电流采样电路、电流过零检测电路、图腾柱无桥PFC电路及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种电流采样电路、电流过零检测电路、图腾柱无桥PFC电路及其控制方法，通过在电流互感器副边串入开关控制环节，当流过正向电流时进行正常的电流采样，而当流过负向电流时通过采样开关提供一个低阻或低压路径，从而解决电流互感器副边电压应力大的问题；同时低阻路径或低压路径的存在使互感器反向励磁小，反向励磁电流还具有一个去磁路径，使反向励磁电流积累少，从而不会使互感器饱和，也不会产生误触发的电压信号。

Current sampling circuit, current zero crossing detection circuit, totem pole bridge free PFC circuit and its control method

【技术实现步骤摘要】
电流采样电路、电流过零检测电路、图腾柱无桥PFC电路及其控制方法
本专利技术涉及PFC电路，尤其涉及图腾柱无桥PFC电路的电流采样。
技术介绍
AC-DC功率变换器的输入级通常为整流桥，整流桥后通常接Boost电路，由于整流桥具有2个二极管压降，限制了变换器本身效率的进一步提高。随着功率等级的增加以及变换器效率要求的提高，整流桥损耗是个很大的问题。一个解决办法是将二极管整流桥替换成MOS管整流桥，但成本明显增加；另一个解决办法是去掉整流桥，从桥式整流的PFC切换到无桥PFC。图腾柱无桥PFC是目前性能最好的PFC拓扑，功率元器件较少，设计紧凑，半桥结构方便采用准ZVS或ZVS控制，可高频化，并且具有较低的EMI，缺点是控制复杂，电流采样困难。图1所示为一种现有的采用电流互感器采样的图腾柱无桥PFC电路，包括电感Lboost、开关管Q1、开关管Q2，二极管Da、二极管Db，开关管Q1与开关管Q2串联组成开关桥臂，二极管Da与二极管Db串联组成整流桥臂，输入电源Vin的一端通过电感Lboost耦接到开关桥臂的中点、输入电源Vin的另一端直接耦接到第二整流桥臂的中点，开关桥臂、整流桥臂、滤波电容以及输出负载并联，第一电流采样电路11a的两个输入端串入开关桥臂的上桥臂检测AC负半周期输入时的开关电流，第二电流采样电路11b的两个输入端串入开关桥臂的下桥臂检测AC正半周期输入时的开关电流。第一电流采样电路11a和第二电流采样电路11b采用常规电路，结构相同，均为包括一电流互感器CT1/CT2、一去磁电路、一采样电阻Rs1/Rs2和一二极管D1/D2，电流互感器包括一原边绕组P1/P2与一副边绕组S1/S2，原边绕组P1/P2的两端为电流采样电路的两个输入端，副边绕组S1/S2与去磁电路并联后的一端连接二极管D1/D2的阳极、另一端接地，去磁电路由去磁电感Lm与去磁电阻Rs1/Rs2并联组成，用来给电流互感器CT1/CT2去磁，二极管D1/D2的阴极同时连接采样电路的输出端和采样电阻Rs1/Rs2的一端，采样电阻Rs1/Rs2的另一端接地。图1所示电路由于开关管Q1与开关管Q2在AC输入的正半周期与负半周期会发生对调，开关管中的电流也存在正负变化，这导致这种常规的互感器电流采样电路在图腾柱PFC电路中有明显的缺陷。图2所示为图1所示图腾柱无桥PFC电路的驱动时序，图3A～图3B所示为AC输入正半周期内单个开关周期内图腾柱无桥PFC中的电流流向。图3A为开关管Q1关断、开关管Q2导通时的情况，正向电流流过互感器CT2，通过11b检测电感峰值电流；11a中互感器CT1的励磁电流通过二极管D1、电阻Rs1去磁，电阻Rs1上产生不需要的电压信号，这个电压信号可能引起误触发动作。图3B为开关管Q2关断、开关管Q1导通时的情况，开关管Q1作为续流管续流，互感器CT2中励磁电流通过电阻Rc2去磁，去磁电阻通常为kΩ级、取值通常为采样电阻的几十倍，互感器CT1中通过负向电流，由于二极管D1反向截止，这个负向电流在电阻Rc1上产生很大的负向电压(通常能达几百V)，如果这个电压没有使二极管D1反向击穿损坏，就会在互感器CT1的励磁电感上形成较大的励磁电流，这个励磁电流将会通过二极管D1与电阻Rs1去磁，存在去磁问题，互感器CT1不是一个周期内饱和就是几个周期内饱和，采样损耗也会增加，同时也会产生误触发信号。AC输入负半周期的工作过程描述与正半周期类似。总的来说图1所示的图腾柱无桥PFC的现有互感器电流采样方案存在互感器副边整流管应力过大、互感器饱和以及电流采样电阻上产生误触发电压信号的问题，因而从电流采样控制上来说需要能够避免上述问题的可替代方案。
技术实现思路
有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种电流采样电路，应用于图腾柱无桥PFC电路，能够解决电流互感器副边电压应力大的问题，进一步地，还能解决互感器饱和以及产生误触发的电压信号电流采样电阻上产生误触发电压信号的问题；同时，本专利技术还提供应用该采样电路的电流过零检测电路、图腾柱无桥PFC电路及其控制方法。为解决上述技术问题，本申请的专利技术构思为：在现有的应用于图腾柱无桥PFC电路的电流采样电路的电流互感器副边串入开关控制环节，当流过正向电流时进行正常采样，而当流过负向电流时提供一个低阻或低压路径，从而解决电流互感器副边电压应力大的问题；同时，低阻路径或低压路径的存在使互感器反向励磁小，反向励磁电流还具有一个去磁路径，使反向励磁电流积累少，从而不会使互感器饱和，也不会产生误触发的电压信号。本专利技术提供的电流采样电路技术方案如下：一种电流采样电路，包括：电流互感器、去磁电路、采样电阻、第一采样输入端、第二采样输入端以及采样输出端，电流互感器包括原边绕组与副边绕组，原边绕组的一端为第一采样输入端、另一端为第二采样输入端，副边绕组与去磁电路并联，并联后的一端同时与采样输出端和采样电阻的一端电连接、并联后的另一端同时与采样电阻的另一端和地电联接；其特征在于：还包括采样开关，采样开关导通时具有双向导电性，关断时具有从阳极端子到阴极端子的单向导电性；采样开关的阳极端子与地相连、阴极端子与副边绕组与去磁电路并联后的另一端相连；采样开关受控于其控制端子输入的选通信号，在原边绕组流过正向电流时控制采样开关关断、在原边绕组流过负向电流时控制采样开关导通，为该负向电流提供一个流动路径。作为采样开关的一种具体的实施方式，其特征在于：采样开关为N-MOS管，N-MOS管的源极为采样开关的的阳极端子、漏极为采样开关的阴极端子、栅极为采样开关的控制端子。作为上述技术方案的改进，其特征在于：还包括钳位电路，钳位电路与采样电阻并联，用来钳位采样电阻上的负向电压。作为钳位电路的具体的实施方式，其特征在于：钳位电路包括一只二极管，二极管的阳极连接采样电阻的另一端、阴极连接采样电阻的一端；或者钳位电路包括一只MOS管，MOS管的源极连接采样电阻的另一端、漏极连接采样电阻的一端。为了实现两路电流采样电路的采样电阻可以合并，其特征在于：还包括一只二极管，二极管的阳极连接副边绕组与去磁电路并联后的一端，二极管的阴极连接采样输出端。本专利技术提供的电流过零检测电路，其特征在于：包括两路上述任意一种电流检测电路，以及电压比较器，电压比较器的正向输入端连接电流检测电路的输出端、负向输入端用于输入参考电平、输出端用于输出电流过零检测信号；各路电流检测电路中的电流互感器同名端、采样开关控制端子输入的选通信号配置如下：电流互感器原边绕组正向电流流入的一端与电流互感器副边绕组与采样开关阴极端子相连的一端互为同名端；当电流互感器原边通过正向电流时，选通信号为高，驱动采样开关导通；当电流互感器原边通过负向电流时，选通信号为低，驱动采样开关关断。优选地，参考电平为零电平或稍大于零电平的电平。本专利技术提供的图腾柱无桥PFC电路，其特征在于：包括两路上述任意一种电流检测电路；第一路电流采样电路的两个采样输入端串入开关桥臂的上桥臂，检测AC输入负半周期输入时的开关电流；第二路电流采样电路的两个采样输入端串入开关桥臂的下桥臂，检测AC正半周期输入时的开关电流。本专利技术还提供上述图腾柱无桥PFC电路的控制方法，其特征在于：AC输入正半周期，开关桥臂的下桥臂开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流采样电路，包括：电流互感器、去磁电路、采样电阻、第一采样输入端、第二采样输入端以及采样输出端，电流互感器包括原边绕组与副边绕组，原边绕组的一端为第一采样输入端、另一端为第二采样输入端，副边绕组与去磁电路并联，并联后的一端同时与采样输出端和采样电阻的一端电连接、并联后的另一端同时与采样电阻的另一端和地电联接；其特征在于：还包括采样开关，采样开关导通时具有双向导电性，关断时具有从阳极端子到阴极端子的单向导电性；采样开关的阳极端子与地相连、阴极端子与副边绕组与去磁电路并联后的另一端相连；采样开关受控于其控制端子输入的选通信号，在原边绕组流过正向电流时控制采样开关关断、在原边绕组流过负向电流时控制采样开关导通，为该负向电流提供一个流动路径。

【技术特征摘要】
1.一种电流采样电路，包括：电流互感器、去磁电路、采样电阻、第一采样输入端、第二采样输入端以及采样输出端，电流互感器包括原边绕组与副边绕组，原边绕组的一端为第一采样输入端、另一端为第二采样输入端，副边绕组与去磁电路并联，并联后的一端同时与采样输出端和采样电阻的一端电连接、并联后的另一端同时与采样电阻的另一端和地电联接；其特征在于：还包括采样开关，采样开关导通时具有双向导电性，关断时具有从阳极端子到阴极端子的单向导电性；采样开关的阳极端子与地相连、阴极端子与副边绕组与去磁电路并联后的另一端相连；采样开关受控于其控制端子输入的选通信号，在原边绕组流过正向电流时控制采样开关关断、在原边绕组流过负向电流时控制采样开关导通，为该负向电流提供一个流动路径。2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于：采样开关为N-MOS管，N-MOS管的源极为采样开关的的阳极端子、漏极为采样开关的阴极端子、栅极为采样开关的控制端子。3.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于：还包括钳位电路，钳位电路与采样电阻并联，用来钳位采样电阻上的负向电压。4.根据权利要求3所述的电流采样电路，其特征在于：钳位电路包括一只二极管，二极管的阳极连接采样电阻的另一端、阴极连接采样电阻的一端；或者钳位电路包括一只MOS管，MOS管的源极连接采样电阻的另一端、漏极连接采样电阻的一端。5.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于：还包括一只二极管，二极管的阳极连接副边绕组与去磁电路并联后的一端，二极管的阴极连接采样输出端。6.一种电流过零检测电路，其特征在于：包括两路权利要求1至5任一项所述的电流检测电路，以及电压比较器，电压比较器的正向输入端连接电流检测电路的输出端、...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁源，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44