具有均流保护的MOSFET并联驱动电路的制作方法

本实用新型涉及一种MOSFET并联驱动电路，尤其是一种具有均流保护的MOSFET并联驱动电路。

背景技术：

随着电动汽车行业的发展，作为电动汽车的重要组成部分——电机控制器的成败决定了电动车的好与坏。电机控制器用通常具有很高的功率密度，因为单个MOSFET的导通电流较小，所以更多的采用MOSFET并联的方式来获取较大的功率，来满足低压大电流的应用场合。

理论上MOSFET的漏极电流ID具有负温度系数，有自动均流和均温的作用，在并联时无需使用平衡器件电流的限流电阻和温度补偿电阻，但由于MOSFET自身参数和电路参数的不均衡，会导致器件并联应用时出现电流分配不均的问题，严重时会导致MOSFET过载而失效。

目前最常用的改善MOSFET均流方案有以下几种：

1、选用同型号、同批次、内部参数分散性小的MOSFET进行并联。

2、通过器件对称布局，采用低电感布线，减小杂质电感和分布电容。

3、MOSFET间尽量靠近，采用紧密的热耦合，置于同一散热片上，使器件的温度尽量一致。

由于受到工艺水平和产品结构的限制，上述的几个关键点在实际应用中很难100%得到保证，因此对于MOSFET的过流保护就显得尤为重要。

但是不管是电流传感器采样后的过流保护，还是从MOSFET驱动端采样后的过流保护，都只能检测到控制器输出端的总电流，而无法做到对于单个MOSFET的过流保护，也就是说，传统的电流采样和保护无法检测MOSFET并联后的均流效果并对其进行有效的过流保护。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有均流保护的MOSFET并联驱动电路。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，包括至少一个由一组MOSFET并联形成的并联电路及驱动一组所述MOSFET工作的驱动电路，还包括与每个并联电路匹配的电压采集电路和逻辑或比较电路，每个所述电压采集电路用于采集所述并联电路中的每个MOSFET对应的电压信号，并输送给对应的逻辑或比较电路，当所述逻辑或比较电路判断N个电压信号中的一个超过其接收的参考电压时，所述逻辑或比较电路输出低电平断开对应的驱动电路的驱动信号输出。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：

所述并联电路为2个且它们分别与一个驱动电路、电压采集电路及逻辑或比较电路连接并共同形成上桥回路和下桥回路，所述上桥回路和下桥回路用于交流电机的三相驱动电路中的至少一相；

所述上桥回路中的每个MOSFET的漏极通过所述电压采集电路接直流电源正极，所述上桥回路中的每个MOSFET的栅极分别通过一电阻连接上桥驱动电路，所述上桥回路中的每个MOSFET的源极接交流电机的U相输出端或V相输出端或W相输出端；

所述下桥回路中的每个MOSFET的漏极接交流电机的U相输出端或V相输出端或W相输出端，所述下桥回路中的每个MOSFET的栅极分别通过一电阻连接下桥驱动电路，所述下桥回路中的每个MOSFET的源极通过电压采集电路接直流电源负极。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述电压采集电路包括N个采样电阻，

所述上桥回路中的每个采样电阻的一端接一个MOSFET的漏极及所述逻辑或比较电路,每个采样电阻的另一端接直流电源正极；

所述下桥回路中的每个采样电阻的一端接一个MOSFET的源极及所述逻辑或比较电路,每个采样电阻的另一端接直流电源负极。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述采样电阻为大功率低阻值的金属膜电阻。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述采样电阻的阻值R满足如下公式：

R=（V×N）/（I_总×n）

其中，V是单个MOSFET允许流过的最大漏极电流I_DMAX在采样电阻上产生的电压或参考电压，N为并联MOSFET的数量，I_总为总的最大输出电流，n为预留量，取值为X%×I_总，X取非负数。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述X取值在10-20之间。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述逻辑或比较电路包括N个并联的比较器，每个比较器的反向输入端接收一个MOSFET对应的电压信号，每个比较器的正向输入端接同一参考电压端，每个所述比较器的输出端均连接所述驱动电路中的缓冲器。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述参考电压由温度补偿电路生成，所述温度补偿电路包括串接的分压电阻及温度采样电阻，所述分压电阻的一端接电源端，所述温度采样电阻的一端接地，它们的连接端共同连接到每个比较器的正向输入端。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述温度采样电阻为负温度系数热敏电阻并与MOSEFT紧邻设置。

优选的，所述的具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，其中：所述具有均流保护的MOSFET并联驱动电路至少应用于低电压大功率电机控制器的驱动电路中。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：

本实用新型设计精巧，电路简单，通过采样电阻采集的电压来反应单个MOSFET流过的漏极电流，将多个电压信号与参考电压进行比较，结合逻辑或的控制原则进行MOSFET驱动信号的输出管理，从而实现了MOSFET并联应用中对单个MOSFET的过流检测和保护，进而实现了并联电路的整体保护，从系统保护和可靠性方面来说，进一步完善了MOSFET并联技术和应用，使对该并联技术的过流保护更加全面和系统。

省去了电流传感器的结构，有利于降低成本；同时，由于没有软件介入，因此相应速度快，可靠性高。

通过对采样电阻的优选及阻值的控制，从而有利于避免各支路电流流过采样电阻后生产热损耗。

由于结合了温度补偿电路来进行补偿，当MOSFET所处环境温度较高时，通过温度采样，能够自动降低保护点的电流对应的电压值，从而起到保护控制器硬件的效果；反之，当MOSFET所处的环境温度较低时，自动升高保护点的电流对应的电压值，允许控制器输出更大的电流，因此能适应复杂的工况条件，同时由于对温度采样电阻的优选以及对分压电阻的阻值研究，从而保证在进行保护时，能够以电流变化为主要保护因素，以温度因此进行细微的补偿。

附图说明

图1 是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中下桥回路的电路图；

图3是本实用新型实施例2中下桥回路的电路图。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

实施例1

本实用新型揭示了具有均流保护的MOSFET并联驱动电路，至少应用于低电压大功率电机控制器的驱动电路中。

所述具有均流保护的MOSFET并联驱动电路包括至少一个由一组MOSFET并联形成的并联电路1以及与每个并联电路1匹配的用于驱动其工作的驱动电路2 ，如附图1所示，所述并联电路1为2个，它们分别连接一驱动电路2以及下述的电压采集电路3、逻辑或比较电路4并且共同配合形成上桥回路和下桥回路。

所述上桥回路及下桥回路至少用于交流电机的三相驱动电路中的一相，以应用到U相为例，所述上桥回路中的每个MOSFET的漏极通过电压采集电路接直流电源正极DC+，所述上桥回路中的每个MOSFET的栅极分别通过一电阻连接上桥驱动电路，所述上桥回路中的每个MOSFET的源极接U相输入端。

如附图2所示，所述下桥回路中的每个MOSFET的漏极接交流电机的U相输出端U，所述下桥回路中的每个MOSFET的栅极分别通过一电阻RG1，RG2，…RGN连接下桥驱动电路，所述下桥回路中的每个MOSFET的源极通过电压采集电路3接直流电源负极DC-。

其中，所述上桥驱动电路及下桥驱动电路分别用于驱动与其连接的所述并联电路1中的MOSFET工作， 它们均包括缓冲器U2，所述缓冲器U2的输入端连接MOSFET门极驱动信号端GATE，所述缓冲器U2的输出端分别通过电阻RG1，RG2，…RGN连接各MOSFET的栅极，通过所述缓冲器U2的导通和关断来控制所述MOSFET门极驱动信号的输出与否。每个所述缓冲器U2的导通和关断通过与每个并联电路1匹配的电压采集电路3和逻辑或比较电路4来控制，每个所述电压采集电路3用于采集所述并联电路1中的每个MOSFET对应的电压信号，并输送给对应的逻辑或比较电路4，所述逻辑或比较电路4判断N个电压信号中的一个超过其接收的参考电压时，所述逻辑或比较电路4输出低电平断开对应的驱动电路1的驱动信号输出。

详细来说，如附图2所示，每个所述电压采集电路3包括N个采样电阻RS1，RS2，…RSN，每个采样电阻的一端接一个MOSFET的源极及所述逻辑或比较电路4中的一个比较器,每个采样电阻的另一端接直流电源负极DC-。

所述上桥回路中的电压采集电路3（图中未示出）与下桥回路中的结构相近，原理相同，区别在于：所述上桥回路中的每个采样电阻的一端接一个MOSFET的漏极，每个采样电阻的另一端接直流电源正极DC+。

不同于传统的电流传感器采样，本电路在MOSFET源极串联大功率小阻值的采样电阻RS1，RS2， … RSn，检测每一个并联支路的漏极电流ID，根据如下公式

V1 = ID1 × RS1，V2 = ID2 × RS2， …… Vn = IDn × RSn

可以通过采样电阻RS1，RS2…RSN得到各个并联支路所对应的采样电压，输入至所述逻辑或比较电路进行过流触发，不仅省去了电流传感器，降低了成本，同时不需要软件介入，响应快，可靠性高。并且，实际应用时，优选所述采样电阻RS1，RS2…RSN为大功率低阻值的金属膜电阻，其阻值应尽量小，以免各支路电流流过采样电阻后产生热损耗，对应的，所述采样电阻RS1，RS2…RSN的阻值R满足如下公式：

R=（V×N）/（I_总×n）

其中，V是单个MOSFET允许流过的最大漏极电流I_DMAX在采样电阻上产生的电压或参考电压，N为并联MOSFET的数量，I_总为总的最大输出电流，n为预留量，取值为X%×I_总，X取非负数，优选所述X取值在10-20之间。

譬如，当允许的最大输出电流为200A，共5个MOSFET并联，计算出单个MOSFET的最大漏极电流I_DMAX优选为45A，如果所述参考电压选择90mV，应选取2mΩ/5W的采样电阻。

进一步，如附图2所示，每个所述逻辑或比较电路4包括N个并联的比较器U1，U2…UN，每个比较器的反向输入端连接一个MOSFET和采样电阻的连接端并接收该MOSFET对应的电压信号，每个比较器的正向输入端接同一参考电压端VREF，每个所述比较器的输出端均连接所述驱动电路1中的缓冲器U2。

实际应用时，根据采样电阻的阻值和单个MOSFET允许的最大漏极电流I_DMAX，可以确定比较电路的参考电压，具体来说，参考电压应该等于单个MOSFET允许流过的最大漏极电流I_DMAX（门限电流）在采样电阻上产生的电压，其中I_DMAX的值应该等于总的最大输出电流I_OUT 除以并联MOSFET的数量N，并且预留10%~20%的余量，即：

I_DMAX = (110%~120%) × I_OUT / N

一般这个参考电压的电压值都很低，需要精密的低压电压源来提供，上述案例中对应的参考电压应为90mV。

整个电路工作时，其过程如下：

每个采样电阻实时将并联各支路中电流采样产生的模拟电压信号输入与其连接的比较器，每个比较器将该模拟电压信号与预先设定的参考电压进行比较产生过压保护信号，所述逻辑或比较电路4的控制逻辑如下所述：

当所有支路电流对应的电压信号均小于所述参考电压时，所述逻辑或比较电路4输出为高电平，对应的驱动电路2中的缓冲器U2保持开通，MOSFET门极驱动信号保持正常输出。

当任何一个支路电流对应的电压信号超过预先设定的参考电压时，所述逻辑或比较电路4输出为低电平，从而关闭对应驱动电路中的缓冲器U2，从而关断MOSFET门极驱动信号的输出。

实施例2

本实施例的整体结构与实施例1相近，区别在于：如附图3所示，所述参考电压由温度补偿电路生成，所述温度补偿电路包括串接的分压电阻R4及温度采样电阻R5，所述分压电阻R4的一端接电源端，所述温度采样电阻R5的一端接地DC-，它们的连接端共同连接到每个比较器的正向输入端。

并且，优选所述温度采样电阻R5为负温度系数热敏电阻，即其阻值随着温度的升高而降低，随着温度的降低而升高，其布局在靠近MOSFET的位置，通过与分压电阻R4形成的电桥实时采样MOSFET附近的PCB温度，从而间接的反映MOSFET的壳温。

另外，当负温度系数热敏电阻选定后，可以通过改变分压电阻R4的阻值来调整温度补偿的灵敏度，当分压电阻R4的阻值越接近温度采样电阻R5阻值的变化范围时，温度补偿电路的灵敏度越高。

而在本实用新型中，为了使电流变化成为主要因素，温度因素只作为细微的补偿，因此温度补偿电路的灵敏性应保持低水平，即所述温度采样电阻的阻止变化幅度不会造成所述参考电压出现较大幅度的变化，对应的，设计所述分压电阻R4的阻值远离所述温度采样电阻R5的阻值变化范围以使根据如下公式计算的第二比较电压V2的变化幅度不超过设定值，

V2=VCC×R5/（R4+R5）

其中,VCC是电源端VCC输入电压。

具体工作时，其原理与实施例相近，区别在于：所述参考电压由所述温度补偿电路实时采集并输出给各个比较器产生比较信号，

在温度恒定的情况下，所述温度补偿电路生成的电压不变，其工作原理与实施例一相同。

在电流恒定的情况下，当MOSFET的环境温度升高时，所述负温度系数热敏电阻的阻值变小，对应的，所述参考电压降低，由于电流恒定，各所述比较器输出电压保持不变，当任何一个支路电流对应的电压信号超过温度补偿电路生成的参考电压时，所述逻辑或比较电路4输出为低电平，从而关闭对应驱动电路中的缓冲器U2，从而关断MOSFET门极驱动信号的输出。本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。