一种低成本高性能MOSFET电流检测电路及方法

摘要

本发明公开了一种低成本高性能MOSFET电流检测电路及方法，其中检测电路包括：电路采样模块，用于采集MOSFET的电流信号；放大钳位模块，用于对所述电流信号进行放大且钳位；滤波模块，用于对放大后的电流信号进行滤波，以及将滤波后的电流信号输入芯片中。本发明提供一种新型的MOSFET电流采样应用电路，电路结构简单以及功耗低，具有低成本和可靠性高的有益效果，可应用于如电动自行车、电动三轮车及车载空调的MOSFET的电流检测。本发明可广泛应用于电力电子应用技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子应用技术领域，尤其涉及一种低成本高性能MOSFET电流检测电路及方法。

背景技术

专利号为CN201510135784.3、CN201110391321.5的现有专利对中小功率MOSFET开关元件的电流采样电路做了详述，前者是对高压MOSFET电流采样，但在低压MOSFET电流采样领域成本不适用；而后者虽然适用低压MOSFET电流采样，但采用了采样电阻，增大了其功率损耗及采样电阻成本。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种低成本高性能MOSFET电流检测电路及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种低成本高性能MOSFET电流检测电路，包括：

电路采样模块，用于采集MOSFET的电流信号；

放大钳位模块，用于对所述电流信号进行放大且钳位；

滤波模块，用于对放大后的电流信号进行滤波，以及将滤波后的电流信号输入芯片中。

进一步，所述电路采样模块包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述第四电阻的一端与MOSFET的漏极连接，所述第四电阻的另一端通过第五电阻与所述放大钳位模块的第一输入端连接；

所述第六电阻的一端与MOSFET的源极连接，所述第六电阻的另一端与所述放大钳位模块的第二输入端连接。

进一步，所述放大钳位模块包括第七电阻、第八电阻和运算放大器；

所述运算放大器的同相输入端作为所述放大钳位模块的第一输入端，所述运算放大器的反相输入端作为所述放大钳位模块的第二输入端；

所述第七电阻的一端连接电源，所述第七电阻的另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；

所述第八电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第八电阻的另一端与所述运算放大器的输出端连接。

进一步，所述放大钳位模块还包括二极管；

所述二极管的正极与所述运算放大器的同相输入端连接，所述二极管的负极与所述运算放大器的反相输入端连接。

进一步，所述滤波模块采用电容来实现。

本发明所采用的另一技术方案是：

应用于上所述的一种低成本高性能MOSFET电流检测电路的工作方法，包括以下步骤：

获取运算放大器的输出电压，根据所述输出电压计算MOSFET的漏极和源极之间的电压差；

根据所述电压差和MOSFET的导通电阻计算流经MOSFET的电流。

本发明的有益效果是：本发明提供一种新型的MOSFET电流采样应用电路，电路结构简单以及功耗低，具有低成本和可靠性高的有益效果，可应用于如电动自行车、电动三轮车及车载空调的MOSFET的电流检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例中一种低成本高性能MOSFET电流检测电路的结构框图；

图2是本发明实施例中一种低成本高性能MOSFET电流检测电路的电子电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种低成本高性能MOSFET电流检测电路，包括：

电路采样模块，用于采集MOSFET的电流信号；

放大钳位模块，用于对电流信号进行放大且钳位；

滤波模块，用于对放大后的电流信号进行滤波，以及将滤波后的电流信号输入芯片中。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，电路采样模块包括第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；

第四电阻R4的一端与MOSFET的漏极连接，第四电阻R4的另一端通过第五电阻R5与放大钳位模块的第一输入端连接；

第六电阻R6的一端与MOSFET的源极连接，第六电阻R6的另一端与放大钳位模块的第二输入端连接。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，放大钳位模块包括第七电阻R7、第八电阻R8和运算放大器U1；

运算放大器U1的同相输入端作为放大钳位模块的第一输入端，运算放大器U1的反相输入端作为放大钳位模块的第二输入端；

第七电阻R7的一端连接电源，第七电阻R7的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接；

第八电阻R8的一端与运算放大器U1的反相输入端连接，第八电阻R8的另一端与运算放大器U1的输出端连接。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，放大钳位模块还包括二极管D1；

二极管D1的正极与运算放大器U1的同相输入端连接，二极管D1的负极与运算放大器U1的反相输入端连接。

进一步作为可选的实施方式，滤波模块采用电容来实现。参见图2，具体采用电容C1来实现。

以下结合图2对上述检测电路的工作原理进行具体说明。

只有当下管(即MOS2)导通时才会有采样电流，因此下管关断，此时运算放大器输出至芯片的AD值无，即此时刻无需采样。

当下管导通且对应此时无电流时，对应MOSFET上下电位无压差，即V+＝V-，此时有：

此时解出：

设定VDD＝3.3，R4＝R5＝20k，R6＝2k，R7＝100k，R8＝1.5k，代入式(2)得到：

Vo＝1.65V，因此方便识别当MOSFET有电流流过且电流大于0时，Vo＞1.65V，当MOSFET有电流流过且电流小于0时，Vo＜1.65V，且电流正负对称。

当MOSFET有电流流过时，即V

解出(3)式得到：V

而V

其中二极管D1起到钳位作用，当输入采样电流过大超过其采样范围时把其转换电压钳位至二极管管压降(如0.7V或1.3V，具体看不同场合)，C1起到滤波作用，把采样输入的高频信号给滤除掉。

综上所述，本实施例相对于现有技术，具有如下有益效果：

(1)本实施例提供一种新型MOSFET电流采样应用电路，该MOSFET电流采样电路简单、功耗低、板载体积小、成本低廉，可靠性高，有很好的经济及社会应用价值。

(2)本实施例的IGBT中小驱动应用电路不需要增加外部采样元件，可以进一步降低了板载功耗。

(3)本实施例中小功率IGBT驱动应用电路范围广，可在车载空调MOSFET驱动采样、电动自行车，电动三轮车及反激式开关电源应用领域。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。