專利名稱：全橋開(kāi)關(guān)電路半橋兩臂直通的雙線交互式取樣方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種對(duì)全橋開(kāi)關(guān)電路出現(xiàn)的半橋雙臂直通、能實(shí)現(xiàn)快速取樣的方法及裝置，涉及開(kāi)關(guān)電源、尤其是開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管保護(hù)取樣技術(shù)。
全橋開(kāi)關(guān)電路中、含有二組半橋開(kāi)關(guān)電路，半橋的上、下兩臂是開(kāi)關(guān)管，各是一只或多只并接的一組。上、下兩臂開(kāi)關(guān)管相串接、跨接在開(kāi)關(guān)電源的供電線上。正常工作時(shí)，半橋兩臂開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通或間歇交替導(dǎo)通。該兩臂開(kāi)關(guān)管如若出現(xiàn)共同導(dǎo)通、就會(huì)將供電電源短接。若不及時(shí)將開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的話、輕者損壞開(kāi)關(guān)管，重者會(huì)引起開(kāi)關(guān)電源爆炸。這種本半橋雙臂直通現(xiàn)象、屢見(jiàn)不鮮。因此、它一直是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)上的一個(gè)令人注目的技術(shù)重點(diǎn)。
圖1所示的是一種現(xiàn)今廣為使用的半橋兩臂直通取樣技術(shù)。取樣器件H是電流互感器或電流傳感器，其取樣環(huán)套接在全橋開(kāi)關(guān)電路的電源供電回路中，它與全橋開(kāi)關(guān)電路A是一種串接關(guān)系。因此、流經(jīng)取樣環(huán)的電流不僅會(huì)是雙臂直通電流、更是全橋開(kāi)關(guān)電路正常工作供電電流，這就制約了兩臂直通取樣靈敏度。若開(kāi)關(guān)管額定峰值電流為80A，則兩臂直通最小取樣電流也就被制約在80A。而直通是從零電流開(kāi)始的，增長(zhǎng)至80A以后，取樣輸出信號(hào)才可被判定為兩臂直通信號(hào)。這種取樣延時(shí)會(huì)造成開(kāi)關(guān)管因不得不在大電流條件下關(guān)斷而受損壞。
本發(fā)明的目的，是尋找一種不受開(kāi)關(guān)管正常工作電流制約的一種新的取樣方法及裝置，以提高半橋兩臂直通取樣靈敏度及減小取樣延時(shí)。該目的已由本發(fā)明的稱之謂雙線交互式取樣法及其裝置予以實(shí)現(xiàn)。
圖2為本發(fā)明雙線交互式取樣法及其裝置的電原理圖。
圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例圖。
以下結(jié)合


本發(fā)明方法及其裝置。
圖2-1為全橋開(kāi)關(guān)電路的基本結(jié)構(gòu)圖，開(kāi)關(guān)管V1與V2組成左側(cè)半橋開(kāi)關(guān)電路，V1為上臂開(kāi)關(guān)管，V2為下臂開(kāi)關(guān)管；開(kāi)關(guān)管V3與V4組成右側(cè)半橋開(kāi)關(guān)電路，V3為上臂開(kāi)關(guān)管，V4為下臂開(kāi)關(guān)管。各側(cè)半橋上、下臂開(kāi)關(guān)管相串接，從串接連線上輸出該半橋的功率開(kāi)關(guān)，送往負(fù)載Rfz。本發(fā)明方法須改變?nèi)珮蜷_(kāi)關(guān)電路原來(lái)走線予以實(shí)現(xiàn)。它包括以下四個(gè)環(huán)節(jié)一、斷開(kāi)兩側(cè)半橋上、下臂開(kāi)關(guān)管的中間連線，改半橋單線輸出為雙線輸出，即上、下臂開(kāi)關(guān)管各自輸出，并規(guī)定由開(kāi)關(guān)管向外為輸出正方向，由箭頭表示(見(jiàn)圖2-2)。
二、選定電流取樣器件H，它們是電流互感器、電流傳感器或其它具有電流取樣功能的電流取樣器件。
三、將左側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管V1輸出線與右側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管V4輸出線，或者將左側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管V2輸出線與右側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管V3輸出線，同向引入或繞入電流取樣器件H的電流取樣環(huán)、或電流取樣區(qū)，并保持雙線相互電絕緣(見(jiàn)圖2-3)。
四、經(jīng)由取樣器件H出來(lái)的兩條輸出線，分別與各自原所在半橋的另一臂開(kāi)關(guān)管輸出線相連接，重新形成全橋開(kāi)關(guān)電路兩側(cè)半橋的兩條單線輸出線，送往負(fù)載Rfz(見(jiàn)圖2-3)。
在全橋開(kāi)關(guān)電路工作正常條件下，同向引入電流取樣器件H的雙輸出線，它們的電流是大小相等、方向相反，取樣環(huán)或取樣區(qū)內(nèi)是零電流，取樣器件H輸出零電流信號(hào)。而當(dāng)出現(xiàn)一側(cè)半橋兩臂直通時(shí)，該雙輸出線的電流是大小不相等，它們的絕對(duì)值之差正是兩臂直通電流。由電流取樣器件H輸出的取樣信號(hào)，即是直通電流信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明方法而設(shè)計(jì)的全橋開(kāi)關(guān)電路半橋兩臂電流直通取樣裝置是由電流取樣器件H與同向引入或同向繞入該器件電流取樣環(huán)或電流取樣區(qū)的兩條開(kāi)關(guān)管輸出線組成。兩條開(kāi)關(guān)管輸出線是全橋開(kāi)關(guān)電路兩側(cè)半橋開(kāi)關(guān)電路中一側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管輸出線與另一側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管輸出線，即圖3中的V1與V4輸出線(或V2與V3輸出線)。經(jīng)由電流取樣裝置H中的電流取樣環(huán)或電流取樣區(qū)出來(lái)后的兩條開(kāi)關(guān)管輸出線，分別與各自原所在半橋的另一臂開(kāi)關(guān)輸出線直接相連接，形成兩側(cè)半橋電路的各自一條功率開(kāi)關(guān)輸出線，送往負(fù)載Rfz。電流取樣器件H是電流互感器、電流傳感器或其它具有電流取樣功能的器件。由該器件輸出的取樣信號(hào)作為控制信號(hào)送往全橋開(kāi)關(guān)電路中的保護(hù)關(guān)斷電路。
實(shí)施例對(duì)象是一個(gè)大功率全橋開(kāi)關(guān)電路。其開(kāi)關(guān)管的峰值工作電流為80A，工作頻率20KHZ，四臂開(kāi)關(guān)管V1、V2、V3與V4各選用4只額定工作電流是35A的IGBT管并接。電組R是該全橋開(kāi)關(guān)電路的保護(hù)關(guān)斷電路的輸入等效阻抗、為阻性5.1Ω，關(guān)斷保護(hù)電路的觸發(fā)電壓u1是2.3V。故要求兩臂直通時(shí)，取樣輸出電流應(yīng)是0.45A(2.3V/5.1Ω＝0.45A)。實(shí)施例中的電流取樣器件H選用電流互感器，為兼顧在強(qiáng)電磁條件下的抗干擾性，直通取樣靈敏度設(shè)定在20A。電流互感器H初次級(jí)匝比為1∶44(0.45/20)，該互感器H采用20～40磁環(huán)繞制。將V1(一側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管)與V4(另一側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管)的輸出線，同向引入磁環(huán)，從中間穿過(guò)，視為1匝，用0.2～0.3漆包線在磁環(huán)上繞制44匝為次級(jí)，輸出送往保護(hù)關(guān)斷電路。若上、下臂開(kāi)關(guān)管輸出線較長(zhǎng)的話、或開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷速度較快、或開(kāi)關(guān)管的耐壓不夠高，可在每一半橋上下臂開(kāi)關(guān)管輸出端之間，串接一只快速恢復(fù)二極管。(即圖3中的D2與D3)用于提供關(guān)斷續(xù)流短接通道。電抗器L與二極管D1組成供電限流電路，C為供電電容，變壓器B為輸出負(fù)載，即Rfz。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
一、取樣靈敏度高，且延時(shí)值?。欢?、進(jìn)入取樣環(huán)或取樣區(qū)的雙輸出線電流中，只有本半橋兩臂直通信號(hào)被取樣，取樣信號(hào)單一，因而取樣穩(wěn)定，可靠性高；三、由于取樣信號(hào)單一，信號(hào)純度高，信號(hào)傳輸線上的用于抗干擾的濾波電路的時(shí)間常數(shù)，可從原來(lái)的大于3μs降為0.5μs。而這0.5μs僅是用來(lái)濾除因全橋四臂開(kāi)關(guān)電路工藝安排可能不對(duì)稱及開(kāi)啟與關(guān)斷時(shí)間可能不一致而在開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟或關(guān)斷瞬間出現(xiàn)的兩輸出線中兩個(gè)不對(duì)稱窄脈沖電流而設(shè)計(jì)的。
由于本發(fā)明裝置對(duì)兩臂直通電流能實(shí)現(xiàn)快速取樣，而提供的取樣信號(hào)能加速保護(hù)關(guān)斷信號(hào)的形成，因而可以將上述實(shí)施例中的IGBT管在不過(guò)流條件下采用快速關(guān)斷方式予以可靠關(guān)斷，而不必采用軟關(guān)斷方式。因此可以簡(jiǎn)化全橋開(kāi)關(guān)電路的四組驅(qū)動(dòng)電路。采用單一關(guān)斷方式后，可徹底排除因關(guān)斷方式轉(zhuǎn)換失誤而造成的損壞開(kāi)關(guān)管現(xiàn)象。可見(jiàn)本發(fā)明及其裝置可為開(kāi)關(guān)管，尤其是在高電壓條件下工作的開(kāi)關(guān)管提供一種新的、實(shí)用的可靠性保證。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)全橋開(kāi)關(guān)電路出現(xiàn)的半橋兩臂直通能實(shí)現(xiàn)快速取樣的方法，該方法包括以下四個(gè)環(huán)節(jié)一、斷開(kāi)兩側(cè)半橋上、下臂開(kāi)關(guān)管的中間連線，改半橋單線輸出為上、下臂開(kāi)關(guān)管各自輸出的雙線輸出，并規(guī)定輸出正方向由開(kāi)關(guān)管向外，二、選定電流取樣器件，它是電流互感器、電流傳感器或其它具有電流取樣功能的電流取樣器件，三、將左側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管輸出線與右側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管輸出線，或者將左側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管輸出線與右側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管輸出線、同向引入或者繞入電流取樣器件的電流取樣環(huán)或電流取樣區(qū)，并保持雙線相互電絕緣，四、經(jīng)由電流取樣器件出來(lái)的兩條輸出線、分別與各自原所在半橋的另一臂開(kāi)關(guān)管的輸出線相連接，重新形成全橋開(kāi)關(guān)電路兩側(cè)半橋的兩條單線輸出線，送往負(fù)載，電流取樣器件在工作正常時(shí)輸出零電流信號(hào)；而在半橋兩臂直通時(shí)、則輸出直通電流信號(hào)。
2.一種全橋開(kāi)關(guān)電路半橋兩臂直通的電流取樣裝置，其特征是它由電流取樣器件H與同向引入或同向繞入該器件電流取樣環(huán)或電流取樣區(qū)的兩條開(kāi)關(guān)管輸出線組成，兩條開(kāi)關(guān)管輸出線是全橋開(kāi)關(guān)電路兩側(cè)半橋開(kāi)關(guān)電路中一側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管輸出線與另一側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管輸出線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全橋開(kāi)關(guān)電路半橋兩臂直通的電流取樣裝置，其特征是經(jīng)由電流取樣器件H的電流取樣環(huán)或取樣區(qū)出來(lái)后的兩條開(kāi)關(guān)管輸出線、分別與各自所在半橋的另一臂開(kāi)關(guān)管輸出線直接相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全橋開(kāi)關(guān)電路半橋兩臂直通的電流取樣裝置，其特征是電流取樣器件是電流互感器、電流傳感器或其它具有電流取樣功能的器件，由該器件輸出的取樣信號(hào)送往開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)關(guān)斷電路。
全文摘要
本發(fā)明是一種對(duì)全橋開(kāi)關(guān)電路出現(xiàn)的半橋雙臂直通能實(shí)現(xiàn)快速取樣的方法及裝置,它有一種電流取樣器件對(duì)同向引入或繞入該器件的電流取樣環(huán)或取樣區(qū)的兩條輸出線取樣,該兩條輸出線是全橋開(kāi)關(guān)電路一側(cè)半橋上臂開(kāi)關(guān)管輸出線與另一側(cè)半橋下臂開(kāi)關(guān)管輸出線。該裝置在全橋開(kāi)關(guān)電路正常工作時(shí)輸出零電流信號(hào),而在半橋兩臂直通時(shí),輸出直通電流信號(hào)。與現(xiàn)有取樣技術(shù)相比,本發(fā)明及裝置對(duì)半橋兩臂的直通取樣,具有靈敏度高、快速、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03K17/00GK1244747SQ98116478
公開(kāi)日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月10日
發(fā)明者陳然 申請(qǐng)人:陳然