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智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測

發(fā)布時間:2018-05-31 來源:Scott Deuty 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】對大部分負(fù)載管理電路來說,MOSFET正在迅速取代繼電器成為首選的開關(guān)技術(shù),電力電子系統(tǒng)的維護(hù)成本也隨之降低。本文講述了輸出電流的控制和感測基礎(chǔ),并分析了一種智能負(fù)載管理產(chǎn)品。
 
隨著微處理器對電力電子控制能力的增強(qiáng),管理負(fù)載電流益發(fā)行之有效,而不再是不堪的惡夢。在本文中,我們從基本的輸出電流控制和感測開始,然后介紹一種智能負(fù)載管理產(chǎn)品。
 
輸出電流控制技術(shù)隨半導(dǎo)體開關(guān)的進(jìn)步而發(fā)展。對大多數(shù)負(fù)載管理電路來說,MOSFET晶體管正在迅速取代繼電器成為所選擇的開關(guān)技術(shù)。有兩種方法可將MOSFET晶體管插入到電路中:
 
1.作為高側(cè)P溝道開關(guān)
2.作為低側(cè)N溝道開關(guān)
 
對兩種MOSFET晶體管類型做一個快速回顧,我們可以記起來,P溝道MOSFET是通過將柵極電壓拉到比源極電壓更低來進(jìn)行柵控的;而N溝道MOSFET的柵極是由比源極更高的電壓來導(dǎo)通的。另外,其電流方向是相反的。這兩個因素決定了與饋入負(fù)載的電壓和電流相關(guān)的開關(guān)方向。
 
智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測
圖1:N溝道和P溝道MOSFET。
 
圖2顯示了P溝道MOSFET作為負(fù)載開關(guān)時的優(yōu)勢:P溝道控制電流流入地面,而N溝道控制電流流出地面(通常稱為“返回”)。
 
智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測
圖2:P溝道器件作為負(fù)載開關(guān)時具有優(yōu)勢。
 
在這兩種情況下,柵極電壓都必須超過器件的閾值電壓,才能將器件作為歐姆區(qū)(ohmic region)中的開關(guān)完全開啟。請注意,這里的討論集中在增強(qiáng)型P溝道和N溝道MOSFET。不同類型的JFET具有不同的柵控要求。
 
智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測
圖3:本文著眼于增強(qiáng)型MOSFET。
 
從器件操作回到負(fù)載管理電路,圖4所示是將高壓側(cè)p-FET用作開關(guān)元件,它還用了一個安森美的N溝道efuse產(chǎn)品。
 
智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測
圖4:高壓側(cè)p-FET作為開關(guān)元件。
 
圖5所示是低側(cè)(返回側(cè))n-FET作為開關(guān)元件,使用了安森美的N溝道efuse產(chǎn)品。雖然N溝道MOSFET比P溝道MOSFET約小三分之一,因此成本也更低,但由于P溝道MOSFET能保持合適的接地參考(參考圖5中N溝道n-FET開關(guān)位置,對地參考“隔斷”),所以使用P溝道MOSFET進(jìn)行負(fù)載管理更好。
 
智能負(fù)載管理和負(fù)載電流感測
圖5:低側(cè)(返回側(cè))n-FET作為開關(guān)元件。
 
efuse是一個重要的進(jìn)步,因為它允許在極性反接、輸出短路或過電流情況下開啟電路。以類似的方式,也可以監(jiān)測和控制流過開關(guān)的電流。事實(shí)上,如果柵控不正確,會發(fā)生開關(guān)振蕩。
 
盡管半導(dǎo)體不會像繼電器那樣表現(xiàn)出開關(guān)反彈,但仍有可能出現(xiàn)不需要的振鈴。
 
本文將著眼于高側(cè)電流感測。高側(cè)電流感測可以通過模擬電路進(jìn)行控制,同時高側(cè)電流的數(shù)字控制也在向更高水平推進(jìn)。這些開關(guān)內(nèi)置了智能功能,包括可以反饋給微處理器的可編程電流水平和數(shù)字化電流水平讀數(shù)。這些信息被存儲在專門處理事件定時采樣的微處理器中,從而創(chuàng)建記錄水平歷史。然后使用軟件確定負(fù)載電流隨時間的變化。該信息與編程的閾值進(jìn)行比較,并能提醒用戶發(fā)生的變化。
 
在繼電器負(fù)載的情況下,利用這些信息可以對即將發(fā)生的組件故障發(fā)出告警。這種智能負(fù)載管理產(chǎn)品可以作為一個單獨(dú)實(shí)體運(yùn)行,也可與智能電源一起使用。與智能電源一起使用時,可以采用RS-485通信進(jìn)行可編程負(fù)載監(jiān)控和實(shí)時更新。
 
負(fù)載管理能力的增強(qiáng)正在改變電力行業(yè)。數(shù)字控制能力變得更精確、更可調(diào),系統(tǒng)性能和可靠性也得到提高,因而能夠預(yù)測故障。這樣的話,便不必再僅僅為了更換一條熔斷的保險就下派技術(shù)人員到現(xiàn)場,從而降低了維護(hù)成本。
 
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計。
 
 
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