一种无采样电阻的功率器件保护方法

本文介绍了一种低成本且有效的MOSFET或IGBT过载保护方法,利用采样二极管和ADC实现对功率管状态的监测,避免使用额外的采样电阻。

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MOSFET或IGBT保护方法有很多,有专门带保护的驱动电路,也有用康铜丝做电流采样的保护电路。专门带保护的驱动电路一般成本较高,用康铜丝做电流采样+比较器容易产生振荡。下面介绍一种无采样电阻的方法:

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上图中,Q1是功率管MOSFET或IGBT,R1是负载,D1是采样二极管,R2是上拉电阻。在Q1导通时D1的K极电压就是Q1压降,D1的A极电压在其基础上高了D1压降(Q1压降+D1压降)。D1压降是恒定值,当过载时Q1压降增大,从而ADC采样值增大,大到一定程度时就可以认为是过载,用程序判断之。电路中D1的作用是防止Q1判断时VPOWER流入ADC引脚烧毁MCU。

该方法成本低,是一种行之有效的方法。

### 采样电阻的应用场景 采样电阻通常用于测量电流大小,通过检测其两端电压来间接获取流经该电阻的电流值。这种方法广泛应用于电源管理、电机控制以及电池管理系统等领域[^1]。 在实际应用中,采样电阻可以分为高边(High-Side)和低边(Low-Side)两种配置方式。高边采样的特点是将采样电阻放置于负载与正极之间;而低边则位于负载与负极之间。每种配置都有各自的优缺点,在具体选用时需综合考虑系统的接地噪声敏感度等因素。 ### 如何正确选择和使用采样电阻 #### 参数选取 当设计基于采样电阻的基础电路时,需要重点考虑以下几个参数: - **阻值范围**:为了平衡功耗与信号强度之间的关系,一般会选择毫欧至几欧姆级别的电阻作为采样元件。过高的阻抗会增加功率损耗并可能影响整个回路的工作状态,反之如果太低,则可能导致ADC输入端接收到较弱的电信号从而降低精度。 - **额定功率**:由于存在I²R形式的能量消耗,因此所选器件必须能够承受预期工作条件下产生的热量而不至于损坏或性能下降。计算最大允许电流平方乘以其对应的电阻值得到所需最小瓦特数即可满足基本需求。 - **温度系数(TCR)** 和 精确度(Precision) :对于一些精密测量场合来说,除了上述两点外还需要特别注意材料本身的稳定性即随环境变化引起的变化率是否符合要求。金属膜类制品因其良好的线性和较低的成本成为主流选项之一。 #### 实际布局建议 另外值得注意的是PCB布板过程中也应遵循良好实践原则以减少干扰源带来的误差效应比如保持短路径连接避免寄生电感形成环路等等措施均有助于提升最终效果表现水平。 ```python # Python伪代码示例展示如何读取采样电阻上的电压进而得到电流数据 def calculate_current(voltage, resistance): current = voltage / resistance return round(current, 3) sample_resistance_value = 0.1 # 单位为欧姆Ω measured_voltage_drop_across_resistor = 0.5 # 假设测得压降伏特V current_through_load = calculate_current(measured_voltage_drop_across_resistor, sample_resistance_value) print(f"The current through the load is {current_through_load}A.") ```
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