一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路制造技术

本发明专利技术公开一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，属于基本电子电路的技术领域。该励磁电流无损采样电路包括第一电压采样电路、第二电压采样电路和一个由运算放大器构成的减法电路。第一、二电压采样电路分别采样隔离变压器原边绕组的两端电压，两电压采样电路的输出分别接至减法器的两输入端，减法器的输出为励磁电流采样电路输出。该采样电路与保持电路和比较器实现伏秒平衡，比较器通过比较采样保持结果和电流采样结果输出控制信号。本发明专利技术通过将大时间常数RC低通滤波器作为原边电压采样电路，实现对励磁电感两端电压压差的积分，进而实现不需要串联采样电阻或电流互感器的励磁电流无损采样，并将其应用至伏秒平衡控制中。控制中。控制中。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路


[0001]本专利技术公开一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，涉及隔离变换器电流无损采样技术，适用于DCM类隔离变换器及谐振类隔离变换器的励磁电流采样，属于基本电子电路的


技术介绍

[0002]现代电力电子技术水平不断提高，逐渐趋于高频率、高效率和高功率密度，主要依靠电力电子技术的开关电源也不断向着小型化、高频化发展。其中，作为关键器件的MOSFET、IGBT等大功率复合器件，承受短时过载的能力弱，当功率管因过压或过流而积聚能量时，容易引起击穿进而损坏器件。因此在实际应用中，必须考虑功率管保护电路的设计，以免器件损坏影响整个系统正常工作。保护电路是通过器件或电路结构对系统的某些参数指标进行检测，再通过控制电路控制功率管关断或导通时间来达到保护的功能。过流保护是DC
‑
DC电路设计中必不可少的一部分，因此电流检测电路是功率集成电路中重要的功能模块。
[0003]电流检测电路主要用于对输出电流进行监控，以实时得到电源的当前工作状态。常见的电流采样方法有在需要检测的电流支路上放置采样电阻或电流互感器，但这种方式会产生一个额外的功率损耗，从而降低了变换器的工作效率。还有通过MOSFET
‑
R
DS
来采样流过该管的电流，虽然该采样方式无损，但因受温度、工艺等的影响大，电流检测精度低。在一些对效率和精度要求相对高的电路中，上述采样方法并不适用。因此，必须对电流采样方案进一步改善，以满足更高性能的电路需求。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，通过大时间常数滤波器对隔离变换器原边绕组两端电压进行滤波和积分处理，不需要串联采样电阻或电流互感器即可实现无损耗采样隔离变换器励磁电流的专利技术目的，解决现有电流无损检测电路降低变换器整体效率且检测精度低的技术问题。
[0005]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：
[0006]一种隔离式变换器励磁电感电流的无损采样电路，隔离式变换器中包含一隔离变压器，隔离变压器原边绕组并联一原边功率变换电路，副边绕组并联一副边电路。励磁电流无损采样电路的输入端与隔离变压器原边相连，用以采样隔离变压器原边绕组两端点的电压。励磁电流无损采样电路的输出端一方面直接连接比较电路的一个输入端，另一方面经过采样保持电路再接到比较电路另一输入端，比较电路输出实现伏秒平衡的控制信号或保护信号控制功率开关管状态，进而保护系统及外围元器件。
[0007]励磁电流无损采样电路包括第一电压采样电路、第二电压采样电路和一个运算放大器构成的减法电路。第一、二电压采样电路分别采样隔离变压器原边绕组两端电压，分别记为V
a
、V
b
，通过检测隔离变压器原边绕组两端压差(V
a
‑
V
b
)以采样励磁电感交流电流。由电
感电压与电流的关系可知即对隔离变压器原边绕组两端电压随时间的积分值作差得到励磁电感电流。因此引入大时间常数的RC低通滤波电路也即积分电路作为电压采样电路。第一、第二电压采样电路采样的隔离变换器原边绕组电压经分压、滤波和积分后得到最终采样输出电压V
aS
、V
bS
，即第一、二电压采样电路的输出。电压采样电路的输出分别接至减法器的两输入端，减法器的输出端作为励磁电流采样电路的输出端，记为V
sen
。
[0008]本专利技术还在减法器的正向输入端叠加了一个直流偏置电压，使得励磁电流采样电路输出V
sen
为叠加了直流量的励磁电感电流。
[0009]本专利技术实现伏秒平衡的电路包括采样保持电路以及比较电路。采样保持电路由脉冲信号触发，在脉冲上升沿对励磁电流采样输出V
sen
进行采样保持，记采样保持结果为V
SH
。采样保持电路的输出端还加入一个小的正斜坡，使所控制的功率管提前改变状态，用于防止状态翻转不及时导致的系统不稳定。比较电路两输入端分别接励磁电流采样输出V
sen
以及保持电路输出V
SH
，当V
sen
变化到V
SH
时，比较电路输出状态翻转，比较电路的输出作为功率管控制信号。
[0010]本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0011](1)本专利技术应用于隔离式变换器的励磁电流无损采样电路，摒弃了串接电阻或电流互感器的传统励磁电感电流采样方案，通过直接采样隔离变换器中变压器原边绕组两端的电压来实现励磁电感电流的无损采样，不产生额外功率损耗，提高整体变换器效率；同时，本专利技术摒弃了检测流过MOS管电流检测励磁电流的无损采样方案，具有检测精度高的优势。
[0012](2)本专利技术采用大时间常数RC电路作为隔离变换器原边绕组电压的采样电路，通过对RC电路的参数进行选取，使得RC电路不仅具有低通频率响应还具有积分功能，实现RC电路对隔离变换器原边绕组电压的分压、滤波和积分处理，获取有效滤除高频噪声的采样信号。
[0013](3)本专利技术采用两个RC采样电路对隔离变换器原边绕组两端的电压进行采样，对两个采样信号差值中引入的偏移量，在对两个采样信号进行作差和放大处理的减法电路的正向输入端叠加用于消除偏移量的偏置电压，能够在整个控制周期内都采集到励磁电感电流的有效值。
[0014](4)本专利技术还提出了一种实现励磁电感电流伏秒平衡的方案，以励磁电流无损采样信号为基准信号，通过比较基准信号和经采样保持后的基准信号，得到隔离变换器中原边功率管关断时间与励磁电感电流伏秒平衡时间一致的控制信号，实现保护系统及外围元器件的目的。
附图说明
[0015]图1为本专利技术应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路及实现伏秒平衡控制的原理框图。
[0016]图2为本专利技术实施例中应用励磁电流无损采样电路及实现伏秒平衡控制的具体电路图。
[0017]图3为本专利技术实施例中应用励磁电流无损采样电路采集断续模式(DCM)下buck
‑
boost变换器励磁电感交流电流的波形图。
[0018]图4为本专利技术实施例中应用励磁电流无损采样电路采集临界导通模式(CrCM)下buck
‑
boost变换器励磁电感交流电流的波形图。
[0019]图5为本专利技术实施例中应用励磁电流无损采样电路采集断续模式(DCM)下反激变换器励磁电感交流电流的波形图。
[0020]图6为本专利技术实施例中应用励磁电流无损采样电路采集临界导通模式(CrCM)下反激变换器励磁电感交流电流的波形图。
[0021]图中标号说明：L
r
为原边漏感，L
m
为励磁电感，R
L
为等效损耗电阻，R0为分压电阻，C0为滤波电容，C
VSB
为电压保持电容，R1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，包括：第一电压采样电路，接隔离变换器中隔离变压器原边绕组的电流输入端，对所述隔离变压器原边绕组电流输入端的电压进行采样、滤波、积分处理，输出所述隔离变压器原边绕组电流输入端的电压采样值；第二电压采样电路，接隔离变换器中隔离变压器原边绕组的电流输出端，对所述隔离变压器原边绕组电流输出端的电压进行采样、滤波、积分处理，输出所述隔离变压器原边绕组电流输出端的电压采样值；及，减法电路，其正相输入端接第一电压采样电路的输出端，其反相输入端接第二电压采样电路的输出端，输出励磁电感电流采样信号。2.根据权利要求1所述一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，所述第一电压采样电路和第二电压采样电路相同，均为具有大时间常数的RC滤波器。3.根据权利要求1所述一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，所述第一电压采样电路和第二电压采样电路相同，均为具有大时间常数的高通滤波器级联积分电路。4.根据权利要求2所述一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，所述RC滤波器包括：第一电阻、分压电阻、滤波电容，所述第一电阻的一端接隔离变压器原边绕组的一端，所述分压电阻的一端与第一电阻另一端的连接点为电压采样电路的输出端，分压电阻的另一端接地，所述滤波电容并联在分压电阻的两端。5.根据权利要求4所述一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，依据所述RC滤波器的极点在零点和零点之间的原则确定第一电阻、分压电阻、滤波电容的参数值，其中，L
m
为励磁电感，R
L
为等效损耗电阻，L
r
为原边漏感。6.根据权利要求5所述一种应用于隔离变换器的励磁电流无损采样电路，其特征在于，所述减法电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、运算放大器，其中，所述第二电阻的一端接...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，丁松，聂春燕，周远航，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：