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1. WO2020114426 - PROCÉDÉ D'ÉCHANTILLONNAGE DE COURANT ET CIRCUIT D'ÉCHANTILLONNAGE DE COURANT

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

附图

1   2   3   4   5  

说明书

发明名称 : 电流采样方法和电流采样电路

[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请要求享有于2018年12月04日提交的名称为“电流采样方法和电流采样电路”的中国专利申请201811474923.5的优先权,该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

[0003]
本申请新能源领域,尤其涉及一种电流采样方法和电流采样电路。

背景技术

[0004]
在动力电池汽车的电池管理系统中,普遍使用继电器作为开关保护器件,然而当电池负载端电容值比较大时,主继电器闭合的瞬间会在电池包和主继电器所在的主回路中产生非常大的尖峰电流。目前主要通过加入预充回路在主继电器闭合前对主回路进行预充的方法,降低主回路导通时的瞬间电流,进而降低主继电器的失效率并提高电路性能。
[0005]
但是,电池管理系统中的主继电器具有响应时间慢、功耗大、体积重、失效率高等缺点,并且预充回路由大量的均衡电阻组成,预充时间长,占据面积大,均衡电阻的热功耗大。贴有均衡电阻的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)板需要做特殊散热处理,贴有均衡电阻的PCB板的外壳需要预留空间贴装导热垫使均衡电阻热量能通过外壳散热,增加了成本。
[0006]
因此,目前使用半导体开关器件,例如T金属-氧化物半导体场效应晶体(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOS)MOS管,替代主继电器作为开关保护器件。由于单个MOS管过电流能力较低,通常将多个MOS管并联组成开关阵列以增加主回路过电流的能力。为获得主回路的电流大小,一般将霍尔传感器或专门设计的电流检测电路作为电流 检测单元。然而,这些电流检测单元并未对MOS开关阵列中的各单路MOS管开关通道的电流进行检测,这种情况下就会失去对各MOS管均衡电流的控制,导致各MOS管在电流不均衡的工作状态下时,采集的主回路的电流的精确度降低。
[0007]
发明内容
[0008]
本申请实施例一种电流采样方法和电流采样电路,提高了电流的采样精度。
[0009]
根据本申请实施例的一方面,提供一种电流采样方法,该方法包括:
[0010]
获取多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的检测温度;
[0011]
基于每个半导体开关器件的检测温度,确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态;
[0012]
在电流均衡状态下,获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,目标半导体开关器件为多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件;
[0013]
根据均衡电流,确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流。
[0014]
在一个实施例中,方法还包括:
[0015]
若确定多个并联的半导体开关器件不处于电流均衡状态,则降低每个半导体开关器件的栅极电压。
[0016]
在一个实施例中,基于每个半导体开关器件的检测温度,确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,包括:
[0017]
计算多个检测温度中第一检测温度和第二检测温度的差值ΔT;第一检测温度大于多个检测温度中除第一检测温度之外的其他温度,第二检测温度小于多个检测温度中除第二检测温度之外的其他温度;
[0018]
判断ΔT是否属于预设温度范围,预设温度范围根据预先测量的电流均衡状态下每个半导体开关器件的均衡温度确定;
[0019]
若ΔT属于预设温度范围,则确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态。
[0020]
在一个实施例中,预设温度范围为0~T 0,T 0为多个均衡温度中第一均衡温度与第二均衡温度的差值的2倍;
[0021]
其中,第一均衡温度大于多个均衡温度中除第一均衡温度之外的其他温度,第二均衡温度小于多个均衡温度中除第二均衡温度之外的其他温度。
[0022]
在一个实施例中,半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体MOS管或绝缘栅双极型晶体管。
[0023]
在一个实施例中,根据均衡电流,确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,包括:
[0024]
将均衡电流与多个半导体开关器件的总个数的乘积,作为总电流。
[0025]
在一个实施例中,若半导体开关器件为MOS芯片,半导体开关器件的温度为MOS芯片的结温,且多个并联的MOS芯片封装在MOS集成模块内;
[0026]
其中,根据均衡电流,确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,包括:
[0027]
根据流过目标MOS芯片的均衡电流I 1、目标MOS芯片的结温T 1、获取的集成模块所处环境的温度T c和预先获取的集成模块的热电阻R,确定目标MOS芯片的源漏电压V DS
[0028]
基于V DS、R、T c和n个其他MOS芯片中每一个其他芯片的结温T i,得到流过每一个其他MOS芯片的均衡电流I i
[0029]
将所有MOS芯片的均衡电流的和作为总电流;
[0030]
其中,n为大于1的正整数,i为小于等于n的正整数。
[0031]
在一个实施例中,V DS利用下面的表达式进行表示:
[0032]
[0033]
在一个实施例中,I i利用下面的表达式进行表示:
[0034]
[0035]
根据本申请实施例的另一方面,提供一种电流采样电路,该电路包括:
[0036]
多个第一温度传感器,均与处理模块连接,对于每个第一温度传感器,用于采集多个并联的半导体开关器件中与该第一温度传感器对应的半导体开关器件的检测温度;
[0037]
处理模块,用于基于每个半导体开关器件的检测温度确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,在电流均衡状态下获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,根据均衡电流确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,目标半导体开关器件为多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件;
[0038]
电流检测模块,用于检测均衡电流;
[0039]
电源模块,与处理模块以及每个半导体开关器件的栅极连接,用于在处理模块的控制下,输出驱动电压至每个半导体开关器件的栅极。
[0040]
在一个实施例中,电源模块包括:
[0041]
多个电源单元,多个电源单元与多路选通器的多个输入端连接,每个电源单元连接的输入端不同,每个电源单元输出的电压不同;
[0042]
多路选通器,与处理模块连接,多路选通器的输出端与每个半导体开关器件的栅极连接,用于在接收到处理模块输出的控制信号时,将多个电源单元中与控制信号对应的电源单元,与每个半导体开关器件的栅极导通。
[0043]
在一个实施例中,电源模块还包括多个电压跟随器;
[0044]
多个电源单元通过多个电压跟随器,与多路选通器的多个输入端连接,每个电源单元和每个输入端之间连接的电压跟随器不同。
[0045]
在一个实施例中,若半导体开关器件为MOS芯片,且多个并联的MOS芯片封装在MOS集成模块内,电路还包括:
[0046]
第二温度传感器,用于采集集成模块所处环境的温度。
[0047]
在一个实施例中,电流检测模块包括电阻分流器,电阻分流器设置于目标半导体开关器件所在支路,电阻分流器的两端均与处理模块连接。
[0048]
根据本申请实施例中的电流采样方法和电流采样电路,能够判断多个并联的半导体开关器件是否处于电流均衡状态,并在电流均衡状态下实现精确的电流采集。

附图说明

[0049]
下面将通过参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。
[0050]
图1示出本申请一些实施例提供的电流采样方法的流程示意图;
[0051]
图2示出本申请一些实施例提供的电流采样电路的结构示意图;
[0052]
图3示出本申请另一些实施例提供的电流采样电路的结构示意图;
[0053]
图4示出本申请另一些实施例提供的电流采样方法的流程示意图;
[0054]
图5示出本申请再一些实施例提供的电流采样电路的结构示意图。

具体实施方式

[0055]
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例,为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细描述。应理解,此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请,并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
[0056]
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0057]
为了更好的理解本申请,下面将结合附图,详细描述根据本申请实施例的电流采样方法和电路,应注意,这些实施例并不是用来限制本申请公开的范围。
[0058]
图1示出根据本申请一些实施例的电流采样方法100的流程示意图。 本申请实施例提供的电流采样方法包括:
[0059]
S110,获取多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的检测温度。
[0060]
S120,基于每个半导体开关器件的检测温度,确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态。
[0061]
S130,在电流均衡状态下,获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,目标半导体开关器件为多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件。
[0062]
S140,根据均衡电流,确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流。
[0063]
在本申请的实施例中,首先基于每个半导体开关器件的温度,判断多个并联的半导体开关器件是否处于电流均衡状态,利用电流均衡状态下采集的流过任一半导体开关器件的电流,得出主回路的总电流,保证了采集的电流的精确性,避免在电流不均衡状态下采集主回路的电流,造成采集的电流不准确。
[0064]
相应的,图2示出根据本申请实施例提供的电流采样电路的结构示意图。如图2所示,本申请实施例提供的电流采样电路包括:
[0065]
多个第一温度传感器NTC_1,NTC_2……NTC_n,均与处理模块P连接,对于每个第一温度传感器,用于采集多个并联的半导体开关器件中与该第一温度传感器对应的半导体开关器件的检测温度。
[0066]
处理模块P,用于基于每个半导体开关器件的检测温度确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,在电流均衡状态下获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,根据均衡电流确定与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,目标半导体开关器件为多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件。
[0067]
电流检测模块I,用于检测均衡电流。
[0068]
电源模块G,与处理模块P以及每个半导体开关器件的栅极连接,用于在处理模块P的控制下,输出驱动电压至每个半导体开关器件的栅极。
[0069]
如图2所示,采样电路还包括多个并联的半导体开关器件M1, M2……Mn。其中,多个并联的半导体开关器件位于电池包的主回路中,作为电池包的主回路的开关保护器件。主回路中不仅包括电池包,还包括负载和开关。其中,主回路中的负载为用电器,例如空调加热设备、电机等用电器。当主回路导通时,电池包用于对主回路中的各种负载进行供电。
[0070]
在该示例中,目标半导体开关器件即为半导体开关器件M1。电流检测模块I用于检测流过半导体开关器件M1的电流。
[0071]
其中,电源模块G用于输出驱动电压至每个半导体开关器件的栅极,以驱动每个半导体开关器件工作。
[0072]
其中,多个第一温度传感器分别设置在每个半导体开关器件的附近特定位置检测相应半导体开关器件的温度。
[0073]
在一些示例中,每个半导体开关器件附近均可设置一个第一温度传感器。即一个第一温度传感器测量一个半导体开关器件的温度,第一温度传感器与半导体开关器件为一一对应关系。
[0074]
在另一些示例中,一个第一温度传感器也可以同时测量多个半导体开关器件的温度,即该第一温度传感器测量的温度为多个半导体开关器件的温度。也就是说,第一温度传感器与半导体开关器件并非一一对应,但每个半导体开关器件均有对应的温度传感器。
[0075]
电流检测模块I放置在并联的半导体开关器件任一支路,并对该支路电流进行采集。同时处理模块P获取半导体开关器件工作时所处环境的温度。
[0076]
本申请实施例提供的电流采样电路,通过处理模块P基于各半导体开关器件的温度来判断多个并联的半导体开关器件是否处于电流均衡状态。当多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态下,采集电流检测模块I检测的任一半导体开关器件的电流,即可以得到主回路的总电流,从而对电池包的工作状态进行监控。通过采集处于电流均衡状态下的总电流,保证了采集的电流的精确性。
[0077]
下面结合一具体示例的电流采样电路对本申请实施例提供的电流采样方法进行详细介绍。
[0078]
如图3所示,半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal Oxide Semiconductor,MOS)。图3中所示的多个并联的MOS管MOS_1,MOS_2……MOS_n,共同构成功率MOS管开关阵列。其中,处理模块P为微处理单元(Microcontroller Unit,MCU)。每个第一温度传感器用于检测对应MOS管的温度。MCU用于对每个第一传感器输出的温度进行采样,以获取每个MOS管的温度。
[0079]
值得一提的是,在一些示例中,半导体开关器件还可以为绝缘栅双极型晶体管。
[0080]
在该示例中,电源模块G包括:多个电源单元G1,G2……Gn,多个电源单元与多路选通器的多个输入端连接,每个电源单元连接的输入端不同,每个电源单元输出的电压不同。
[0081]
多路选通器A,与MCU连接,多路选通器A的输出端与每个MOS管的栅极连接,用于在接收到MCU输出控制信号时,将多个电源单元中与控制信号对应的电源单元,与每个MOS管的栅极导通。
[0082]
需要说明的是,电源模块G用于输出多个不同电压。图3中的多个电源单元G1,G2……Gn也可以用一个能够输出多个电压的可调电源进行替换。
[0083]
其中,MCU通过不同的控制引脚输出不同的控制信号,以使多路选通器根据接收的控制信号选择与该控制信号对应的电源单元与每个MOS管的栅极导通。
[0084]
其中,多路选通器A的多个输入端与输出端构成多个电压输入通道。由于每个电压输入通道与不同的电源单元连接,且不同的电源单元输出的电压不同,因此多路选通器A中每个电压输入通道输入的电压均不相同。当MCU通过控制引脚输出一个控制信号至多路选通器A时,多路选通器A选择与该控制信号对应的电压输入通道,并通过该电压输入通道输出与该通道对应的电压至每个MOS管的栅极。
[0085]
作为一个示例,多路选通器A包括第一电压输入通道和第二电压输入通道。MCU可以通过一个控制引脚输出高电平或低电平(即1或0),实现多路选通器A在第一电压输入通道和第二电压输入通道之间进行切换。 依次类推,MCU可以利用多个控制引脚,控制多路选通器A在多个电压输入通道之间进行切换。
[0086]
另外,MCU还可以输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号至多路选通器,以控制多路选通器输出的电压以接收到的PWM信号的频率和占空比进行周期性振荡。
[0087]
因此,利用多个与多路选通器A连接的电源单元,可以控制每个MOS管的栅压。也就是说,MCU完成了对温度和电流的采样,多路选通器完成了对栅压的控制。
[0088]
在一些示例中,为了保证电源电压输出的电压的稳定性,电源模块G还包括多个电压跟随器LDO_1,LDO_2……LDO_n。其中,多个电源单元通过多个电压跟随器,与多路选通器A的多个输入端连接,每个电源单元和每个多路选通器A的输入端之间连接的电压跟随器不同。
[0089]
其中,电流检测模块I包括电阻分流器SHUNT。其中,电阻分流器SHUNT包括两个并联的电阻。电阻分流器SHUNT设置于MOS_1所在支路,电阻分流器的两端均与MCU连接。MCU通过采集电阻分流器两端的电压以及根据预先获取的电阻分流器的电阻值,即可以计算流过电阻分流器的电流,即流MOS_1的电流。
[0090]
MCU通过与电阻分流器SHUNT连接,即可以采集通过MOS_1的电流。图3中的主回路与图2中的主回路相同,图3中未示出。
[0091]
其中,图3中并联的MOS管直接焊接在散热金属基板上,由于在此种情况下无法获得MOS管的结温。因此利用图3中的电流采样电路进行电流均衡检测以及主回路总电流采集的方法如下:
[0092]
首先,在电流均衡状态下预先测量每个MOS管的均衡温度。作为一个示例,可通过测量每个MOS管所在电路的电流,以判断并联的多个MOS管是否处于电流均衡状态。若多个并联的MOS管处于电流均衡状态,则测量每个MOS管在电流均衡状态下的均衡温度。然后,根据预先测量的多个均衡温度确定预设温度范围。
[0093]
作为一个具体示例,预设温度范围为0~T,T为多个均衡温度中第一均衡温度与第二均衡温度的差值ΔT 0的2倍。其中,第一均衡温度大于多个 均衡温度中除第一均衡温度之外的其他温度,第二均衡温度小于多个均衡温度中除第二均衡温度之外的其他温度。
[0094]
也就是说,第一均衡温度为多个均衡温度中最高的均衡温度,第二均衡温度为多个均衡温度中最低的均衡温度。T为从多个并联的MOS管中最高均衡温度和最低均衡温度的差值ΔT 0的2倍,即T=2ΔT 0
[0095]
参见图4,在相同环境下,MCU在同一时刻通过设置在各MOS管旁特定位置的温度传感器采集相应MOS管的检测温度。然后,计算多个检测温度中第一检测温度和第二检测温度的差值ΔTn;第一检测温度大于多个检测温度中除第一检测温度之外的其他温度,第二检测温度小于多个检测温度中除第二检测温度之外的其他温度。也就是说,第一检测温度为MCU采集的多个检测温度中的最高检测温度,第二检测温度为MCU采集的多个检测温度中的最低检测温度。即MCU计算采集到的最高检测温度与最低检测温度差值ΔTn。
[0096]
接着,MCU判断ΔTn是否属于预设温度范围。作为一个示例,预设温度范围可以为0~ΔT 0,0~2ΔT 0或0~T’,其中T’为ΔT 0~2ΔT 0中任意一个温度。
[0097]
若ΔTn属于0~2ΔT 0,则确定多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,多路选通器A保持输出电压不变,MCU通过设置在并联支路上的电阻分流器SHUNT采集MOS_1所在支路的均衡电流,则将采集到的均衡电流与多个半导体开关器件的总个数的乘积,作为主回路的总电流。也就是说,将采集到的均衡电流乘以并联支路数,即可得主回路电流,主回路正常工作。
[0098]
当MCU判断ΔTn的大小超出了0~2ΔT 0范围时,则认为多个并联的MOS管不处于电流均衡状态。此时MCU输出控制信号给多路选通器A,多路选通器A降低输出电压或将输出电压调整为零,以保护主回路中的器件。循环上述过程即可对MOS管电流均衡状态进行持续检测,并对主回路电流进行持续采集。
[0099]
在本申请的实施例中,通过判断各MOS管温度的波动是否一致来判断并联MOS管是否处于电流均衡状态。在相同条件下,MCU判断是否有 MOS管的温度波动与其它MOS管温度波动不一致,如果该MOS管温度波动与其它MOS管波动不一致,则认为该MOS管出现了电流不均衡,MCU输出控制信号给多路选通器降低输出电压或将电压降低至零。MCU判断所有MOS管的温度波动一致,则认为多个并联的MOS管均工作在电流均衡状态,保持多路选通器输出电压不变,并通过电阻分流器SHUNT采集某一支路电流,将采集到的电流乘以并联支路数即得到主回路总电流。
[0100]
目前的电流检测单元并未对MOS开关阵列中的各单路MOS管开关通道的电流进行检测,这种情况下就会失去对各MOS管均衡电流能力的控制,由此可能引发某些MOS管大量发热,甚至出现温度失控进而导致MOS管烧毁的情形。本申请实施例提供的电流采样方法和电路采样电路能够准确监测主回路中并联的MOS管是否出现不均流情形,避免了某些MOS管可能出现的温度失控甚至烧毁。同时,还实现精确的电流采集。
[0101]
在本申请的实施例中,采用低成本温度传感器和电阻分流器SHUNT来判断MOS管均流情况并采集电流可以有效降低系统成本。
[0102]
下面结合另一具体示例的电流采样电路对本申请实施例提供的电流采样方法进行详细介绍。
[0103]
图5示出本申请另一具体实施例提供的电流采样电路。其中,图5中半导体开关器件为MOS芯片,且多个并联的MOS芯片封装在MOS集成模块内。与图3不同的是,图5中的电流采样电路还包括第二温度传感器NTC-m,该温度传感器用于采集集成模块所处环境的温度。
[0104]
多个并联MOS芯片直接封装在一个集成模块中,在集成模块中每个MOS芯片旁边特定位置分别集成一个温度传感器,用于检测每个并联MOS芯片的结温。在集成模块外特定位置放置一个温度传感器用于检测集成模块所处环境的温度。利用图5中的电流采样电流进行电流均衡检测以及主回路总电流采集的方法如下:
[0105]
首先,计算出集成模块中MOS芯片工作在电流均衡状态下并联MOS芯片中最高结温和最低结温的差值ΔT 0’。在同一时刻,MCU通过集成在模块中每个并联MOS芯片旁的温度传感器获取相应MOS芯片的结温T 1、T 2、…、T n。通过集成模块外的温度传感器获取模块外的环境温度T c。通 过MOS_1芯片所在支路上的电阻分流器SHUNT获取该支路的均衡电流I 1
[0106]
然后,MCU计算出采集到的芯片结温的最高温度和最低温度的差值ΔT n’。当MCU判断ΔT n’的大小超出了0~2ΔT 0’范围时,则认为并联MOS管没有工作于电流均衡状态,此时MCU输出控制信号给多路选通器,多路选通器降低输出电压或将输出电压调整为零,以保护主回路中的器件。
[0107]
当MCU判断ΔT n’的大小在0~2ΔT 0’范围之中时,则认为并联MOS芯片处于电流均衡状态,多路选通器保持输出电压不变。
[0108]
然后根据流过MOS_1芯片的均衡电流I 1、MOS_1芯片的结温T 1、T c和预先获取的集成模块的热电阻R(为一确定常量),确定MOS_1芯片的源漏电压V DS
[0109]
具体地,集成模块温度Tc和集成模块的热电阻R均为已知,可以计算得出每个MOS芯片的耗散功率Pdissipated,Pdissipated可以利用下面的表达式进行计算:
[0110]
P dissipated=(T i-T c)/R (1)
[0111]
其中,T i为采集到的相应MOS芯片的结温,i为小于等于n的正整数,n为图5中MOS芯片的个数。作为一个示例,T 1为MOS_1芯片的结温,T 2为MOS_2芯片的结温…….T n为MOS_n芯片的结温。
[0112]
通过MOS_1芯片所在支路的电流I 1以及MOS_1芯片结温T 1和集成模块的温度T c,可以得到并联MOS芯片的工作电压V DS,即源漏电压:
[0113]
[0114]
其中,每个MOS芯片的耗散功率Pdissipated还可以利用下面的表达式进行计算:
[0115]
P dissipated=I i*V DS (3)
[0116]
其中,I i为流经相应MOS芯片的源漏电流。
[0117]
其中,由公式(1)可以得出每个MOS芯片的耗散功率,再由公式(3)可知,MOS芯片的耗散功率P dissipated由源漏电压和源漏电流决定。由于MOS芯片为并联结构,所有MOS的源漏电压相同,MCU通过MOS_1支路的电阻分流器SHUNT获得了该支路上的源漏电流I 1,由公式(2)可计算出并联MOS管的源漏电压。
[0118]
联合公式(1)、公式(2)和公式(3),则可以精确计算出除MOS_1之外的每个MOS芯片的源漏电流I i,I i可以利用下面的表达式进行表示:
[0119]
[0120]
最后,将所有得到的MOS芯片的源漏电流相加即可获得精确的主回路的总电流。循环上述过程即可对MOS管电流均衡状态进行持续检测,并对主回路的总电流进行持续采集。
[0121]
在本申请的实施例中,通过监测多个并联MOS管或多个并联MOS芯片的最高温度与最低温度的差值,判断MOS管或MOS芯片是否处于电流均衡工作状态的依据如下:
[0122]
参考公式(1)和公式(3),MOS管或MOS芯片的温度由其耗散功率决定,耗散功率由MOS的源漏电流和源漏电压决定。当MOS管或MOS芯片并联时,所有MOS管或MOS芯片的源漏电压相同。因此,当并联MOS管处于电流均衡状态时,即流经各MOS的源漏电流相同时,其耗散功率相等,多个并联MOS管或多个并联MOS芯片中最高温度和最低温度不会出现明显的差值。
[0123]
而当多个并联MOS管或多个并联MOS芯片处于电流不均衡状态时,即流经各MOS管或MOS芯片的源漏电流不再相同,MOS管或MOS芯片的耗散功率出现明显变化,进而引起相应MOS管或MOS芯片的温度变化,此时多个并联MOS管或多个并联MOS芯片的多个温度中最高温度和最低温度会出现明显的差值。
[0124]
本申请实施例提供的电流采样电路和电路采样方法,能够判断多个并联的半导体开关器件是否处于电流均衡状态,并在电流均衡状态下实现精确的电流采集。
[0125]
还需要说明的是,本申请中提及的示例性实施例,基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是,本申请不局限于上述步骤的顺序。
[0126]
以上,仅为本申请的具体实施方式,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。应理解, 本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种电流采样方法,其中,所述方法包括: 获取多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的检测温度; 基于每个半导体开关器件的检测温度,确定所述多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态; 在所述电流均衡状态下,获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,所述目标半导体开关器件为所述多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件; 根据所述均衡电流,确定与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法还包括: 若确定所述多个并联的半导体开关器件不处于电流均衡状态,则降低每个半导体开关器件的栅极电压。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的方法,其中,所述基于每个半导体开关器件的检测温度,确定所述多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,包括: 计算多个检测温度中第一检测温度和第二检测温度的差值ΔT;所述第一检测温度大于所述多个检测温度中除所述第一检测温度之外的其他温度,所述第二检测温度小于所述多个检测温度中除所述第二检测温度之外的其他温度; 判断ΔT是否属于预设温度范围,所述预设温度范围根据预先测量的电流均衡状态下每个所述半导体开关器件的均衡温度确定; 若ΔT属于所述预设温度范围,则确定所述多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的方法,其中,所述预设温度范围为0~T 0,T 0为多个均衡温度中第一均衡温度与第二均衡温度的差值的2倍; 其中,所述第一均衡温度大于所述多个均衡温度中除所述第一均衡温度之外的其他温度,所述第二均衡温度小于所述多个均衡温度中除所述第二均衡温度之外的其他温度。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的方法,其中,所述半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体MOS管或绝缘栅双极型晶体管。
[权利要求 6]
据权利要求1所述的方法,其中,所述根据所述均衡电流,确定与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,包括: 将所述均衡电流与所述多个半导体开关器件的总个数的乘积,作为所述总电流。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的方法,其中,若所述半导体开关器件为MOS芯片,所述半导体开关器件的温度为所述MOS芯片的结温,且多个并联的所述MOS芯片封装在MOS集成模块内; 其中,所述根据所述均衡电流,确定与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,包括: 根据流过目标MOS芯片的均衡电流I 1、所述目标MOS芯片的结温T 1、获取的所述集成模块所处环境的温度T c和预先获取的所述集成模块的热电阻R,确定所述目标MOS芯片的源漏电压V DS; 基于V DS、R、T c和n个其他MOS芯片中每一个其他芯片的结温T i,得到流过所述每一个其他MOS芯片的均衡电流I i; 将所有MOS芯片的均衡电流的和作为所述总电流; 其中,n为大于1的正整数,i为小于等于n的正整数。
[权利要求 8]
根据权利要求7所述的方法,其中,V DS利用下面的表达式进行表示:
[权利要求 9]
根据权利要求7所述的方法,其中,I i利用下面的表达式进行表示:
[权利要求 10]
一种电流采样电路,其中,所述电路包括: 多个第一温度传感器,均与处理模块连接,对于每个第一温度传感器,用于采集多个并联的半导体开关器件中与该第一温度传感器对应的半导体开关器件的检测温度; 所述处理模块,用于基于每个半导体开关器件的检测温度确定所述多个并联的半导体开关器件处于电流均衡状态,在所述电流均衡状态下获取流过目标半导体开关器件的均衡电流,根据所述均衡电流确定与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的总电流,所述目标半导体开关器件为所述多个并联的半导体开关器件中的任一半导体开关器件; 电流检测模块,用于检测所述均衡电流; 电源模块,与所述处理模块以及所述每个半导体开关器件的栅极连接,用于在所述处理模块的控制下,输出驱动电压至所述每个半导体开关器件的栅极。
[权利要求 11]
根据权利要求10所述的电路,其中,所述电源模块包括: 多个电源单元,所述多个电源单元与多路选通器的多个输入端连接,每个电源单元连接的输入端不同,每个电源单元输出的电压不同; 多路选通器,与所述处理模块连接,所述多路选通器的输出端与每个所述半导体开关器件的栅极连接,用于在接收到所述处理模块输出的控制信号时,将所述多个电源单元中与所述控制信号对应的电源单元,与每个半导体开关器件的栅极导通。
[权利要求 12]
根据权利要求11所述的电路,其中,所述电源模块还包括多个电压跟随器; 所述多个电源单元通过所述多个电压跟随器,与所述多路选通器的多个输入端连接,每个电源单元和每个输入端之间连接的电压跟随器不同。
[权利要求 13]
根据权利要求10所述的电路,其中,若所述半导体开关器件为MOS芯片,且多个并联的所述MOS芯片封装在MOS集成模块内,所述电路还包括: 第二温度传感器,用于采集所述集成模块所处环境的温度。
[权利要求 14]
根据权利要求10所述的电路,其中,所述电流检测模块包括电阻分流器,所述电阻分流器设置于所述目标半导体开关器件所在支路,所述 电阻分流器的两端均与所述处理模块连接。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]