輸出電流的控制和感測基礎

對大部分負載管理電路來說，MOSFET正在迅速取代繼電器成為首選的開關技術，電力電子系統(tǒng)的維護成本也隨之降低。本文講述了輸出電流的控制和感測基礎，并分析了一種智能負載管理產(chǎn)品。

隨著微處理器對電力電子控制能力的增強，管理負載電流益發(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載管理產(chǎn)品。

輸出電流控制技術隨半導體開關的進步而發(fā)展。對大多數(shù)負載管理電路來說，MOSFET晶體管正在迅速取代繼電器成為所選擇的開關技術。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

2 作為低側(cè)N溝道開關

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行柵控的;而N溝道MOSFET的柵極是由比源極更高的電壓來導通的。另外，其電流方向是相反的。這兩個因素決定了與饋入負載的電壓和電流相關的開關方向。

圖1：N溝道和P溝道MOSFET。

圖2顯示了P溝道MOSFET作為負載開關時的優(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”)。

圖2：P溝道器件作為負載開關時具有優(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)中的開關完全開啟。請注意，這里的討論集中在增強型P溝道和N溝道MOSFET。不同類型的JFET具有不同的柵控要求。

圖3：本文著眼于增強型MOSFET。

從器件操作回到負載管理電路，圖4所示是將高壓側(cè)p-FET用作開關元件，它還用了一個安森美的N溝道efuse產(chǎn)品。

圖4：高壓側(cè)p-FET作為開關元件。

圖5所示是低側(cè)(返回側(cè))n-FET作為開關元件，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開關位置，對地參考“隔斷”)，所以使用P溝道MOSFET進行負載管理更好。

圖5：低側(cè)(返回側(cè))n-FET作為開關元件。

efuse是一個重要的進步，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)測和控制流過開關的電流。事實上，如果柵控不正確，會發(fā)生開關振蕩。

盡管半導體不會像繼電器那樣表現(xiàn)出開關反彈，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。這些開關內(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載電流隨時間的變化。該信息與編程的閾值進行比較，并能提醒用戶發(fā)生的變化。

在繼電器負載的情況下，利用這些信息可以對即將發(fā)生的組件故障發(fā)出告警。這種智能負載管理產(chǎn)品可以作為一個單獨實體運行，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通信進行可編程負載監(jiān)控和實時更新。

負載管理能力的增強正在改變電力行業(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人員到現(xiàn)場，從而降低了維護成本。