控制電路中晶體管的短路保護方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于電子電路領域，特別是關于對采用晶體管并聯驅動電機的控制電路的晶體管進行短路保護的方法。
【背景技術】
[0002]大功率低壓電機控制器架構中一般使用MOSFET多管并聯的方式實現功率控制電路，在控制器工作中出現異常時，電源電容正極和負極通過MOSFET短路，而MOSFET內阻很小，一般為幾毫歐，回路阻抗是PCB電路板走線及MOSFET內阻之和。此時回路峰值電流會很高，瞬間超過MOSFET最高允許工作電流，即di/dt電流對時間的變化率會突然增大。此時不保護及時關斷MOSFET，MOSFET超出安全工作區域引起發熱，發熱溫度超過溝道溫度會導致MOSFET熱擊穿損壞。
[0003]目前大功率驅動器使用MOSFET多管并聯方式做控制電路中，因工作電流大無法使用采樣電阻進行電流檢測做MOSFET短路保護，一般采用霍爾電流傳感器的方式采集當前電流控制。但是霍爾傳感器自身響應時間長，無法滿足MOSFET短路保護時間要求，只能做過流檢測。
[0004]因此，有必要提供一種方法，在回路電流過大時對MOSFET管進行保護，防止MOSFET熱擊穿損壞。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種在回路電流過大時對MOSFET管進行保護，防止MOSFET熱擊穿損壞的方法。
[0006]為達成前述目的，本發明一種控制電路中晶體管的短路保護方法，其包括采集晶體管所在回路的一段環路電感兩端的感生電動勢U，將所述感生電動勢U與預定參考電壓Vref進行比較，如果所述環路電感兩端的感生電動勢U大于預定參考電壓Vref，則晶體管短路保護電路輸出控制信號控制晶體管的驅動信號使晶體管關斷。
[0007]根據本發明的一個實施例，是采用電壓比較器比較所述環路電感兩端的感生電動勢U和所述預定參考電壓Vref，當所述環路電感兩端的感生電動勢U大于預定參考電壓Vref時，所述電壓比較器輸出控制信號，使晶體管短路保護電路輸出前述控制晶體管關斷的驅動信號。
[0008]根據本發明的一個實施例，所述預定參考電壓Vref為晶體管導通后所述環路電感的電流隨時間的變化率di/dt的最大允許值乘以所述環路電感的電感值L。
[0009]根據本發明的一個實施例，所述環路電感為通過銅箔引線的方式截取的回路中的一段銅箔的電感。
[0010]根據本發明的一個實施例，所述晶體管短路保護電路輸出控制信號控制晶體管的驅動信號，使晶體管截止導通具體為采用下拉電阻強制將晶體管驅動信號拉低，使晶體管截止導通。
[0011]根據本發明的一個實施例，其進一步包括設定晶體管短路保護的預定時間，當晶體管短路保護時間達到預定時間時，停止晶體管短路保護。
[0012]本發明的檢測電感的方法做多管并聯MOSFET短路保護，電路實現簡單，檢測電流對時間變化率線性度好，具有較高的準確度，硬件成本低，MOSFET短路保護響應時間可調，
可靠性高。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的一個實施例的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明的具體實施例進行說明。
[0015]請參閱圖1所示，其顯示本發明的一個實施例的電路示意圖。在該實施例中，該控制電路是用于控制高壓清洗機的電機的控制電路。如圖1所示，該控制電路中采用六個MOSFET晶體管組成三相橋式驅動電路。其中每一相驅動電路包括兩個相串聯的MOSFET晶體管，相互串聯的兩個MOSFET晶體管與電源的正負極相連，在正常工作時，每一相的兩個MOSFET晶體管交替導通，使電機的一相線圈通電，驅動電機旋轉。關于MOSFET晶體管組成的三相橋式驅動電路的具體原理及工作方式此處不再詳細說明。
[0016]如圖1所示，當電路出現異常時，電源電容正極和負極通過Mosfet短路，而Mosfet內阻很小，一般為幾毫歐，回路阻抗是PCB電路板走線及Mosf et內阻之和。此時峰值電流會很高，瞬間超過Mosfet最高允許工作電流，即di/dt電流對時間的變化率會突然增大。此時不保護及時關斷Mosfet，Mosfet超出安全工作區域引起發熱，發熱溫度超過溝道溫度導致熱擊穿損壞。
[0017]本發明在電源電容正極到Mosfet通過電機返回電容負極環路中取一段環路電感，通過銅箔引線的方式截取，其中該段銅箔的環路電感是固定值L，該環路電感的感生電動勢U=L*di/dt，因為環路電感的電感值L是固定值，則通過測量環路電感兩端的感生電動勢U，即可計算出電路中電流對時間的變化率di/dt=U/L。為保護MOSFET晶體管避免MOSFET晶體管發熱溫度超過溝道溫度導致熱擊穿損壞，電路中電流對時間的變化率di/dt必須小于MOSFET晶體管熱擊穿所允許的di/dt的最大值。因為所取一段環路電感的電感值L為固定值，所取一段環路電感兩端的感生電動勢U=L*di/dt，即該感生電動勢U與電路中電流對時間的變化率di/dt成正比，采集該段環路電感兩端的感生電動勢U,即可計算回路中的電流對時間的變化率di/dt。可以設定電路中di/dt的最大值乘以所取一段環路電感的電感值L作為參考電壓Vref，通過電壓比較器對采集的該段環路電感兩端的感生電動勢U與參考電壓Vref進行比較，當環路電感兩端的感生電動勢U大于參考電壓Vref，則表示回路中的電流對時間的變化率超過所允許的電流對時間的變化率最大值，需要對MOSFET晶體管進行保護，此時MOSFET短路保護電路輸出控制信號控制MOSFET的驅動信號使其發生變化，使晶體管截止導通，晶體管關斷，實現對晶體管的短路保護。Mosfet需要G極驅動電路，驅動信號一般為PWM波一類，高電平有效。短路保護電路是電感上電壓采樣的運算放大電路輸出進入電壓比較器，電壓比較器輸出邏輯電平可以強制關閉Mosfet的G極驅動電路信號(表現為Mosfet的G極驅動信號強制拉為低電平)，G極驅動信號關閉后，Mosfet關閉(表現為DS極不導通)即實現Mosfet短路保護功能。
[0018]在MOSFET短路保護電路內可以設置計時器，設定MOSFET短路保護的預定時間，當MOSFET短路保護時間達到預定時間時，停止MOSFET短路保護。
[0019]在前述實施例中是由MOSFET管組成的三相橋式驅動電路，在其他實施例中也可以采用其他晶體管組成驅動電路，其保護電路方法可以與前述MOSFET管組成的驅動電路的保護方法相同，此處不再一一圖示舉例說明。
[0020]需要說明的是:以上實施例僅用于說明本發明而并非限制本發明所描述的技術方案，盡管本說明書參照上述的實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，所屬技術領域的技術人員仍然可以對本發明進行修改或者等同替換，而一切不脫離本發明的精神和范圍的技術方案及其改進，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1.一種控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:該方法包括采集晶體管所在回路的一段環路電感兩端的感生電動勢U，將所述感生電動勢U與預定參考電壓Vref進行比較，如果所述環路電感兩端的感生電動勢U大于預定參考電壓Vref，則晶體管短路保護電路輸出控制信號控制晶體管的驅動信號使晶體管關斷。
2.根據權利要求1所述的控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:采用電壓比較器比較所述環路電感兩端的感生電動勢U和所述預定參考電壓Vref，當所述環路電感兩端的感生電動勢U大于預定參考電壓Vref時，所述電壓比較器輸出控制信號，使晶體管短路保護電路輸出前述控制晶體管關斷的驅動信號。
3.根據權利要求1所述的控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:所述預定參考電壓Vref為晶體管導通后所述環路電感的電流隨時間的變化率di/dt的最大允許值乘以所述環路電感的電感值L。
4.如權利要求1所述的控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:所述環路電感為通過銅箔引線的方式截取的回路中的一段銅箔的電感。
5.如權利要求1所述的控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:所述晶體管短路保護電路輸出控制信號控制晶體管的驅動信號使晶體管截止導通具體為采用下拉電阻強制將晶體管驅動信號拉低，使晶體管截止導通。
6.如權利要求1所述的控制電路中晶體管的短路保護方法，其特征在于:其進一步包括設定晶體管短路保護的預定時間，當晶體管短路保護時間達到預定時間時，停止晶體管短路保護。
【專利摘要】本發明提供一種控制電路中晶體管的短路保護方法，該方法包括采集晶體管所在回路的一段環路電感兩端的感生電動勢U，將所述感生電動勢U與預定參考電壓Vref進行比較，如果所述環路電感兩端的感生電動勢U大于預定參考電壓Vref，則晶體管短路保護電路輸出控制信號控制晶體管的驅動信號使其發生變化，使晶體管截止導通，實現對晶體管的短路保護。
【IPC分類】H02H7-20
【公開號】CN104600677
【申請號】CN201510016545
【發明人】封雷
【申請人】常州格力博有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月14日