输出电流的控制和感测基础-电路图讲解-电子技术方案

对大部分负载管理电路来说，MOSFET正在迅速取代继电器成为首选的开关技术，电力电子系统的维护成本也随之降低。本文讲述了输出电流的控制和感测基础，并分析了一种智能负载管理产品。

随着微处理器对电力电子控制能力的增强，管理负载电流益发行之有效，而不再是不堪的恶梦。在本文中，我们从基本的输出电流控制和感测开始，然后介绍一种智能负载管理产品。

输出电流控制技术随半导体开关的进步而发展。对大多数负载管理电路来说，MOSFET晶体管正在迅速取代继电器成为所选择的开关技术。有两种方法可将MOSFET晶体管插入到电路中：

1 作为高侧P沟道开关

2 作为低侧N沟道开关

对两种MOSFET晶体管类型做一个快速回顾，我们可以记起来，P沟道MOSFET是通过将栅极电压拉到比源极电压更低来进行栅控的；而N沟道MOSFET的栅极是由比源极更高的电压来导通的。另外，其电流方向是相反的。这两个因素决定了与馈入负载的电压和电流相关的开关方向。

图1：N沟道和P沟道MOSFET。

图2显示了P沟道MOSFET作为负载开关时的优势：P沟道控制电流流入地面，而N沟道控制电流流出地面（通常称为“返回”）。

图2：P沟道器件作为负载开关时具有优势。

在这两种情况下，栅极电压都必须超过器件的阈值电压，才能将器件作为欧姆区（ohmic region）中的开关完全开启。请注意，这里的讨论集中在增强型P沟道和N沟道MOSFET。不同类型的JFET具有不同的栅控要求。

图3：本文着眼于增强型MOSFET。

从器件操作回到负载管理电路，图4所示是将高压侧p-FET用作开关元件，它还用了一个安森美的N沟道efuse产品。

图4：高压侧p-FET作为开关元件。

图5所示是低侧（返回侧）n-FET作为开关元件，使用了安森美的N沟道efuse产品。虽然N沟道MOSFET比P沟道MOSFET约小三分之一，因此成本也更低，但由于P沟道MOSFET能保持合适的接地参考（参考图5中N沟道n-FET开关位置，对地参考“隔断”），所以使用P沟道MOSFET进行负载管理更好。

图5：低侧（返回侧）n-FET作为开关元件。

efuse是一个重要的进步，因为它允许在极性反接、输出短路或过电流情况下开启电路。以类似的方式，也可以监测和控制流过开关的电流。事实上，如果栅控不正确，会发生开关振荡。

尽管半导体不会像继电器那样表现出开关反弹，但仍有可能出现不需要的振铃。

本文将着眼于高侧电流感测。高侧电流感测可以通过模拟电路进行控制，同时高侧电流的数字控制也在向更高水平推进。这些开关内置了智能功能，包括可以反馈给微处理器的可编程电流水平和数字化电流水平读数。这些信息被存储在专门处理事件定时采样的微处理器中，从而创建记录水平历史。然后使用软件确定负载电流随时间的变化。该信息与编程的阈值进行比较，并能提醒用户发生的变化。

在继电器负载的情况下，利用这些信息可以对即将发生的组件故障发出告警。这种智能负载管理产品可以作为一个单独实体运行，也可与智能电源一起使用。与智能电源一起使用时，可以采用RS-485通信进行可编程负载监控和实时更新。

负载管理能力的增强正在改变电力行业。数字控制能力变得更精确、更可调，系统性能和可靠性也得到提高，因而能够预测故障。这样的话，便不必再仅仅为了更换一条熔断的保险就下派技术人员到现场，从而降低了维护成本。

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贴片电感串联和并联的情况在电路中偶尔会出现。现在我们分别来讨论电感串联和电感并时，总电感量（等效电感量）怎么算？

一、电感串联时总电感量的计算

电感串联时总电感呈增加状态，为串联电路中所有电感量的总和。规律与电阻串联时等效电阻的计算相似。

串联时总电感量计算公式：

L=L1+L2+L3+L4……

二、电感并联时总电感量的计算

同样，电感并联与电阻串联时的计算公式也是相似的，电感并联时，总电感量减少。其变化规律用公式可以表示为

1/L并=1/L1+1/L2+1/L3+1/L4+……

所以，电感并联计算公式

L并=1/(1/L1+1/L2+1/L3+1/L4+……)

三、贴片电感串联插件电感能否串联，怎么计算电感量？

不同类别的电感量，在满足电路工作环境的情况下，都是可以串联和并联在一起的。

也就是说串联时总电感量只是串联电感的电感量有关系，与串联电感的类别，封装形式，规格尺寸是没有关系的。

四、电路中存在电感串联，也存在电感并联，如何计算总电感量？

计算的基本原理是一样的，可以按照电感串联并联的先后顺序，先依次算出支路的等效电感量，再计算总电感量。

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