[发明专利]基于功率半导体器件的控制系统的电流采样电路及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术，尤其涉及一种基于功率半导体器件的控制系统的电流采样电路及其电流采样方法。

背景技术

许多基于功率半导体器件的控制系统，如用于太阳能逆变控制、用于风能控制、用于变流器控制、用于变频器控制、用于电机（如直流电机、交流电机、伺服电机、同步电机、等）控制的基于功率半导体器件的控制系统，通常要对控制系统中的电流进行采样。功率半导体器件（power semiconductor device）又称为电力电子器件，包括功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（Power MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）、对称门极换流晶闸管（SGCT）等。

目前市场上基于功率半导体器件(MOS,IGBT,IPM,晶闸管,功率三极管等)的控制系统，常见的电流采样技术方案有两种。

一种是采用电流互感器采样电流方法，如图1所示，图1是基于功率半导体器件的控制系统用于控制三相电机，功率半导体器件使用绝缘栅双极晶体管IGBT，通过电流互感器T1，T2,T3，T4对绝缘栅双极晶体管IGBT的电流回路进行电流采样。该方法存在以下缺点：

a、电流互感器体积大，不利于安装和设计小型化产品；

b、在多路控制时，需要很多个电流互感器，用量多，浪费资源；

c、电流互感器的电流适用范围窄，为了适应控制系统的不同采样电流幅度，需要不同参数的电流互感器，这需要多种规格的电流互感器，不利于批量生产；

d、电流互感器的价格非常高，成本高。

另一种是采用外接功率电阻采样电流方法，如图2所示，图2是基于功率半导体器件的控制系统用于控制三相电机，功率半导体器件使用使用功率场效应管，通过功率电阻R1，R2，R3，R4对功率场效应管的电流回路进行电流采样。该方法存在以下缺点：

a、功率电阻的功耗大，易发热，温度高；

b、功率电阻的稳定性差，容易坏，可靠性低；

c、功率电阻安装不方便，易发热，需安装在便于散热的位置，如：散热片上或安装外壳上；

d、不适用大电流采样，如：100安培以上电流，则需要非常大功率的功率电阻，这种电阻需要定制，不利于批量生产；

e、增加的功率电阻会抬高成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，降低基于功率半导体器件的控制系统的电流采样电路的成本、体积、功耗。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于功率半导体器件的控制系统的电流采样电路，包括一个或多个功率半导体器件，从功率半导体器件的集电极与发射极两端，或者漏极与源极两端,或者阳极与阴极两端引出电流采样端，通过电流采样端对相应的功率半导体器件的电流回路进行电流采样。

所述功率半导体器件可以是功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管或对称门极换流晶闸管。

所述功率半导体器件可以是绝缘栅双极晶体管，从绝缘栅双极晶体管的集电极与发射极两端，引出电流采样端。

所述功率半导体器件可以是功率场效应管，从功率场效应管的漏极与源极两端，引出电流采样端。

控制系统可以包括第一N沟道绝缘栅双极晶体管、第二N沟道绝缘栅双极晶体管、第三N沟道绝缘栅双极晶体管、第四N沟道绝缘栅双极晶体管、第五N沟道绝缘栅双极晶体管、第六N沟道绝缘栅双极晶体管，第一N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极、第二N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极及第三N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极接电源正,第四N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极、第五N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极及第六N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极接电源负,第一N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极、第四N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极同接三相电机的A相，第二N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极、第五N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极同接三相电机的B相，第三N沟道绝缘栅双极晶体管的发射极、第六N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极同接三相电机的C相，各个N沟道绝缘栅双极晶体管的集电极与发射极两端分别引出电流采样端，通过集电极与发射极两端分别引出电流采样端对相应的N沟道绝缘栅双极晶体管的电流回路进行电流采样。