一种无传感器的SiCMOSFET电流检测电路的制作方法

本实用新型属于电力电子应用技术领域，涉及一种无传感器的sicmosfet电流检测电路。

背景技术：

sicmosfet因耐高压和高温、开关速度快、通态损耗小等优异特性，在未来智能电网电力变换器领域展现出巨大的应用潜力。目前电力变换器所使用的sicmosfet漏极电流检测主要是通过霍尔电流传感器实现的，以常用的三相两电平sicmosfet并网电力变换器拓扑为例，若要检测变换器上6个sicmosfet的电流，则需要配置6个霍尔电流传感器，常规的电力并网变换器控制还需要3个交流相电流及1个直流电流，那么共需10个霍尔电流传感器；而针对中压系统常用的三电平并网电力变换器拓扑，则共需要16个霍尔电流传感器。过多的电流传感器不仅会增加电力变换器的体积和成本，同时也会增加电力变换器主回路的杂散电感等，危及电力变换器的安全工作及稳定运行，也不利于电力变换器功率密度的提升。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种无传感器的sicmosfet电流检测电路，该电路通过sicmosfet的漏源电压就可以检测出电力变换器中sicmosfet的漏极电流，为各种电力变换器的数字控制系统提供sicmosfet的实时电流。

本实用新型所采用的技术方案是，一种无传感器的sicmosfet电流检测电路，包括漏源电压检测单元，漏源电压检测单元依次连接sicmosfet的漏极d、源极s、电流检测选通单元以及信号调理单元；电流检测选通单元同时连接sicmosfet的栅极g和源极s、以及信号调理单元；信号调理单元还连接dsp控制器单元；dsp控制器单元通过通信端口、i/o口和d/a转换口输出所测电流；sicmosfet驱动单元连接sicmosfet的栅极g。

本实用新型的特点还在于，

漏源电压检测单元包括电阻rcd1和rcd2，电阻rcd1的一端连接sicmosfet的漏极d，电阻rcd1另一端连接rcd2、电流检测选通单元以及信号调理单元，电阻rcd2的另一端连接sicmosfet源极s。

电流检测选通单元包括电阻rcb1、电阻rcb2和三极管tc1，电阻rcb1连接sicmosfet的栅极g以及sicmosfet驱动单元，电阻rcb1另一端连接电阻rcb2以及三极管tc1的基极b；电阻rcb2的另一端连接参考地gnd0；三极管tc1为pnp型三极管，三极管tc1的发射极e连接着电阻rcd1、电阻rcd2以及信号调理单元，三极管tc1的基极b连接着电阻rcb1与电阻rcb2，三极管tc1的集电极c连接着参考地gnd0。

电阻rcd1另一端连接信号调理单元的rc1。

信号调理单元包括电阻rc1，电阻rc1的一端连接三极管tc1的发射极e，电阻rc1的另一端连接着电容c1以及线性光耦u1a的输入侧第二端口+vin，电容c1的另一端连接线性光耦u1a的输入侧第三端口-vin和第四端口，线性光耦u1a输入侧第一端口连接外部供电电源vcc1，线性光耦u1a的输入侧第四端口连接gnd0；线性光耦u1a的输出侧第一端口连接外部供电电源vcc2，线性光耦u1a的输出侧第二端口+vout连接电阻rc2，线性光耦u1a的输出侧第三端口-vout连接电阻rc3，线性光耦u1a的输出侧第四端口为信号调理单元输出参考地gnd；电阻rc2的另一端连接电阻rc4以及运算放大器u2a的反相输入端，电阻rc3的另一端连接着电阻rc5以及运算放大器u2a的同相输入端，电阻rc5的另一端连接gnd；运算放大器u2a的输出端连接着电阻rc4的另一端以及电阻rc6；电阻rc6的另一端连接电阻rc8以及运算放大器u2b的反相输入端，电阻rc7一端连接gnd，另一端连接运算放大器u2b的同相输入端，运算放大器u2b的输出端同时连接电阻rc8的另一端、二极管d1的阳极、二极管d2的阴极和dsp控制器单元的a/d口；二极管d1的阴极连接外部电源vcc3，二极管d2的阳极连接gnd。

本实用新型的有益效果是，通过sicmosfet漏极电流与漏源电压的关系，通过并联电阻来获取sicmosfet导通时的电压，通过三极管选择检测仅在sicmosfet导通时的电流，屏蔽了sicmosfet断态时承受的高电压，保障了信号调理单元的安全运行；通过sicmosfet漏极电流和漏源电压之间的关系，即可在dsp控制ccs软件中实时显示检测的电流，无需示波器，大大降低了成本，提高了sicmosfet漏极电流检测的便利性；也可将此电流传给相应的监控设备；也可用于智能电网电力变换器的交流侧和直流侧电流重构和故障检测中，大大降低变换器系统的成本，提高了其功率密度。

附图说明

图1是本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路的结构示意图；

图2是本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路的内部结构示意图；

图3是本实用新型中sicmosfet所选型号sch2080ke的输出特性曲线；

图4是本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路的实验测试电路；

图5(a)、(b)是本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路实施例中测得的漏极电流波形；

图6是本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路实施例在dsp的ccs软件中显示的漏极电流波形。

图中，1.漏源电压检测单元，2.电流检测选通单元，3.信号调理单元，4.dsp控制器单元，5.sicmosfet驱动单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路，该电路为各种电力变换器的数字控制器dsp提供sicmosfet的实时电流。该检测电路也适用于其他类型的功率器件。

如图1所示，包括漏源电压检测单元1、电流检测选通单元2、信号调理单元3、dsp控制器单元4、sicmosfet驱动单元5。

漏源电压检测单元1依次连接着sicmosfet的漏极d、源极s、电流检测选通单元2以及信号调理单元3；电流检测选通单元2同时连接着sicmosfet的栅极g和源极s、以及信号调理单元3；信号调理单元3还连接dsp控制器单元4；dsp控制器单元4通过通信端口、i/o口和d/a转换可以输出所测电流；sicmosfet驱动单元5连接着sicmosfet的栅极g。

如图2所示，sicmosfet的漏极d连接电阻rcd1；sicmosfet的栅极g连接着电阻rcb1与sicmosfet驱动单元5；sicmosfet的源极s连接着电阻rcb2、电阻rcd2、信号调理单元3输入侧第四端口gnd0以及sicmosfet驱动单元5的另一端。sicmosfet驱动单元5连接着sicmosfet的栅极g与源极s，其作用是能够产生控制sicmosfet开通和关断的电压信号。

漏源电压检测单元1包括电阻rcd1和rcd2。电阻rcd1的一端连接sicmosfet的漏极d，电阻rcd1另一端连接rcd2、电流检测选通单元2以及信号调理单元3的rc1，电阻rcd2的另一端连接sicmosfet源极s。

电流检测选通单元2包括电阻rcb1、电阻rcb2和三极管tc1。电阻rcb1连接sicmosfet的栅极g以及外部sicmosfet驱动单元5，电阻rcb1另一端连接电阻rcb2以及三极管tc1的基极b；电阻rcb2的另一端连接参考地gnd0；三极管tc1为pnp型三极管，三极管tc1的发射极e连接着电阻rcd1、电阻rcd2以及信号调理单元3的rc1，三极管tc1的基极b连接着电阻rcb1与电阻rcb2，三极管tc1的集电极c连接着参考地gnd0。

信号调理单元3包括电阻rc1，电阻rc1的一端连接三极管tc1的发射极e，电阻rc1的另一端连接着电容c1以及线性光耦u1a的输入侧第二端口+vin，电容c1的另一端连接线性光耦u1a的输入侧第三端口-vin和第四端口，线性光耦u1a输入侧第一端口连接外部供电电源vcc1，线性光耦u1a的输入侧第四端口连接gnd0；线性光耦u1a的输出侧第一端口连接外部供电电源vcc2，线性光耦u1a的输出侧第二端口+vout连接电阻rc2，线性光耦u1a的输出侧第三端口-vout连接电阻rc3，线性光耦u1a的输出侧第四端口为信号调理单元3输出参考地gnd；电阻rc2的另一端连接电阻rc4以及运算放大器u2a的反相输入端，电阻rc3的另一端连接着电阻rc5以及运算放大器u2a的同相输入端，电阻rc5的另一端连接gnd；运算放大器u2a的输出端连接着电阻rc4的另一端以及电阻rc6；电阻rc6的另一端连接电阻rc8以及运算放大器u2b的反相输入端，电阻rc7一端连接gnd，另一端连接运算放大器u2b的同相输入端，运算放大器u2b的输出端同时连接电阻rc8的另一端、二极管d1的阳极、二极管d2的阴极和dsp控制器单元4的a/d口；二极管d1的阴极连接外部电源vcc3，二极管d2的阳极连接gnd。

本实用新型所使用的sicmosfet的型号为日本罗姆公司sch2080ke，其输出特性曲线如图3所示。

本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路工作过程为，按照如下步骤实现：

步骤1，查阅所使用sicmosfet数据手册，根据数据手册提供的sicmosfet输出特性曲线以及实际的驱动电压ug，参见图3，确定sicmosfet漏极电流id与其漏源电压uds之间的关系

id＝f(ug,uds)(1)；

步骤2，根据漏源电压检测单元1和信号调理单元3的参数确定sicmosfet漏源电压uds与信号调理电路输出至dsp控制器a/d端口的电压uds/dsp之间的比例关系：

步骤3，将步骤1确定的id与uds之间的关系输入dsp控制器单元中；

步骤4，将信号调理单元3的输出与dsp控制器单元4相连，接通基于dsp的sicmosfet漏极电流检测电路电源，接通sicmosfet驱动单元，接通sicmosfet主电路，如图4，即可检测到sicmosfet的漏极电流。

接通电路后，sicmosfet驱动单元5控制sicmosfet导通时，与sicmosfet并联的漏源电压检测单元1将获得sicmosfet漏源电压，该漏源电压经过分压电阻rcd1和rcd2分压，送给信号调理单元3。在信号调理单元3中，漏源电压信号首先经过线性光耦u1a进行光电隔离，然后经过两级反向运算放大器u2a、u2b对电压信号进行放大，再将此时的电压信号输出给dsp控制器4的a/d口。当驱动控制sicmosfet关断时，电流检测选通单元中的三极管tc1导通，此时漏源电压检测单元1中的电压信号便会被屏蔽，使得后级信号调理单元3输入电压为0，此时将不检测电流。

如图4为一种无传感器的sicmosfet电流检测电路的测试电路，其中t1、t2均为sicmosfet，sicmosfet驱动单元5供给t1管pwm控制脉冲，sicmosfet驱动单元5给t2管加封锁脉冲，t2管不导通。t1的漏极连接电源udc的阳极，电源udc的阴极与t2的源极相连，t2的漏极与t1的源极相连，电阻电感串联负载并联于t2管的漏极和源极两端。

实施例

t1和t2管选用rohm公司的型号为sch2080ke的sicmosfet。

本实用新型一种无传感器的sicmosfet电流检测电路的测试主电路参数：电源udc为10v，电阻r的值为5ω，电感l＝0h。本实用新型漏源电压检测方法的电路参数：rcd1＝23kω，rcd2＝1kω；u1a放大倍数为8；rc2,rc3、rc4、rc5均为2kω，所以u2a放大比例为1；rc6、rc7、rc8分别为2k、2k、6k，所以u2b放大比例为3；故sicmosfet漏源电压uds与信号调理电路输出至dsp控制器a/d端口的电压uds/dsp之间的比例关系λ＝1.05。

图5(a)和(b)为在图4的实施例下，通过示波器检测的sicmosfet漏极电流的波形.

图5(a)从上到下依次为：

第一个波形代表事例工况下上桥臂sicmosfet栅源极驱动电压ugs；

第二个波形代表上桥臂sicmosfet的漏源电压uds；

第三个波形代表事例工况下负载r的电压，也就是负载电流，间接表示sicmosfet的漏极电流id；

图5(b)从上到下依次为：

第一个波形代表事例工况下负载r的电压，也就是负载电流，间接表示sicmosfet的漏极电流id；

第二个波形代表事例工况下本实用新型图2检测电路的输出uds/dsp。

当t1导通时，sicmosfet漏源电压经由本实用新型检测电路输出到dsp中，根据图5(b)uds/dsp＝210mv，根据硬件电路参数，实际的sicmosfet漏源电压应为uds＝210mv；

根据图3中sicmosfet输出特性曲线id＝f(ug,uds)，当驱动电压ugs为20v时，可得sicmosfet漏极电流为id＝2.1a。

当t1关断时，三极管tc1导通，因此sicmosfet关断期间的电压便被三极管tc1屏蔽，此时调理电路输出电压为uds/dsp＝0v。

图6为在图4的实施例工况下，通过ccs软件查看到的在dsp中检测到的sicmosfet漏源电压uds/dsp以及漏极电流，可以看出采用本实用新型方法检测的sicmosfet漏极电流与图5中实际测得的sicmosfet漏极电流id保持一致。