[實用新型]一種用于離線開關(guān)電源差分法電流檢測與控制電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620117841.5
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN205212721U
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢昶
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇力行電力電子科技有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/156;G01R19/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 談杰

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型公開了一種用于離線開關(guān)電源差分法電流檢測與控制電路，涉及 電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

離線式開關(guān)電源把工頻交流電的輸入轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出，實現(xiàn)在不同負 載條件下的恒壓或恒流。為了這個目標，傳感獲取輸出電流或電壓或者用間接的 方法測量成為重要的任務(wù)。離線式開關(guān)電源，無論是隔離或非隔離型的，主電路 都含有至少一個磁元件(電感或變壓器)，為了控制負載側(cè)的電壓和電流值，常 規(guī)的做法是在磁元件上增加一個繞組，利用二次側(cè)在輔助繞組上感應(yīng)的電壓或電 流信號完成傳感檢測功能。

圖1是一個典型的反激式開關(guān)變換器的電路原理圖，輸入是直流電壓源V_in， 經(jīng)過變壓器的原邊和一個主開關(guān)管(通常為MOSFET)形成原邊側(cè)電路，與開關(guān)管 串聯(lián)的電阻R_i是電流采樣電阻，兩端電壓代表原邊電流值。變壓器的副邊輸出經(jīng) 過二極管D的整流與負載側(cè)電容相連。為了有效地控制輸出電流I_o，必須要對它 實時檢測。

圖2顯示了交流輸入電壓全波整流之后的半周期波形圖，T_half代表工頻半周期 時長。作為示意，變壓器原邊電流和副邊電流在一個開關(guān)周期內(nèi)的形狀也已給出。 I_pp和I_sp分別代表原邊電流和副邊電流的峰值點，原邊電流在主開關(guān)接通時開始從 0線性上升，到達頂點時，主開關(guān)管關(guān)斷，副邊電流從頂點開始線性下降。

圖3描述了變壓器原邊、副邊電流和主開關(guān)管的漏極電壓波形和對應(yīng)時序。 主開關(guān)管漏極電壓包括幾個部分：當(dāng)原邊導(dǎo)通且電流上升時，由于主開關(guān)管導(dǎo)通， 所以V_ds＝0；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，V_ds等于輸入V_in與輸出反射電壓V_RO的和，直至副邊電 流下降到零，V_ds開始發(fā)生準諧振，以V_in為中軸來回震蕩，其振幅輸出反射電壓。 根據(jù)變壓器原理，I_sp＝N·I_pp，N是副邊對原邊的匝比。

圖4在圖2和圖3的基礎(chǔ)上重現(xiàn)了原邊和副邊電流在一個工頻交流輸入半周期 中每一次開關(guān)周期內(nèi)的數(shù)量關(guān)系，包括電流的平均值和峰值。其中，I_pavg：原邊 電流在一個開關(guān)周期內(nèi)平均值；I_avg：負載電流在交流半周期上的平均值；I_savg： 副邊電流在一個開關(guān)周期內(nèi)平均值；I_pp：原邊峰值電流；I_sp：副邊峰值電流；R： 負載電阻；V_ref：原邊電流參考值；T_off：副邊電流從峰值到0的時間；I_{pavg_half}：原 邊電流在整個工頻半周期內(nèi)的平均值。根據(jù)圖形反應(yīng)，負載R上流過的平均電流 表達式如下：

相應(yīng)的，平均值電流計算可以用一個采樣電阻參與表達，這個采樣電阻是原 邊電流采樣電阻的物理阻值乘以匝比N。

目前市場上流行的電流檢測電路是根據(jù)上述理論分析，在變壓器或電感上增 加一個輔助繞組來實現(xiàn)I_avg的檢測計算。如圖5所示，是一個典型的反激電源和傳 統(tǒng)電流檢測電路：除了圖1的主電路部分，此處含交流整流輸入，LED負載，驅(qū)動 芯片和輔助繞組電路。輔助繞組是變壓器原邊和副邊之外的一個獨立繞組，其輸 出經(jīng)電阻分壓得到PSVR信號，它在計算輸出平均電流時起到關(guān)鍵作用。

圖6把主開關(guān)管的漏源電壓與PSVR上采樣電壓做了一個對比，發(fā)現(xiàn)在開關(guān)管 關(guān)斷以后，PSVR可以等比例的把原邊側(cè)開關(guān)管的漏源電壓中剔除輸入直流成份以 外的交流電壓復(fù)現(xiàn)出來，而且在時序上也能完全對應(yīng)。從上述公式可知，通過電 流采樣電阻可以獲得I_pavg，另外從PSVR的波形得到每個開關(guān)周期的T_off值，即可算 出負載電流。這種電路，雖然通用，但是有嚴重缺點；變壓器每增加一個繞組會 加大生產(chǎn)成本，而且增加元器件體積和減小可靠性。特別是有的開關(guān)電源只含電 感，不需要變壓器的情況下，更為突出。

實用新型內(nèi)容