdr将是低电位，故开关电源主电路9中的MOSFET开关管Q关断，漏源电压vds应等于直流电压Vin，因此时驱动信号vdr＜Vin，故阻塞二极管D1处于反向阻断状态，其阳极电位Vi是低电位，相应的偏置二极管D2也处于阻断状态，vif是低电平，即比较器8的反相端是低电平，这样在同相端基准电压vref的作用下，比较器8将输出高电平，并送到与逻辑门的一个输入端；在该工作模态下，由于PWM发生器1输出的是低电平，故与逻辑门输出将保持在低电平；第二个工作模态：当PWM发生器1输出高电平时，就进入第二个工作模态，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路，其特征在于：PWM发生器输出、比较器输出到与逻辑门输入端，与逻辑门输出到驱动电路输入端，驱动电路输出分成两路，一路经开关电源主电路中开关管的门极限流电阻到MOSFET开关管Q的栅极，另一路经限流电阻后分成两路，分别连接到阻塞二极管的阳极、偏置二极管的阳极，阻塞二极管的阴极连接到开关电源主电路中MOSFET开关管的漏极，偏置二极管的阴极连接到比较器的反相端，基准送到比较器的同相端，偏置二极管与阻塞二极管相同。

【技术特征摘要】
1.一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路，其特征在于：PWM发生器输出、比较器输出到与逻辑门输入端，与逻辑门输出到驱动电路输入端，驱动电路输出分成两路，一路经开关电源主电路中开关管的门极限流电阻到MOSFET开关管Q的栅极，另一路经限流电阻后分成两路，分别连接到阻塞二极管的阳极、偏置二极管的阳极，阻塞二极管的阴极连接到开关电源主电路中MOSFET开关管的漏极，偏置二极管的阴极连接到比较器的反相端，基准送到比较器的同相端，偏置二极管与阻塞二极管相同。2.根据权利要求1所述的一种由阻塞二极管和偏置二极管相组合的电流检测电路，其特征在于第一个工作模态是当PWM发生器输出低电平时，经与逻辑门和驱动电路后送往开关电源主电路中MOSFET开关管的驱动信号是低电平，开关管关断，此时阻塞二极管处于反向阻断，其阳极是低电平，故偏置二极管不导通，比较器反相端是低电平，在同相端基准电压的作用下，比较器输出高电平并送到与逻辑门的一个输入端，等待PWM发生器...

【专利技术属性】
技术研发人员：方宇，马明明，成刚，徐潘，郑金燕，尧永，谢勇，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32