专利名称：全桥开关电路半桥两臂直通的双线交互式取样方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种对全桥开关电路出现的半桥双臂直通、能实现快速取样的方法及装置，涉及开关电源、尤其是开关电源中的开关管保护取样技术。
全桥开关电路中、含有二组半桥开关电路，半桥的上、下两臂是开关管，各是一只或多只并接的一组。上、下两臂开关管相串接、跨接在开关电源的供电线上。正常工作时，半桥两臂开关管交替导通或间歇交替导通。该两臂开关管如若出现共同导通、就会将供电电源短接。若不及时将开关管关断的话、轻者损坏开关管，重者会引起开关电源爆炸。这种本半桥双臂直通现象、屡见不鲜。因此、它一直是开关电源设计上的一个令人注目的技术重点。
图1所示的是一种现今广为使用的半桥两臂直通取样技术。取样器件H是电流互感器或电流传感器，其取样环套接在全桥开关电路的电源供电回路中，它与全桥开关电路A是一种串接关系。因此、流经取样环的电流不仅会是双臂直通电流、更是全桥开关电路正常工作供电电流，这就制约了两臂直通取样灵敏度。若开关管额定峰值电流为80A，则两臂直通最小取样电流也就被制约在80A。而直通是从零电流开始的，增长至80A以后，取样输出信号才可被判定为两臂直通信号。这种取样延时会造成开关管因不得不在大电流条件下关断而受损坏。
本发明的目的，是寻找一种不受开关管正常工作电流制约的一种新的取样方法及装置，以提高半桥两臂直通取样灵敏度及减小取样延时。该目的已由本发明的称之谓双线交互式取样法及其装置予以实现。
图2为本发明双线交互式取样法及其装置的电原理图。
图3为本发明的一个实施例图。
以下结合
本发明方法及其装置。
图2-1为全桥开关电路的基本结构图，开关管V1与V2组成左侧半桥开关电路，V1为上臂开关管，V2为下臂开关管；开关管V3与V4组成右侧半桥开关电路，V3为上臂开关管，V4为下臂开关管。各侧半桥上、下臂开关管相串接，从串接连线上输出该半桥的功率开关，送往负载Rfz。本发明方法须改变全桥开关电路原来走线予以实现。它包括以下四个环节一、断开两侧半桥上、下臂开关管的中间连线，改半桥单线输出为双线输出，即上、下臂开关管各自输出，并规定由开关管向外为输出正方向，由箭头表示(见图2-2)。
二、选定电流取样器件H，它们是电流互感器、电流传感器或其它具有电流取样功能的电流取样器件。
三、将左侧半桥上臂开关管V1输出线与右侧半桥下臂开关管V4输出线，或者将左侧半桥下臂开关管V2输出线与右侧半桥上臂开关管V3输出线，同向引入或绕入电流取样器件H的电流取样环、或电流取样区，并保持双线相互电绝缘(见图2-3)。
四、经由取样器件H出来的两条输出线，分别与各自原所在半桥的另一臂开关管输出线相连接，重新形成全桥开关电路两侧半桥的两条单线输出线，送往负载Rfz(见图2-3)。
在全桥开关电路工作正常条件下，同向引入电流取样器件H的双输出线，它们的电流是大小相等、方向相反，取样环或取样区内是零电流，取样器件H输出零电流信号。而当出现一侧半桥两臂直通时，该双输出线的电流是大小不相等，它们的绝对值之差正是两臂直通电流。由电流取样器件H输出的取样信号，即是直通电流信号。
根据本发明方法而设计的全桥开关电路半桥两臂电流直通取样装置是由电流取样器件H与同向引入或同向绕入该器件电流取样环或电流取样区的两条开关管输出线组成。两条开关管输出线是全桥开关电路两侧半桥开关电路中一侧半桥上臂开关管输出线与另一侧半桥下臂开关管输出线，即图3中的V1与V4输出线(或V2与V3输出线)。经由电流取样装置H中的电流取样环或电流取样区出来后的两条开关管输出线，分别与各自原所在半桥的另一臂开关输出线直接相连接，形成两侧半桥电路的各自一条功率开关输出线，送往负载Rfz。电流取样器件H是电流互感器、电流传感器或其它具有电流取样功能的器件。由该器件输出的取样信号作为控制信号送往全桥开关电路中的保护关断电路。
实施例对象是一个大功率全桥开关电路。其开关管的峰值工作电流为80A，工作频率20KHZ，四臂开关管V1、V2、V3与V4各选用4只额定工作电流是35A的IGBT管并接。电组R是该全桥开关电路的保护关断电路的输入等效阻抗、为阻性5.1Ω，关断保护电路的触发电压u1是2.3V。故要求两臂直通时，取样输出电流应是0.45A(2.3V/5.1Ω＝0.45A)。实施例中的电流取样器件H选用电流互感器，为兼顾在强电磁条件下的抗干扰性，直通取样灵敏度设定在20A。电流互感器H初次级匝比为1∶44(0.45/20)，该互感器H采用20～40磁环绕制。将V1(一侧半桥上臂开关管)与V4(另一侧半桥下臂开关管)的输出线，同向引入磁环，从中间穿过，视为1匝，用0.2～0.3漆包线在磁环上绕制44匝为次级，输出送往保护关断电路。若上、下臂开关管输出线较长的话、或开关管的关断速度较快、或开关管的耐压不够高，可在每一半桥上下臂开关管输出端之间，串接一只快速恢复二极管。(即图3中的D2与D3)用于提供关断续流短接通道。电抗器L与二极管D1组成供电限流电路，C为供电电容，变压器B为输出负载，即Rfz。
本发明与现有技术相比，具有以下优点。
一、取样灵敏度高，且延时值小；二、进入取样环或取样区的双输出线电流中，只有本半桥两臂直通信号被取样，取样信号单一，因而取样稳定，可靠性高；三、由于取样信号单一，信号纯度高，信号传输线上的用于抗干扰的滤波电路的时间常数，可从原来的大于3μs降为0.5μs。而这0.5μs仅是用来滤除因全桥四臂开关电路工艺安排可能不对称及开启与关断时间可能不一致而在开关管开启或关断瞬间出现的两输出线中两个不对称窄脉冲电流而设计的。
由于本发明装置对两臂直通电流能实现快速取样，而提供的取样信号能加速保护关断信号的形成，因而可以将上述实施例中的IGBT管在不过流条件下采用快速关断方式予以可靠关断，而不必采用软关断方式。因此可以简化全桥开关电路的四组驱动电路。采用单一关断方式后，可彻底排除因关断方式转换失误而造成的损坏开关管现象。可见本发明及其装置可为开关管，尤其是在高电压条件下工作的开关管提供一种新的、实用的可靠性保证。
权利要求
1.一种对全桥开关电路出现的半桥两臂直通能实现快速取样的方法，该方法包括以下四个环节一、断开两侧半桥上、下臂开关管的中间连线，改半桥单线输出为上、下臂开关管各自输出的双线输出，并规定输出正方向由开关管向外，二、选定电流取样器件，它是电流互感器、电流传感器或其它具有电流取样功能的电流取样器件，三、将左侧半桥上臂开关管输出线与右侧半桥下臂开关管输出线，或者将左侧半桥下臂开关管输出线与右侧半桥上臂开关管输出线、同向引入或者绕入电流取样器件的电流取样环或电流取样区，并保持双线相互电绝缘，四、经由电流取样器件出来的两条输出线、分别与各自原所在半桥的另一臂开关管的输出线相连接，重新形成全桥开关电路两侧半桥的两条单线输出线，送往负载，电流取样器件在工作正常时输出零电流信号；而在半桥两臂直通时、则输出直通电流信号。
2.一种全桥开关电路半桥两臂直通的电流取样装置，其特征是它由电流取样器件H与同向引入或同向绕入该器件电流取样环或电流取样区的两条开关管输出线组成，两条开关管输出线是全桥开关电路两侧半桥开关电路中一侧半桥上臂开关管输出线与另一侧半桥下臂开关管输出线。
3.根据权利要求2所述的全桥开关电路半桥两臂直通的电流取样装置，其特征是经由电流取样器件H的电流取样环或取样区出来后的两条开关管输出线、分别与各自所在半桥的另一臂开关管输出线直接相连接。
4.根据权利要求2所述的全桥开关电路半桥两臂直通的电流取样装置，其特征是电流取样器件是电流互感器、电流传感器或其它具有电流取样功能的器件，由该器件输出的取样信号送往开关电源的保护关断电路。
全文摘要
本发明是一种对全桥开关电路出现的半桥双臂直通能实现快速取样的方法及装置,它有一种电流取样器件对同向引入或绕入该器件的电流取样环或取样区的两条输出线取样,该两条输出线是全桥开关电路一侧半桥上臂开关管输出线与另一侧半桥下臂开关管输出线。该装置在全桥开关电路正常工作时输出零电流信号,而在半桥两臂直通时,输出直通电流信号。与现有取样技术相比,本发明及装置对半桥两臂的直通取样,具有灵敏度高、快速、稳定、可靠的优点。
文档编号H03K17/00GK1244747SQ98116478
公开日2000年2月16日 申请日期1998年8月10日 优先权日1998年8月10日
发明者陈然 申请人:陈然