輸出電流的控制和感測(cè)基礎(chǔ)

隨著微處理器對(duì)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(mèng)。在本文中，我們從基本的輸出電流控制和感測(cè)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(duì)大多數(shù)負(fù)載管理電路來(lái)說(shuō)，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：

作為高側(cè)P溝道開關(guān)

作為低側(cè)N溝道開關(guān)

對(duì)兩種MOSFET晶體管類型做一個(gè)快速回顧，我們可以記起來(lái)，P溝道MOSFET是通過(guò)將柵極電壓拉到比源極電壓更低來(lái)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(lái)導(dǎo)通的。另外，其電流方向是相反的。這兩個(gè)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。

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(shí)的優(yōu)勢(shì)：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(fù)載開關(guān)時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

在這兩種情況下，柵極電壓都必須超過(guò)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(qǐng)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。

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(gè)安森美的N溝道efuse產(chǎn)品。

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(duì)地參考“隔斷”），所以使用P溝道MOSFET進(jìn)行負(fù)載管理更好。

圖5：低側(cè)（返回側(cè)）n-FET作為開關(guān)元件。

efuse是一個(gè)重要的進(jìn)步，因?yàn)樗试S在極性反接、輸出短路或過(guò)電流情況下開啟電路。以類似的方式，也可以監(jiān)測(cè)和控制流過(guò)開關(guān)的電流。事實(shí)上，如果柵控不正確，會(huì)發(fā)生開關(guān)振蕩。

盡管半導(dǎo)體不會(huì)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(cè)。高側(cè)電流感測(cè)可以通過(guò)模擬電路進(jìn)行控制，同時(shí)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(chǔ)在專門處理事件定時(shí)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(shí)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(duì)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(gè)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(shí)，可以采用RS-485通信進(jìn)行可編程負(fù)載監(jiān)控和實(shí)時(shí)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(cè)故障。這樣的話，便不必再僅僅為了更換一條熔斷的保險(xiǎn)就下派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)，從而降低了維護(hù)成本。