基于DSP的SiC MOSFET电流检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DSP的SiC MOSFET电流检测系统，包括漏源电压检测单元，漏源电压检测单元依次连接SiC MOSFET的漏极D、源极S、电流检测选通单元以及信号调理单元；电流检测选通单元同时连接SiC MOSFET的栅极G和源极S、以及信号调理单元；信号调理单元还连接DSP控制器单元；DSP控制器单元通过通信端口、I/O口和D/A转换口输出所测电流；SiC MOSFET驱动单元连接SiCMOSFET的栅极G。本发明专利技术还公开了一种基于DSP的SiC MOSFET电流检测方法，通过DSP就可以检测出电力变换器中SiC MOSFET的漏极电流，降低了检测单元和电力变换器系统的成本与体积。

Current detection system and method of SiC MOSFET based on DSP

【技术实现步骤摘要】
基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统及方法
本专利技术属于电力电子应用
，涉及一种基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统，本专利技术还涉及上述检测系统的检测方法。
技术介绍
SiCMOSFET因耐高压和高温、开关速度快、通态损耗小等优异特性，在未来智能电网电力变换器领域展现出巨大的应用潜力。目前电力变换器所使用的SiCMOSFET漏极电流检测主要是通过霍尔电流传感器实现的，以常用的三相两电平SiCMOSFET并网电力变换器拓扑为例，若要检测变换器上6个SiCMOSFET的电流，则需要配置6个霍尔电流传感器，常规的电力并网变换器控制还需要3个交流相电流及1个直流电流，那么共需10个霍尔电流传感器；而针对中压系统常用的三电平并网电力变换器拓扑，则共需要16个霍尔电流传感器。过多的电流传感器不仅会增加电力变换器的体积和成本，同时也会增加电力变换器主回路的杂散电感等，危及电力变换器的安全工作及稳定运行，也不利于电力变换器功率密度的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统，该系统通过SiCMOSFET的漏源电压就可以检测出电力变换器中SiCMOSFET的漏极电流，降低了检测单元和电力变换器系统的成本与体积。本专利技术的目的是提供一种基于DSP的SiCMOSFET电流检测方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统，包括漏源电压检测单元，漏源电压检测单元依次连接SiCMOSFET的漏极D、源极S、电流检测选通单元以及信号调理单元；电流检测选通单元同时连接SiCMOSFET的栅极G和源极S、以及信号调理单元；信号调理单元还连接DSP控制器单元；DSP控制器单元通过通信端口、I/O口和D/A转换口输出所测电流；SiCMOSFET驱动单元连接SiCMOSFET的栅极G。本专利技术所采用的第一种技术方案的特点还在于，漏源电压检测单元包括电阻Rcd1和Rcd2，电阻Rcd1的一端连接SiCMOSFET的漏极D，电阻Rcd1另一端连接Rcd2、电流检测选通单元以及信号调理单元，电阻Rcd2的另一端连接SiCMOSFET源极S。电流检测选通单元包括电阻Rcb1、电阻Rcb2和三极管Tc1，电阻Rcb1连接SiCMOSFET的栅极G以及SiCMOSFET驱动单元，电阻Rcb1另一端连接电阻Rcb2以及三极管Tc1的基极b；电阻Rcb2的另一端连接参考地GND0；三极管Tc1为PNP型三极管，三极管Tc1的发射极e连接着电阻Rcd1、电阻Rcd2以及信号调理单元，三极管Tc1的基极b连接着电阻Rcb1与电阻Rcb2，三极管Tc1的集电极c连接着参考地GND0。信号调理单元包括电阻Rc1，电阻Rc1的一端连接三极管Tc1的发射极e，电阻Rc1的另一端连接着电容C1以及线性光耦U1A的输入侧第二端口+Vin，电容C1的另一端连接线性光耦U1A的输入侧第三端口-Vin和第四端口，线性光耦U1A输入侧第一端口连接外部供电电源Vcc1，线性光耦U1A的输入侧第四端口连接GND0；线性光耦U1A的输出侧第一端口连接外部供电电源Vcc2，线性光耦U1A的输出侧第二端口+Vout连接电阻Rc2，线性光耦U1A的输出侧第三端口-Vout连接电阻Rc3，线性光耦U1A的输出侧第四端口为信号调理单元输出参考地GND；电阻Rc2的另一端连接电阻Rc4以及运算放大器U2A的反相输入端，电阻Rc3的另一端连接着电阻Rc5以及运算放大器U2A的同相输入端，电阻Rc5的另一端连接GND；运算放大器U2A的输出端连接着电阻Rc4的另一端以及电阻Rc6；电阻Rc6的另一端连接电阻Rc8以及运算放大器U2B的反相输入端，电阻Rc7一端连接GND，另一端连接运算放大器U2B的同相输入端，运算放大器U2B的输出端同时连接电阻Rc8的另一端、二极管D1的阳极、二极管D2的阴极和DSP控制器单元的A/D口；二极管D1的阴极连接外部电源Vcc3，二极管D2的阳极连接GND。本专利技术所采用的第二种技术方案是，基于DSP的SiCMOSFET电流检测方法，具体包括如下步骤：步骤1，根据所选SiCMOSFET型号的输出特性及实际驱动电压uG，确定SiCMOSFET漏极电流iD与SiCMOSFET漏源电压uDS之间的关系，如下公式(1)所示：iD＝f(uG,uDS)(1)；步骤2，确定SiCMOSFET漏源电压uDS与信号调理电路输出至DSP控制器单元A/D端口的电压uDS/DSP之间的比例关系，如下公式(2)所示：步骤3，将步骤1确定的iD与uDS之间的关系输入DSP控制器单元中；步骤4，将信号调理单元的输出与DSP控制器单元连接，依次接通电源、SiCMOSFET驱动单元、SiCMOSFET电路，即可检测到SiCMOSFET的漏极电流。本专利技术第二种技术方案的特点还在于，步骤4的具体过程为：步骤4.1，获取信号调理电路输出至DSP控制器单元A/D端口的电压uDS/DSP；步骤4.2，基于步骤4.1所得结果，结合步骤2中的公式(2)，获得SiCMOSFET漏源电压uDS；步骤4.3，基于步骤4.2所得结果，结合步骤1中的公式(1)，获得SiCMOSFET漏极电流iD。步骤4.1的具体过程为：接通SiCMOSFET电路后，驱动控制SiCMOSFET导通时，与SiCMOSFET并联的漏源电压检测单元将获得SiCMOSFET漏源电压uDS，该漏源电压uDS经过分压电阻Rcd1和Rcd2分压，送给信号调理单元，在信号调理单元中，漏源电压信号首先经过线性光耦U1A进行光电隔离，然后经过两级反向运算放大器U2A、U2B对电压信号进行放大，再将此时的电压信号输出给DSP控制器单元的A/D口，即可测得信号调理电路输出至DSP控制器单元A/D端口的电压uDS/DSP。本专利技术的有益效果是，通过SiCMOSFET漏极电流与漏源电压的关系，通过并联电阻来获取SiCMOSFET导通时的电压，通过三极管选择检测仅在SiCMOSFET导通时的电流，屏蔽了SiCMOSFET断态时承受的高电压，保障了信号调理单元的安全运行；通过SiCMOSFET漏极电流和漏源电压之间的关系，即可在DSP控制CCS软件中实时显示检测的电流，无需示波器，大大降低了成本，提高了SiCMOSFET漏极电流检测的便利性；也可将此电流传给相应的监控设备；也可用于智能电网电力变换器的交流侧和直流侧电流重构和故障检测中，大大降低变换器系统的成本，提高了其功率密度。附图说明图1是本专利技术基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统的结构示意图；图2是本专利技术基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统的内部结构示意图；图3是本专利技术中SiCMOSFET所选型号SCH2080KE的输出特性曲线；图4是本专利技术基于DSP的SiCMOSFET电流检测方法的实验测试电路；图5(a)、(b)是本专利技术基于DS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于DSP的SiC MOSFET电流检测系统，其特征在于：包括漏源电压检测单元，漏源电压检测单元依次连接SiC MOSFET的漏极D、源极S、电流检测选通单元以及信号调理单元；电流检测选通单元同时连接SiC MOSFET的栅极G和源极S、以及信号调理单元；信号调理单元还连接DSP控制器单元；DSP控制器单元通过通信端口、I/O口和D/A转换口输出所测电流；SiC MOSFET驱动单元连接SiCMOSFET的栅极G。/n

【技术特征摘要】
1.基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统，其特征在于：包括漏源电压检测单元，漏源电压检测单元依次连接SiCMOSFET的漏极D、源极S、电流检测选通单元以及信号调理单元；电流检测选通单元同时连接SiCMOSFET的栅极G和源极S、以及信号调理单元；信号调理单元还连接DSP控制器单元；DSP控制器单元通过通信端口、I/O口和D/A转换口输出所测电流；SiCMOSFET驱动单元连接SiCMOSFET的栅极G。


2.根据权利要求1所述的基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统的检测方法，其特征在于：所述漏源电压检测单元包括电阻Rcd1和Rcd2，电阻Rcd1的一端连接SiCMOSFET的漏极D，电阻Rcd1另一端连接Rcd2、电流检测选通单元以及信号调理单元，电阻Rcd2的另一端连接SiCMOSFET源极S。


3.根据权利要求1所述的基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统的检测方法，其特征在于：所述电流检测选通单元包括电阻Rcb1、电阻Rcb2和三极管Tc1，电阻Rcb1连接SiCMOSFET的栅极G以及SiCMOSFET驱动单元，电阻Rcb1另一端连接电阻Rcb2以及三极管Tc1的基极b；电阻Rcb2的另一端连接参考地GND0；三极管Tc1为PNP型三极管，三极管Tc1的发射极e连接着电阻Rcd1、电阻Rcd2以及信号调理单元，三极管Tc1的基极b连接着电阻Rcb1与电阻Rcb2，三极管Tc1的集电极c连接着参考地GND0。


4.根据权利要求3所述的基于DSP的SiCMOSFET电流检测系统的检测方法，其特征在于：所述信号调理单元包括电阻Rc1，电阻Rc1的一端连接三极管Tc1的发射极e，电阻Rc1的另一端连接着电容C1以及线性光耦U1A的输入侧第二端口+Vin，电容C1的另一端连接线性光耦U1A的输入侧第三端口-Vin和第四端口，线性光耦U1A输入侧第一端口连接外部供电电源Vcc1，线性光耦U1A的输入侧第四端口连接GND0；线性光耦U1A的输出侧第一端口连接外部供电电源Vcc2，线性光耦U1A的输出侧第二端口+Vout连接电阻Rc2，线性光耦U1A的输出侧第三端口-Vout连接电阻Rc3，线性光耦U1A的输出侧第四端口为信号调理单元输出参考地GND；电阻Rc2的另一端连接电阻Rc4以及运算放大器U2A的反相输入端，电阻Rc3的另一端连接着电阻Rc5以及运算放大器U2A的同相输入端，电阻Rc5的另一端连接GND；运算放大器U2A的输出端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍文俊，左冉阳，崔东杰，蔡雨希，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61