本發(fā)明涉及一種過(guò)流保護(hù)電路，尤其是一種mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管（metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管（field-effecttransistor）。mosfet依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為n型與p型兩種類型，通常又稱為nmosfet與pmosfet。

mosfet以其高頻性能好、開(kāi)關(guān)損耗小、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。在許多低壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，如電動(dòng)三輪車、旅游觀光電動(dòng)汽車、小型電動(dòng)叉車，尤其是國(guó)內(nèi)近幾年大力推廣的a00級(jí)別的雙80和雙100的純電動(dòng)汽車等，都無(wú)一例外的采用了mosfet并聯(lián)的方法。

但是并聯(lián)的各mosfet由于工藝差異、pcb板布線等問(wèn)題，極易因電流不平衡而引起的損耗發(fā)熱嚴(yán)重失衡，從而最終導(dǎo)致失效，所以對(duì)于mos管的過(guò)流保護(hù)就顯得十分重要，目前常用的過(guò)流保護(hù)有以下兩種方法，其主要的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1、軟件電流采樣和過(guò)流保護(hù)：處理器實(shí)時(shí)采集電流傳感器輸出的電流采樣信號(hào)，通過(guò)一定的算法判斷在目前工況條件下是否屬于過(guò)流狀態(tài)，如果需要的話，及時(shí)關(guān)斷pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于軟件的處理，使其在控制方法上具有很大的靈活性和智能性，譬如能根據(jù)電機(jī)和主要功率器件的實(shí)時(shí)溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)流保護(hù)點(diǎn)。但也正因?yàn)檐浖慕槿?，?dǎo)致過(guò)流保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，可靠性比較低，特別是對(duì)于瞬間大電流保護(hù)或短路保護(hù)沒(méi)有太大的效果。

2、硬件過(guò)流保護(hù)：將電流傳感器輸出的采樣信號(hào)傳輸至硬件比較單元，將實(shí)時(shí)的采樣值與預(yù)先設(shè)定好的過(guò)流保護(hù)門限電壓進(jìn)行比較后，關(guān)斷pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，具有響應(yīng)速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但是因其過(guò)流保護(hù)點(diǎn)是固定的，所以在復(fù)雜工況條件下沒(méi)有很好的適應(yīng)性，無(wú)法做到智能補(bǔ)償。

同時(shí)，以上兩種方法均采用了傳統(tǒng)的輸出端電流傳感器采樣，在成本上會(huì)有所增加，而且就單個(gè)保護(hù)方式而言，無(wú)法做到很全面的保護(hù)。

另外，由于mosfet允許承受的最大電流會(huì)隨著溫度條件的變化而發(fā)生改變，而目前的過(guò)流保護(hù)措施缺少對(duì)溫度因素的考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，包括一組并聯(lián)的mosfet及驅(qū)動(dòng)所述mosfet工作的驅(qū)動(dòng)電路,還包括電壓采樣電路及電壓比較電路，所述電壓采樣電路用于采集并聯(lián)的mosfet的源漏極電壓并生成第一比較電壓輸出給所述電壓比較電路，所述電壓比較電路將第一比較電壓與第二比較電壓比較后輸出低或高電平以控制所述驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷或不關(guān)斷mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述電壓采樣電路包括二極管、電阻、第一采樣電阻及第二采樣電阻，所述二極管的陰極接各mosfet的漏極，所述二極管的陽(yáng)極連接電阻的一端，所述電阻的另一端連接所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端及各moseft的柵極，所述二極管的陽(yáng)極還接第一采樣電阻的一端，所述第一采樣電阻的另一端接所述電壓比較電路中比較器的反向輸入端及第二采樣電阻的一端，所述第二采樣電阻的另一端接moseft的漏極。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述電阻的阻值與所述mosfet的驅(qū)動(dòng)電壓成正比。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述第一比較電壓滿足如下公式：

v1=（vds+vd1）×r2/（r2+r1）

其中，vds是mosfet漏源極電壓，vd1是二極管正向?qū)妷骸?/p>

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述第二比較電壓是預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)電壓。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：還包括溫度補(bǔ)償電路，用于采樣mosfet的運(yùn)行溫度并生成所述第二比較電壓。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述溫度補(bǔ)償電路包括第三分壓電阻及溫度采樣電阻，所述第三分壓電阻的一端接電源端，其另一端接溫度采樣電阻的一端及所述電壓比較電路中比較器的正向輸入端，所述溫度采樣電阻的另一端接地。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述溫度采樣電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述溫度采樣電阻與moseft緊鄰設(shè)置。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述第三分壓電阻的阻值遠(yuǎn)離所述溫度采樣電阻的阻值變化范圍以使根據(jù)如下公式計(jì)算的第二比較電壓的變化幅度不超過(guò)設(shè)定值，

v2=vcc×r5/（r4+r5）

其中,vcc為電源端輸入電壓。

優(yōu)選的，所述的mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，其中：所述moefet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路至少應(yīng)用于低電壓大功率電機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)電路中。

本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

1.本發(fā)明設(shè)計(jì)精巧，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，根據(jù)mos管的漏源極電壓vds隨漏極電流id變化的特性曲線，通過(guò)設(shè)計(jì)采樣電阻來(lái)檢測(cè)vds以反應(yīng)漏極電流id，從而省去了電流傳感器的結(jié)構(gòu)，有利于降低成本；同時(shí)，由于沒(méi)有軟件介入，因此相應(yīng)速度快，可靠性高，并且，第二比較電壓采用溫度補(bǔ)償電壓，相對(duì)于預(yù)設(shè)的固定過(guò)流保護(hù)門限電壓，門限電壓可調(diào)，與實(shí)際工況條件更契合，因而適用性更強(qiáng)，應(yīng)用更靈活。

2.通過(guò)對(duì)電阻r3的設(shè)計(jì)，一來(lái)可以減小由二極管引起的米勒電容的影響，二來(lái)可以盡量少的從驅(qū)動(dòng)信號(hào)上吸收電流，減小損耗。

3.由于結(jié)合了溫度補(bǔ)償電路來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)mosfet所處環(huán)境溫度較高時(shí)，通過(guò)溫度采樣，能夠自動(dòng)降低過(guò)流保護(hù)點(diǎn)的觸發(fā)電流值，從而起到保護(hù)控制器硬件的效果；反之，當(dāng)mosfet所處的環(huán)境溫度較低時(shí)，自動(dòng)升高過(guò)流保護(hù)點(diǎn)的電流值，允許控制器輸出更大的電流，因此能適應(yīng)復(fù)雜的工況條件，同時(shí)由于對(duì)溫度采樣電阻的優(yōu)選以及對(duì)第三分壓電阻的阻值研究，從而保證在進(jìn)行過(guò)流保護(hù)時(shí)，能夠以電流變化為主要保護(hù)因素，以溫度因此進(jìn)行細(xì)微的補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。

本發(fā)明揭示了mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路，優(yōu)選應(yīng)用于低電壓大功率電機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)電路中，所述驅(qū)動(dòng)電路基于交流電機(jī)的三相對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如附圖1-附圖2所示，僅針對(duì)交流電機(jī)的u相驅(qū)動(dòng)回路中的下橋電路描述了各個(gè)功能模塊及相互間的關(guān)系。

所述mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路包括一組并聯(lián)的mosfetq1，q2-qn及驅(qū)動(dòng)所述mosfet工作的驅(qū)動(dòng)電路1,所述moefetq1，q2-qn的漏極均連接交流電機(jī)的u相輸出端,它們的源極均連接直流電源的負(fù)極dc-,它們的柵極分別通過(guò)電阻r7，r8-rn分別接所述驅(qū)動(dòng)電路1的輸出端，所述驅(qū)動(dòng)電路1包括緩沖器u2，所述緩沖器u2連接mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)端gate，通過(guò)所述緩沖器u2的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)控制所述mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出與否。

所述緩沖器u2的導(dǎo)通和關(guān)斷通過(guò)電壓比較電路3來(lái)進(jìn)行控制，所述電壓比較電路3包括比較器u1，所述比較器u1的反向輸入端接收第一比較電壓v1，所述比較器u1的正向輸入端接收第二比較電壓v2，其輸出端連接所述緩沖器u2并通過(guò)電阻r6接電源端；所述電壓比較電路3將接收的第一比較電壓v1與第二比較電壓v2比較后，發(fā)送低或高電平以控制所述緩沖器u2的關(guān)斷或?qū)?，進(jìn)而關(guān)斷或不關(guān)斷所述mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。

所述第一比較電壓v1由電壓采樣電路2生成，所述電壓采樣電路2用于采集并聯(lián)的mosfet的源漏極電壓并分壓生成所述第一比較電壓v1輸出給所述電壓比較電路3。

具體來(lái)說(shuō)，如附圖2所示，所述電壓采樣電路2包括二極管d1、電阻r3、第一采樣電阻r1及第二采樣電阻r2，所述二極管d1的陰極接各mosfet的漏極，所述二極管d1的陽(yáng)極連接電阻r3的一端，所述電阻r3的另一端連接所述驅(qū)動(dòng)電路1的輸出端及通過(guò)電阻r7，r8-rn接各moseft的柵極，所述二極管d1的陽(yáng)極還接第一采樣電阻r1的一端，所述第一采樣電阻r1的另一端接所述電壓比較電路3中比較器u1的反向輸入端及第二采樣電阻r2的一端，所述第二采樣電阻r2的另一端接moseft的漏極。

其中，所述二極管d1在所述mosfet導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通，在所述mosfet關(guān)斷時(shí)關(guān)斷，從而保證了mosfet關(guān)斷時(shí)，所述電壓采樣電路2的反向截止，此時(shí)所述第一比較電壓v1為零電平；所述電阻r3的阻值與所述mosfet的驅(qū)動(dòng)電壓成正比，優(yōu)選其采用較大電阻，一是可以減小由二極管d1引起的米勒電容，二是盡量少的從驅(qū)動(dòng)信號(hào)上吸收電流。

此處的電壓采樣電路不同于傳統(tǒng)的電流傳感器采樣，本電路根據(jù)mosfet的漏源極電壓vds隨漏極電流id變化的特性曲線，通過(guò)檢測(cè)vds來(lái)反應(yīng)對(duì)應(yīng)的id，如圖2所示，當(dāng)mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，并聯(lián)的mos導(dǎo)通，vx=vd1+vds，且第一比較電壓v1=vx×r2/(r1+r2)，所以可以得出：

所述第一比較電壓v1滿足如下公式：

v1=（vds+vd1）×r2/（r2+r1）

其中，vds是mosfet漏源極電壓，vd1是二極管正向?qū)妷骸?/p>

具體應(yīng)用時(shí)，在選定mosfet的型號(hào)后，在其數(shù)據(jù)手冊(cè)上可以找到漏源極電壓vds隨漏極電流id變化的曲線，根據(jù)總的輸出電流及mosfet的數(shù)量計(jì)算出漏極電流id=總輸出電流/并聯(lián)mosfet數(shù)量，在曲線中找到所述id漏極電流所對(duì)應(yīng)的vds值，隨后，通過(guò)想要的第一比較電壓v1電壓確定第一采樣電阻r1和第二采樣電阻r2的阻值，至于電阻r3的阻值，其阻值隨mosfet驅(qū)動(dòng)電壓的升高而變大。

進(jìn)一步，由于mosfet在不同溫度下所能承受的最大電流存在差異性，因此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)的，如附圖1、附圖2所示，所述第二比較電壓v2由溫度補(bǔ)償電路4生成，所述溫度補(bǔ)償電路4通過(guò)采集mosfet的運(yùn)行溫度并生成所述第二比較電壓v2輸送給所述電壓比較電路3。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，所述溫度補(bǔ)償電路4包括第三分壓電阻r4及溫度采樣電阻r5，所述第三分壓電阻r4的一端接電源端，其另一端接溫度采樣電阻r5的一端及所述電壓比較電路3中比較器u1的正向輸入端，所述溫度采樣電阻r5的另一端接地。

并且，優(yōu)選所述溫度采樣電阻r5為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，即其阻值隨著溫度的升高而降低，隨著溫度的降低而升高，其布局在靠近mosfet的位置，通過(guò)與第三分壓電阻r4形成的電橋?qū)崟r(shí)采樣mosfet附近的pcb溫度，從而間接的反映mosfet的殼溫。

另外，當(dāng)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻選定后，可以通過(guò)改變第三分壓電阻r4的阻值來(lái)調(diào)整溫度補(bǔ)償?shù)撵`敏度，當(dāng)?shù)谌謮弘娮鑢4的阻值越接近溫度采樣電阻r5阻值的變化范圍時(shí)，溫度補(bǔ)償電路4的靈敏度越高。

而在本發(fā)明的過(guò)流保護(hù)電路中，為了使電流變化成為主要因素，溫度因素只作為細(xì)微的補(bǔ)償，因此溫度補(bǔ)償電路4的靈敏性應(yīng)保持低水平，即所述溫度采樣電阻的阻止變化幅度不會(huì)造成所述第二比較電壓v2出現(xiàn)較大幅度的變化，對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)所述第三分壓電阻r4的阻值遠(yuǎn)離所述溫度采樣電阻r5的阻值變化范圍以使根據(jù)如下公式計(jì)算的第二比較電壓v2的變化幅度不超過(guò)設(shè)定值，

v2=vcc×r5/（r4+r5）

其中,vcc為電源端vcc輸入電壓。

整個(gè)mosfet并聯(lián)過(guò)流保護(hù)電路工作時(shí)，所述電壓采樣電路2和溫度補(bǔ)償電路4實(shí)時(shí)采集并輸出模擬電壓信號(hào)給所述比較器u1產(chǎn)生比較信號(hào)，

在溫度恒定的情況下，當(dāng)mosfet漏極電流id增大時(shí)（驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流增大），所述漏源極電壓vds也相應(yīng)增大，所述第一比較電壓v1電壓升高，此時(shí)，由于溫度恒定，因此所述第二比較電壓v2保持不變，當(dāng)所述第一比較電壓v1升高至大于所述第二比較電壓v2時(shí)，所述比較器u1輸出為低電平，此時(shí)，所述緩沖器u2關(guān)斷，從而切斷mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，并聯(lián)的mosfet關(guān)斷，以進(jìn)行保護(hù)。

在電流恒定的情況下，當(dāng)mosfet的環(huán)境溫度升高時(shí)，所述負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值變小，對(duì)應(yīng)的，所述第二比較電壓v2電壓降低，由于電流恒定，所述第一比較電壓v1保持不變，當(dāng)所述第二比較電壓v2小于所述第一比較電壓v1時(shí)，所述比較器u1輸出為低電平，此時(shí)，所述緩沖器u2關(guān)閉，從而切斷mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，并聯(lián)的mosfet關(guān)斷。

在驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流變大且溫度同時(shí)變動(dòng)時(shí)，只要所述第一比較電壓v1未超過(guò)所述第二比較電壓v2時(shí)，所述比較器u1輸出高電平，此時(shí)，所述緩沖器u2導(dǎo)通，從而不關(guān)斷所述mosfet門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，并聯(lián)的mosfet導(dǎo)通。

對(duì)于u相驅(qū)動(dòng)回路中的上橋電路，其同樣具有上述下橋電路中的各功能模塊和結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于：上橋電路中各mosfet的漏極連接直流電源正極dc+，源極連接交流電動(dòng)機(jī)的u相輸出端u，其過(guò)流保護(hù)的原理與上述下橋電路的原理相同，在此不再贅述。

對(duì)于交流電機(jī)的w相和v相，其同樣具有上述u相驅(qū)動(dòng)回路中的各種結(jié)構(gòu)且工作原理相近，在此不再贅述。

本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，例如，在其他實(shí)施例中，所述第二比較電壓v2也可以是預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)電壓，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。