一種離線式開關(guān)電源的新型電流檢測(cè)和控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種離線式開關(guān)電源的新型電流檢測(cè)和控制電路，設(shè)及電力電子技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載條 件下的恒壓或恒流。為了運(yùn)個(gè)目標(biāo)，傳感獲取輸出電流或電壓或者用間接的方法測(cè)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(gè)磁元件 (電感或變壓器），為了控制負(fù)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(gè)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(hào)完成傳感檢測(cè)功能。
[0003] 圖1是一個(gè)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Vin,經(jīng)過變 壓器的原邊和一個(gè)主開關(guān)管(通常為M0SFET)形成原邊側(cè)電路，與開關(guān)管串聯(lián)的電阻Ri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(fù)載側(cè)電 容相連。為了有效地控制輸出電流I。，必須要對(duì)它實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0004] 圖2顯示了交流輸入電壓全波整流之后的半周期波形圖，Thaif代表工頻半周期時(shí) 長(zhǎng)。作為示意，變壓器原邊電流和副邊電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的形狀也已給出。Ipp和Isp分 別代表原邊電流和副邊電流的峰值點(diǎn)，原邊電流在主開關(guān)接通時(shí)開始從0線性上升，到達(dá)頂 點(diǎn)時(shí)，主開關(guān)管關(guān)斷，副邊電流從頂點(diǎn)開始線性下降。
[000引圖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(duì)應(yīng)時(shí)序。主開關(guān) 管漏極電壓包括幾個(gè)部分：當(dāng)原邊導(dǎo)通且電流上升時(shí)，由于主開關(guān)管導(dǎo)通，所WVds = O;當(dāng)開 關(guān)管關(guān)斷時(shí)，Vds等于輸入Vin與輸出反射電壓Vro的和，直至副邊電流下降到零，Vds開始發(fā)生 準(zhǔn)諧振，WVin為中軸來回震蕩，其振幅輸出反射電壓。根據(jù)變壓器原理，Isp = N. Ipp, N是副 邊對(duì)原邊的應(yīng)比。
[0006]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(gè)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，Ipavg:原邊電流在一個(gè)開關(guān) 周期內(nèi)平均值;Iavg:負(fù)載電流在交流半周期上的平均值;Isavg:副邊電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi) 平均值；Ipp:原邊峰值電流；Isp:副邊峰值電流;R:負(fù)載電阻;Vref:原邊電流參考值;Toff:副 邊電流從峰值至IjO的時(shí)間；Ipavg_half:原邊電流在整個(gè)工頻半周期內(nèi)的平均值。根據(jù)圖形反 應(yīng)，負(fù)載R上流過的平均電流表達(dá)式如下：
[0010] 相應(yīng)的，平均值電流計(jì)算可W用一個(gè)采樣電阻參與表達(dá)，運(yùn)個(gè)采樣電阻是原邊電 流采樣電阻的物理阻值乘W應(yīng)比N。
[0011] 目前市場(chǎng)上流行的電流檢測(cè)電路是根據(jù)上述理論分析，在變壓器或電感上增加一 個(gè)輔助繞組來實(shí)現(xiàn)Iavg的檢測(cè)計(jì)算。如圖5所示，是一個(gè)典型的反激電源和傳統(tǒng)電流檢測(cè)電 路:除了圖1的主電路部分，此處含交流整流輸入，L邸負(fù)載，驅(qū)動(dòng)忍片和輔助繞組電路。輔助 繞組是變壓器原邊和副邊之外的一個(gè)獨(dú)立繞組，其輸出經(jīng)電阻分壓得到PSVR信號(hào)，它在計(jì) 算輸出平均電流時(shí)起到關(guān)鍵作用。
[0012] 圖6把主開關(guān)管的漏源電壓與PSVR上采樣電壓做了一個(gè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在開關(guān)管關(guān)斷 W后，PSVR可W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W外的交流電壓 復(fù)現(xiàn)出來，而且在時(shí)序上也能完全對(duì)應(yīng)。從上述公式可知，通過電流采樣電阻可W獲得 Ipavg,另外從PSVR的波形得到每個(gè)開關(guān)周期的Toff值，即可算出負(fù)載電流。運(yùn)種電路，雖然通 用，但是有嚴(yán)重缺點(diǎn);變壓器每增加一個(gè)繞組會(huì)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種離線式開關(guān)電源 的新型電流檢測(cè)和控制電路，采用一個(gè)電阻分壓電路后加一個(gè)高通濾波器把主開關(guān)管漏源 電壓上的諧振頻率分量提取出來，從而獲得實(shí)際關(guān)斷時(shí)間的信息，對(duì)輸出電流實(shí)時(shí)地進(jìn)行 測(cè)算;利用系統(tǒng)中經(jīng)整流輸入的電壓信號(hào)與主開關(guān)管的漏源電壓信號(hào)進(jìn)入差分放大器和比 較器得到輸出電壓幅值和電流的時(shí)序信息。從而實(shí)現(xiàn)無需變壓器額外繞組及直接傳感元器 件條件下，對(duì)輸出電流的精確控制。
[0014] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0015] -種離線式開關(guān)電源的新型電流檢測(cè)和控制電路，在離線式開關(guān)電源的主開關(guān)漏 極設(shè)置高通濾波電路，所述高通濾波電路對(duì)電壓信號(hào)處理得到漏極電壓的高頻交流分量， 進(jìn)一步得出副邊電流從峰值到O的時(shí)間和輸出電流值。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述高通濾波電路包括第一至第四電阻，第一電 容和第一二極管，離線式開關(guān)電源的主開關(guān)漏極與第一電阻的一端相連接，第一電阻的另 一端分別與第二電阻的一端、第一電容的一端相連接，第二電阻的另一端接地，第一電容的 另一端與第=電阻的一端相連接，第=電阻的另一端分別與第四電阻的一端、第一二極管 的負(fù)極相連接，第四電阻的另一端接地，第一二極管的正極接地。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述高通濾波電路對(duì)波形分檢出高頻分量;所述 高通濾波器的輸出檢測(cè)負(fù)載電流值。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，高通濾波器的截止頻率大于設(shè)定的闊值。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在離線式開關(guān)電源電路中還設(shè)置有負(fù)載控制和過 壓保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括兩個(gè)分壓電阻器，比較器，時(shí)序檢測(cè)電路，電流檢測(cè)電路，控制 器，電壓檢測(cè)電路，增益模塊和差分放大器，第五和第六電阻組成第一分壓電阻器，第一分 壓電阻器設(shè)置于負(fù)載控制和過壓保護(hù)系統(tǒng)的輸入處，第屯電阻和第八電阻組成第二分壓電 阻器，第二分壓電阻器設(shè)置于主開關(guān)管的漏極，生成PSVR信號(hào)；
[0020] 所述差分放大器輸出輸入電壓與高頻交流電壓的差值;比較器輸出漏極電壓和輸 入電壓的差值，計(jì)算得出輸出電流值，負(fù)載控制和過壓保護(hù)系統(tǒng)在獲得輸出電流值的基礎(chǔ) 上即W調(diào)節(jié)PWM占空比的方式控制電流。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，兩個(gè)電阻分壓器采用相同的分壓比例。
[0022] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0023] 1、避免在電源磁元件增加輔助繞組；
[0024] 2、革除使用變壓器；
[0025] 3、所有電路可W歸并放入電源控制忍片內(nèi)，接近成本；
[0026] 4、可W實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流控制；
[0027] 5、可W實(shí)現(xiàn)輸出電壓的過壓和欠壓保護(hù)功能；
[0028] 6、適用于開關(guān)電源各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0029] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中，常見的反激電路拓?fù)鋱D。
[0030] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中，變壓器原邊副邊電流和輸入電壓形狀示意圖。
[0031] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中，原副邊電流及主開關(guān)管漏極電壓示意圖。
[0032] 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中，電流控制示意圖。
[0033] 圖5是現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)電路獲得TDff的方法示意圖。
[0034] 圖6是現(xiàn)有技術(shù)中，PSVR電壓反映 Toff發(fā)生時(shí)間點(diǎn)示意圖。
[0035] 圖7是本發(fā)明中，用高通濾波器實(shí)現(xiàn)電流控制的示意圖，
[0036] 其中：371、1?72、1?74、1?75分別為第一至第四電阻，〔57為第一電容，0165為第一二極 管。
[0037] 圖8是本發(fā)明中，高通濾波器實(shí)現(xiàn)的升降壓電路-電流控制示意圖。
[0038] 圖9是本發(fā)明中，用差分電路實(shí)現(xiàn)升降壓變換器的電流控制示意圖，
[0039] 其中：Rl至R4分別為第五至第八電阻，R巧日R2組成第一電阻分壓器，R3和R4組成第 二電阻分壓器。
[0040] 圖10是本發(fā)明中，提取Tnf f信號(hào)的詳細(xì)波形圖。
[0041] 圖11是本