[發明專利]進行PWM SMPS電流檢測和系統驗證的算法

有效

• 申請號: 201080058006.4
• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102725949A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 馬克·格萊克
• 申請（專利權）人: 英萬賽斯鐵路公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02M3/155
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

相關申請的交叉引用

本公開要求于2009年12月21日提交的題為“進行PWM?SMPS電流檢測和系統驗證的算法”的第61/288,593號美國臨時申請的優先權，該申請的全部內容通過引用并入本文。

背景技術

基于脈寬調制(PWM)的開關模式電源(SMPS)是在各種應用中使用的通常電源。PWM?SMPS裝置可以是獨立電源單元或者可以是電路(諸如用于鐵路工業的重要電路)的元件。在PWM?SMPS中，通過快速斷開和閉合電源與負載之間的開關以形成傳輸功率的脈沖來對供給至負載的DC功率進行控制。通過電容器和/或電感器將這些脈沖調節為大致線性的DC信號。在基于PWM的電源中，可進行負載電流測量以快速檢測過載狀態或電容損失，或用于一般的負載監測。因為在典型電源中，不希望在系統的使用壽命期間改變器件，故這種監測是有用的。因此，對于給定負載而言，檢測到的電流改變可指示諸如電容故障的問題。電容故障可導致裝置的等效串聯電阻增加，該增加進而可導致熱量的增加和物理電解液的泄漏。減小的電容還可損害電路的反饋回路響應。負載電流常常通過多種檢測技術之一來確定，這些檢測技術需要與電路中的器件的檢測連接。

現有技術中用于監測負載電流的一種技術使用負載本身的高壓側或低壓側檢測電阻來確定輸出電流。例如，在圖1的電路中，PWM控制器100控制開關140。當開關140閉合時，電源170使電流流過變壓器150，變壓器150進而將電流供給至電感器160。電感器160和電容器180在電流到達負載110之前對電流進行調節。電阻器120設置在電感器160與負載110之間。電阻器120兩端的電壓降通過電源傳感器130檢測，電源傳感器130可包括模數轉換器或模擬閾值檢測器。傳感器130所檢測的電壓可連接至比較器或放大器以有助于電流水平檢測或過載監測。根據該測量的電壓降和電阻120的已知電阻值，可以確定負載電流。雖然該方法可相當精確，但所增加的電阻120增加了器件成本、熱耗散以及輸出的電壓降。

圖2A和2B示出另一種現有技術的負載電流監測技術，其中開關元件上的檢測電阻或開關元件本身的寄生電阻被用于發現電流。如圖1所示，PWM控制器200控制開關240。當開關240閉合時，電源270使電流流過變壓器250。變壓器250進而將電流供給至電感器260。電感器260和電容器280在電流到達210之前對電流進行調節。在圖2中電阻器設置在開關元件240與地220之間，或者如圖2B所示可使用開關元件240的寄生電阻225。在任何一種情況下，傳感器230測量電阻器220或225與地之間的電壓降。傳感器130所檢測到電壓可以連接到比較器和放大器上，以便于電流水平檢測和過載監測。根據測量到的電壓降和電阻器220或225的已知電阻，能夠確定負載電流。與圖1相同，圖2A中的電阻器220增加器件成本、熱耗散、以及輸出的電壓降。圖2B的寄生電阻225不能解決這些問題(因為開關240必須在任何情況下都存在)，然而，因為器件的大量變型和環境對寄生電阻值的影響，無法精確地獲知寄生電阻225。

圖3中示出不使用電阻來檢測電流的現有技術的電流檢測技術。PWM控制器300通過激活開關360和370從電源380供給功率。電感器320和電容器390在電流到達負載310之前對電流進行調節。傳感器350監測負載310、電感器320和電容器390所共享的節點330處以及開關360、開關370和電感器320所共享的節點340處的節點電壓。這些節點電壓在與開關360和370的動作有關的時間的某些點處進行測量，可從這些測量中估算電感器320中的正向電流。在這種技術中，節點330和340上的噪聲能夠降低電流估算的精度。

附圖說明

圖1示出現有技術的負載電流監測電路；

圖2A示出現有技術的負載電流監測電路；

圖2B示出現有技術的負載電流監測電路；

圖3示出現有技術的負載電流監測電路；

圖4示出根據本發明的實施方式的現有技術的負載電流監測電路；

圖5A示出根據本發明的實施方式的占空比波形；

圖5B示出根據本發明的實施方式的占空比波形；

圖6A示出根據本發明的實施方式的占空比波形；

圖6B示出根據本發明的實施方式的占空比波形；

圖7示出根據本發明的實施方式的負載電流近似曲線；

圖8A示出根據本發明的實施方式的負載電流監測電路的一部分；

圖8B示出根據本發明的實施方式的負載電流監測電路的一部分；

圖8C示出根據本發明的實施方式的占空比波形；