专利名称：应用于半桥电路的电流感测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半桥电路领域，更具体地涉及能够检测流过半桥电路的上开关和下开关两者的电流的电流感测器。
背景技术：
现在，在诸如电子镇流器、逆变器的许多设备中，应用了半桥电路。如本领域技术人员所公知的，在开关电路中，对开关电流进行采样和控制非常重要，否则，高峰值电流将破坏开关元件。但是在半桥电路中，同时检测上开关和下开关的峰值电流是非常困难的，因为在上开关和电流检测电阻之间存在大的电容器。目前，在大部分半桥电路的产品中，使用智能MCU(Micrc) ControlUnit，微控制单元)来复制下开关的电流状态，以对上开关进行控制。但是，实际上并没有对上开关的电流进行检测。此外，在没有这样的MCU的情况下，无法采用上述的手段。因此，需要一种能够检测流过半桥电路的上开关和下开关的电流的电流感测器。

实用新型内容为了解决现有技术中的上述缺点和问题而提出本实用新型。本实用新型可以解决至少上述问题，并且在不需要任何智能MCU的情况下，能够容易地检测流过半桥电路的上开关和下开关两者的电流，从而能够防止不期望的高峰值电流毁坏开关组件。根据本实用新型的一个方面，提供了一种应用于半桥电路的电流感测器，所述电流感测器的特征在于包括电流感测单元，用于感测流过所述半桥电路的上开关和下开关两者的电流并生成感应电流；以及电流-电压转换单元，用于将所述电流感测单元生成的感应电流转换成电压。所述电流感测器可以进一步包括滤波单元，用于对所述电流-电压转换单元所转换的电压进行滤波。所述电流感测单元可以包括两个主绕组，其中一个主绕组连接在所述半桥电路的所述上开关和浮地节点之间，另一个主绕组连接在所述半桥电路的所述下开关和所述浮地节点之间。所述电流-电压转换单元可以包括第一二极管和第一电阻器，其中，当所述半桥电路的所述上开关或所述下开关接通时，所述电流感测单元的辅绕组侧的电流从所述辅绕组的一个引脚经过所述第一二极管、所述第一电阻器流向所述辅绕组的接地的另一个引脚。所述电流-电压转换单元可以进一步包括第二电阻器，所述第二电阻器连接在所述一个引脚和所述另一个引脚之间，并且所述第二电阻器的电阻值是所述第一电阻器的电阻值的50-200倍。所述电流-电压转换单元可以进一步包括第二二极管，其中，当所述半桥电路的
3所述上开关和所述下开关均截止时，所述电流感测单元的辅绕组侧的电流从所述辅绕组的所述另一个引脚经过所述第二电阻器、所述第二二极管流向所述辅绕组的所述一个引脚。所转换的电压或所滤波的电压可以被输入到控制中心，以控制所述半桥电路的驱动电路。可以在所转换的电压或所滤波的电压输入到所述控制中心的支路中连接第三电阻器。所述滤波单元可以包括电容器。
通过
以下结合附图进行的描述，本实用新型的一些示范性实施例的上述和其他方面、特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中图1是本实用新型的电流感测器所应用于的半桥电路的一个示例的构造；图2是图示根据本实用新型的电流感测器的框图；图3是用于图示根据本实用新型的一个实施例的电流感测器如何与图2所示的半桥电路连接的电路图；图4是用于图示根据本实用新型的另一个实施例的电流感测器如何与图2所示的半桥电路连接的电路图； 图5是用于图示根据本实用新型的又一个实施例的电流感测器如何与图2所示的半桥电路连接的电路图；以及图6是用于图示根据本实用新型的实施例的电流感测器生成的电压与上开关和下开关的电流之间的关系的波形图。
具体实施方式
通过以下借助附图的详细描述，将会更容易地理解本实用新型，通篇中相同的标号指定相同结构的单元。提供参考附图的下面描述以帮助全面理解本实用新型的示范性实施例。其包括各种细节以助于理解，而应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，省略了对公知功能和结构的描述。在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，且不意欲成为对本实用新型的限制。除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本实用新型所属本领域技术人员普遍理解的相同的意思。下面将参考附图详细描述本实用新型。图1是本实用新型的电流感测器可以应用于的半桥电路的一个示例的简化构造。 如图1中所示，半桥电路主要包括上开关110和下开关120。所述上开关110由晶体管Q107、 二极管D121和电容器C142并联连接组成，所述下开关120由晶体管Q108、二极管D122和电容器C143并联连接组成。HIGH_DRV引脚经由电阻R162连接到晶体管Q107的栅极，用于控制晶体管Q107的导通和截止。类似地，L0ff_DRV引脚经由电阻R163连接到晶体管Q108 的栅极，用于控制晶体管Q108的导通和截止。此外，晶体管Q107的源极和晶体管Q108的漏极连接至浮地节点160。
4[0027]如从图中可以清楚地看出，半桥电路还可以包括其它元件(例如图1中所示的电容器C5、C6、C8、C9、C 135，电感L4和L6-B，以及输出端子X1-E、X1-D)。通过参考附图，本领域技术人员将容易理解这些其它元件在半桥电路中的连接及作用，在此将省略对它们的详细描述。图1中所示的半桥电路仅仅是一个示例，本实用新型可应用于的半桥电路也可以采用其它的适当形式。图2是图示根据本实用新型的电流感测器的框图。如图2中所示，电流感测器200 包括电流感应单元220和电流-电压转换单元M0。所述电流感应单元220与要感测的半桥电路280相连接，使得能够感测流过所述半桥电路观0的上开关和下开关两者的电流并生成感应电流。所述电流-电压转换单元240用于将所述电流感测单元220生成的感应电流转换成电压。此外，所述电流感测器200还可以包括滤波单元沈0。所述滤波单元260用于对所述电流-电压转换单元240所转换的电压进行滤波。此外，所述电流感测器200还可以包括连接至所述电流-电压转换单元240或所述滤波单元260的输出端(图2中未示出)，用于输出所生成的或滤波后的电压到控制中心，来控制所述半桥电路观0的驱动电路。 图3是用于图示根据本实用新型的一个实施例的电流感测器如何与图2所示的半桥电路相连接的电路图。如图3中所示，根据本实用新型的一个实施例的电流感测器包括第一主绕组130、 第二主绕组140、辅绕组150、第一二极管D117、第一电阻器R169。所述第一主绕组130连接在半桥电路的上开关和浮地节点160之间(即晶体管Q107的源极和浮地节点160之间)， 所述第二主绕组140连接在半桥电路的下开关和浮地节点160之间(即晶体管Q108的漏极和浮地节点160之间)。此外，如图3中通过符号“■”所标注的，第一主绕组130的引脚6、第二主绕组140 的引脚5、辅绕组150的引脚1同相。而且，辅绕组150的引脚4经由构成电流-电压转换单元的第一二极管D117和第一电阻R169与辅绕组150的引脚1相连接，并且辅绕组150的引脚1接地。根据以上所描述的连接关系，当晶体管Q107接通时，晶体管Q107上的电流等于从第一主绕组130的管脚2流到管脚6的电流12_6，由于电流感应而在辅绕组150获得电流值
I sec °假定第一主绕组130的匝数为Ni、第二主绕组140的匝数为N2、辅绕组150的匝数为N3并且满足m = N2 < N3。根据需要，匝数比N = N3/N1 = N3/N2可以取20-200之间的值，例如N= 50。于是，辅绕组150获得的电流与流过第一主绕组130的电流满足关系Ise。= 12_6/ N0辅绕组150获得的电流从引脚4经过第一二极管D117、第一电阻R169流回到引脚 1，由此在节点170获得电压V = Ise。*R169。类似地，当晶体管Q108接通时，晶体管Q108上的电流等于从第二主绕组140的管脚3流到管脚5的电流13_5，由于电流感应而在辅绕组150获得电流值Isee ‘。辅绕组150 获得的电流也从引脚4经过第一二极管D117、第一电阻R169流回到引脚1，由此在节点170获得电压 V = Isec ‘*R169。当晶体管Q107和Q108均截止时，续流电流从管脚6流向管脚2或从管脚5流向管脚3。辅绕组150获得从管脚4到管脚1方向的电流。由于第一二极管D117的存在，辅绕组150获得的电流不会流过电阻R169，从而在电阻R169上(即节点170处)不会形成电压。在节点170处形成的电压可以通过引脚I_HFBR连接到控制中心(图中未示出)， 以控制所述半桥电路的驱动电路，例如调节或禁用半桥驱动信号HIGH_DRV和L0W_DRV。此外，如图3中所示，可以在电阻R169两端并联电容器C138以减小节点170处的电压中的干扰。而且，根据需要也可以在节点170或电容器的非接地端到引脚I_HFBR的支路中连接第三电阻器R170，用于限制到控制中心的电流。而且，根据需要可以在第三电阻器R170的一端(其与引脚I_HFBR相连)与地之间进一步连接一个电容器(图3中未示出)。图4是用于图示根据本实用新型的另一个实施例的电流感测器如何与图2中所示的半桥电路相连接的电路图。图4中的大部分组件及其连接关系与图3中的相同，因此将省略对它们的详细描述。与图3中所示的电路相比，图4中的电路仅仅增加了第二电阻器R168，该第二电阻器 R168连接在辅绕组150的引脚4和引脚1之间。通常，需要第二电阻器R168的电阻值远远大于第一电阻器R169的电阻值，例如是50-200倍的关系。例如，可以将第一电阻器R169 的电阻值选择为1 Ω，而将第二电阻器R168的电阻值选择为IkQ，当然本实用新型不限于此。图5是用于图示根据本实用新型的又一个实施例的电流感测器如何与图2中所示的半桥电路相连接的电路图。图5中的大部分组件及其连接关系与图4中的相同，因此将省略对它们的详细描述。与图4中所示的电路相比，图5中的电路仅仅增加了第二二极管D118，该第二二极管 D118连接在辅绕组150的引脚4和第二电阻器R168的非接地端之间。根据图5中所示的组件及其连接关系，当晶体管Q107和Q108均截止时，由于从管脚6流向管脚2或从管脚5流向管脚3的续流电流，辅绕组150获得的电流从管脚4流向管脚1方向，并且经由第二电阻器R168和第二二极管D118流回引脚4，因此在电阻R169上 (即节点170处)不会形成电压。图6图示了晶体管Q107的电流、晶体管Q108的电流和电阻R169上(即节点170 处)的电压Vis的波形图。其中，图6(a)图示了晶体管Q107的电流I_Q107的波形图，图 6(b)图示了晶体管Q108的电流I_Q108的波形图，图6(c)图示了电阻R169上的电压Vis的波形图，图6(d)图示了在放大区中晶体管Q107的电流I_Q107的放大波形图，图6(e)图示了在放大区中晶体管Q108的电流I_Q108的放大波形图，以及图6(f)图示了在放大区中电阻R169上的电压Vis的放大波形图。如图6中所示，电阻R169上的电压Vis的波形图根据晶体管Q107的电流I_Q107 的波形图和晶体管Q108的电流I_Q108的波形图改变。因此，能够根据电阻R169上的电压 Vis容易地确定流过半桥电路的上开关和下开关的电流的电流值，从而能够控制半桥电路的驱动电路，例如调节或禁用半桥驱动信号HIGH_DRV和L0W_DRV。本实用新型可以应用于其中具有半桥电路的许多设备，诸如电子镇流器、逆变器。虽然本说明书包含许多特定实施方式细节，但是不应当将这些细节解释为对任何实用新型或可以主张的内容的范围的限制，而应当解释为对可以特定于特定实用新型的特定实施例的特征的描述。上述具体实施方式
，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。 任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。
权利要求1.一种应用于半桥电路的电流感测器，所述电流感测器的特征在于包括电流感测单元，用于感测流过所述半桥电路的上开关和下开关两者的电流并生成感应电流；以及电流-电压转换单元，用于将所述电流感测单元生成的感应电流转换成电压。
2.根据权利要求1所述的电流感测器，进一步包括滤波单元，用于对所述电流-电压转换单元所转换的电压进行滤波。
3.根据权利要求1所述的电流感测器，其中，所述电流感测单元包括两个主绕组，其中一个主绕组连接在所述半桥电路的所述上开关和浮地节点之间，另一个主绕组连接在所述半桥电路的所述下开关和所述浮地节点之间。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电流感测器，其中，所述电流-电压转换单元包括第一二极管和第一电阻器，其中，当所述半桥电路的所述上开关或所述下开关接通时，所述电流感测单元的辅绕组侧的电流从所述辅绕组的一个引脚经过所述第一二极管、所述第一电阻器流向所述辅绕组的接地的另一个引脚。
5.根据权利要求4所述的电流感测器，其中，所述电流-电压转换单元进一步包括第二电阻器，所述第二电阻器连接在所述一个引脚和所述另一个引脚之间，并且所述第二电阻器的电阻值是所述第一电阻器的电阻值的50-200倍。
6.根据权利要求5所述的电流感测器，其中，所述电流-电压转换单元进一步包括第二二极管，其中，当所述半桥电路的所述上开关和所述下开关均截止时，所述电流感测单元的辅绕组侧的电流从所述辅绕组的所述另一个引脚经过所述第二电阻器、所述第二二极管流向所述辅绕组的所述一个引脚。
7.根据权利要求1所述的电流感测器，其中，所转换的电压被输入到控制中心，以控制所述半桥电路的驱动电路。
8.根据权利要求2所述的电流感测器，其中，所滤波的电压被输入到控制中心，以控制所述半桥电路的驱动电路。
9.根据权利要求7或8所述的电流感测器，其中，在所转换的电压或所滤波的电压输入到所述控制中心的支路中连接第三电阻器。
10.根据权利要求2所述的电流感测器，其中，所述滤波单元包括电容器。
专利摘要本实用新型提供了一种应用于半桥电路的电流感测器，所述电流感测器的特征在于包括电流感测单元，用于感测流过所述半桥电路的上开关和下开关两者的电流并生成感应电流；以及电流-电压转换单元，用于将所述电流感测单元生成的感应电流转换成电压。根据本实用新型的电流感测器，可以在不需要任何智能MCU的情况下，容易地检测流过半桥电路的上开关和下开关两者的电流，从而能够防止不期望的高峰值电流毁坏开关组件。
文档编号G01R19/00GK202075328SQ201120018279
公开日2011年12月14日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者姚晓晖, 王正宇, 胡政良, 袁勋 申请人:欧司朗有限责任公司