CN100334799C - 电流检测电路及具该电路的电源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流检测电路及具该电路的电源转换器，该电源转换器还包含一变压器、一控制电路、一开关电路、一储能器及一电流检测电路，且该控制电路预设一参考电流值。其中，该电流检测电路包含：一滤波器，其与该储能器电连接，用以接收该储能器的一电压信号并对该电压信号进行滤波，以取得一交流电压变化值；一整流器，其与该滤波器电连接，用以对该交流电压变化值进行整流，以取得一正半波电压变化值；以及一微分器，电连接于该整流器及该控制电路，用以对该正半波电压变化值进行微分进而获得关于该储能器的一电流变化值，并传送至该控制电路与该参考电流值进行比对，以根据比对结果来控制该开关电路导通或关闭。

Description

电流检测电路及具该电路的电源转换器

技术领域

本发明涉及一种检测电路及电源转换器，特别是涉及一种电流检测电路及具该电流检测电路的电源转换器。

背景技术

随着科技的进步，计算机已经成为生活中不可缺少的工具，然而计算机就像一般电器用品一样，需要电源才能激活运作，因此电源供应器可说是计算机的动力来源。其中，电源供应器的主要功用是将一般插座所提供的交流电，转换成计算机可以使用的直流电。因此，一个良好的电源供应器必需可靠、符合所有功能规格、保护特性、安全规范、电磁兼容能力及其它的特定需求等。

请参阅图1(a)，其为公知电源供应器的电路结构示意图。由图中可知，电源供应器包含整流器11及直流/直流转换器12。整流器11用来接收一输入交流电压Vin且将输入交流电压Vin整流成一高压直流电压V。直流/直流转换器12用以将该高压直流电压V转换成为一低压直流输出电压Vout，且将该低压直流输出电压Vout输出，以提供负载13运作所需的电压。

请参阅图1(b)，其为图1(a)所示的直流/直流转换器的内部电路结构示意图。如图所示，直流/直流转换器12为一半桥式转换器(halfbridge converter)，其包含控制芯片121、电流检测变压器(Current Transformer，CT)122、变压器123、整流器124、滤波器125、开关晶体管Q1、开关晶体管Q2及电容C126。

由于变压器123的二次侧绕组(secondary winding)需通过初次侧绕组(primary winding)的电流变动，才能感应到电压，且感应到的电压需经由整流器124及滤波器125处理后，才能提供等比例于变压器123的匝数比(turn ratio)的低压直流输出电压Vout给负载13(如图1(a)所示)。因此需通过控制变压器123的初次侧绕组的电容C126放电的动作，才能达到使变压器123的二次侧绕组感应到电压的目的。

一般的控制方式为通过控制芯片121来控制开关晶体管Q1或是开关晶体管Q2导通。当开关晶体管Q1导通而开关晶体管Q2未导通时，高压直流电压V将依序经由开关晶体管Q1、电流检测变压器122及变压器123的初次侧绕组对电容C126进行充电(如图1(c)所示)，一直到流经电容C126的电流到达峰值(peak value)I1控制芯片121将关闭开关晶体管Q1并导通开关晶体管Q2，使电容C126经由变压器123的初次侧绕组及开关晶体管Q2进行放电动作，一直到电容C126的电流到达I2(如图1(c)所示)，再重新导通开关晶体管Q1对电容C126进行充电动作，因此通过电容C126充放电的动作将使得变压器123的初次侧绕组具有电流的变动，进而使得变压器123的二次侧绕组能够产生低压直流输出电压Vout。

由以上可知，控制芯片121必须动态检测流经电容C126的电流值，并跟预设参考值进行比对后才能根据比对结果动态控制开关晶体管Q1及Q2运作。以下将说明公知两种不同的实施方式：

(1)请再参阅图1(b)，如图所示，该直流/直流转换器利用电流检测变压器122动态检测流经电容C126的电流值，该电流检测变压器122与开关晶体管Q1及Q2、控制芯片121及变压器123的初次侧绕组电性连接，用以将检测所得的电流值提供给控制芯片121进行比对。

(2)请参阅图1(d)，其为图1(a)所示的另一直流/直流转换器的电路结构示意图。如图所示，图1(d)与图1(b)同样具有控制芯片121、变压器123、整流器124、滤波器125、开关晶体管Q1、开关晶体管Q2及电容C126，用以将该高压直流电压V转换成为一低压直流输出电压Vout。至于两者差异点在于图1(d)在电容C126的后端串接一电阻R，并将电阻R与控制芯片121电性连接，如此可检测电阻R与接地端点间的压降Vc，再通过Ic×R＝Vc，即Ic＝Vc/R，进行换算后就可检测到流经电容C126的电流值Ic，用以将检测所得的电流值提供给控制芯片121进行比对。图1(d)所述的控制芯片121、变压器123、整流器124、滤波器125、开关晶体管Q1、开关晶体管Q2及电容C126的运作目的及方式与图1(b)相同，在此不再赘述。

虽然图1(b)及图1(d)所示的电路结构能够检测电容C126的电流值，但是如以生产成本方面来考虑，图1(b)所使用的电流检测变压器122的售价昂贵，对于致力于降低生产成本以提高产品竞争力而言，势必是急需克服的问题。图1(d)使用串联电阻R的方式来检测电容C126的电流值虽然没有售价昂贵的问题，但是众所皆知电阻会造成很大的损耗(loss)，而使电路消耗很大的功率，不利于效能的提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电流检测电路，解决传统电流检测电路所使用的电流检测变压器售价昂贵及电阻会造成很大损耗等缺点。

本发明的另一目的在于提供一种具有该电流检测电路的电源转换器。

为达到上述目的，本发明提供了一种电流检测电路，其适用于一电源转换器，该电源转换器包含一控制电路、一开关电路及一储能器，且该控制电路预设一参考电流值。该电流检测电路包含：一滤波器，其与该储能器电连接，用以接收该储能器的一电压信号并对该电压信号进行滤波，以取得一交流电压变化值；一整流器，其与该滤波器电连接，用以对该交流电压变化值进行整流，以取得一正半波电压变化值；以及一微分器，电连接于该整流器及该控制电路，用以对该正半波电压变化值进行微分进而获得关于该储能器的一电流变化值，并传送至该控制电路与该参考电流值进行比对，以根据比对结果来控制该开关电路导通或关闭。

根据本发明的构想，其中该电源转换器为一直流/直流转换器。

根据本发明的构想，其中该电源转换器为一半桥式转换器(half bridgeconverter)。

根据本发明的构想，其中该储能器为一电容，其相应于开关电路的导通或关闭而产生一电流变化。

根据本发明的构想，其中该滤波器为一高通滤波器(High Pass Filter，HPF)，用以对该储能器的该电压信号进行滤波。

根据本发明的构想，其中该高通滤波器包含一电容及一电阻器。

根据本发明的构想，其中该整流器为一二极管，用以对该滤波器所输出的该交流电压变化值整流成该正半波电压变化值。

根据本发明的构想，其中该微分器为一运算放大器(OP Amplifier)，用以对该正半波电压变化值进行微分。

为达到上述目的，本发明还提供一种电源转换器，其用以接收一第一电压信号，该电源转换器包含：一变压器，用以产生一第二电压信号；一储能器，电连接于该变压器，使该变压器相应于该储能器的一电流变化而产生该第二电压信号；一开关电路，电连接于该变压器以及接收该第一电压信号；一控制电路，电连接于该开关电路，且预设一参考电流值；一电流检测电路，其与该变压器、储能器及控制电路电连接。其中，该电流检测电路包含：一第一滤波器，其与该储能器电连接，用以接收该储能器的一电压信号并对该电压信号进行滤波，以取得一交流电压变化值；一第一整流器，其与该第一滤波器电连接，用以对该交流电压变化值进行整流，以取得一正半波电压变化值；以及一微分器，电连接于该第一整流器及该控制电路，用以对该正半波电压变化值进行微分进而获得关于该储能器的一电流变化值，且将该电流变化值传送至该控制电路与该参考电流值进行比对，并根据比对结果来控制该开关电路导通或关闭，使该储能器产生该电流变化，进而使该变压器产生该第二电压信号。

根据本发明的构想，其中该变压器包含一初次侧绕组及一二次侧绕组，该初次侧绕组与该开关电路、该储能器及该电流检测电路电连接，而该二次侧绕组产生该第二电压信号。

根据本发明的构想，其中该电源转换器还包含一第二整流器及一第二滤波器，该第二整流器及该第二滤波器电连接于该变压器的该二次侧绕组，用以对该变压器的该第二电压信号进行整流及滤波后，以产生一输出电压。

根据本发明的构想，其中该储能器为一电容，其相应于该开关电路的导通或关闭而进行一充电动作或是一放电动作，进而产生该电流变化。

根据本发明的构想，其中该开关电路包含一第一开关晶体管及一第二开关晶体管，当该第一开关晶体管导通而第二开关晶体管关闭时，该电容进行该充电动作，当该第一开关晶体管关闭而第二开关晶体管导通时，该电容进行该放电动作。

根据本发明的构想，其中该滤波器为一高通滤波器(High Pass Filter，HPF)，用以对该储能器的该电压信号进行滤波。

根据本发明的构想，其中该高通滤波器包含一电容及一电阻器。

根据本发明的构想，其中该整流器为一二极管，用以对该滤波器所输出的该交流电压变化值进行整流。

根据本发明的构想，其中该微分器为一运算放大器(OP Amplifier)，用以对该正半波电压变化值进行微分。

以下，结合具体实施例及其所示附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1(a)为公知电源供应器的电路结构示意图；

图1(b)为公知直流/直流转换器的电路结构示意图；

图1(c)为图1(b)所示的电容C126的电流充放电示意图；

图1(d)为另一公知直流/直流转换器的电路结构示意图；

图2(a)为本发明较佳实施例的电源转换器的电路方块示意图；

图2(b)为图2(a)所示的电容C27的电压信号示意图；

图2(c)为图2(a)所示的电容C27的电压信号经滤波器处理后的交流电压变化值示意图。

其中，附图标记说明如下：

11-整流器；12-直流/直流转换器；13-负载；121-控制芯片；122-电流检测变压器；123-变压器；124-整流器；125-滤波器；126-电容；21-控制电路；22-开关电路；23-电流检测电路；24-变压器；25-第二整流器；26-第二滤波器；27-电容；221-第一开关晶体管；222-第二开关晶体管；231-第一滤波器；232-第一整流器；233-微分器。

具体实施方式

本发明为一种电流检测电路，适用于一电源转换器，例如直流/直流转换器，以通过检测一储能器上的电压变化值，以取得关于该储能器的电流变化值。

请参阅图2(a)，其为本发明较佳实施例的电源转换器的电路方块示意图。本发明的电源转换器为一直流/直流转换器，且以一半桥式转换器为佳，用以将一高压直流电压Vin转换成为一低压直流输出电压Vout。如图所示，直流/直流转换器包含控制电路21、开关电路22、电流检测电路23、变压器24、第二整流器25、第二滤波器26及储能器。其中，储能器为一电容C27，且开关电路22是由第一开关晶体管221及第二开关晶体管222所组成的电路。另外，变压器24包含初次侧绕组及二次侧绕组，初次侧绕组与开关电路22、电容C27及电流检测电路23电连接，而二次侧绕组与第二整流器25电性连接。

电流检测电路23与变压器24的初次侧绕组、电容C27及控制电路21电性连接，可通过检测电容C27上的电压变化值，以取得关于流经电容C27的电流变化值，并提供给控制电路21进行比对。如图2(a)所示，该电流检测电路23由第一滤波器231、第一整流器232及微分器233所构成。

在此实施例中，第一滤波器231为由电容Cs及电阻R所构成的高通滤波器(HPF)，其接收流经电容C27的电压信号Vc(如图2(b)所示)并进行滤波，用以将该电压信号Vc的直流成分滤除，以取得关于电容C27的交流电压变化值ΔV(如图2(c)所示)。

第一整流器232以二极管为佳，用以接收该交流电压变化值ΔV并进行整流，进而取得正半波电压变化值。接着，利用电流与电压变化值的关系式，∫Ic×dt＝CΔV，即Ic＝(dv/dt)×C，其中C为电容值。因此，通过运算放大器所构成的微分器233对该正半波电压变化值进行微分，即可获得关于电容C27的电流变化值Ic，最后再传送至控制电路21与其预设的参考电流值进行比对，并根据比对结果来控制开关电路22。当然，微分器233可依电路设计需求整合至控制电路21内部或是设置于外部电路。

控制电路21与第一开关晶体管221、第二开关晶体管222及电流检测电路23电性连接，其通过预设的参考电流值与电流检测电路23所输出的电流变化值进行比对后的结果来控制第一开关晶体管221及第二开关晶体管222导通或是关闭。

当比对结果表示电容C27的电流并未到达峰值电流I1时，第一开关晶体管221将导通而第二开关晶体管222将继续关闭，高压直流电压Vin将由第一开关晶体管221所形成的导通路径经过电流检测电路23及变压器24的初次侧绕组对电容C27进行充电。

当控制电路21比对结果表示流经电容C27的电流到达峰值I1时(如图1(c)所示)，控制电路21将关闭第一开关晶体管221并导通第二开关晶体管222，使电容C27由变压器24的初次侧绕组经过第二开关晶体管222所形成的导通路径对接地端进行放电动作，直到电容C27的电流低于I2值(如图1(c)所示)，再重新导通第一开关晶体管221对电容C27进行充电动作，通过开关电路22控制电容C27进行充放电的动作所产生的电流变化，将使得变压器24的二次侧绕组能够产生低压电压信号V。

在此实施例中，第二整流器25及第二滤波器26电性连接于变压器24的二次侧绕组，用以将低压电压信号V进行整流及滤波后，提供等比例于变压器24的匝数比的低压直流输出电压Vout给负载(未图示)。

综上所述，本发明的电流检测电路先通过滤波器滤除电容的电压信号的直流成分，以取得交流电压变化值，然后再经由微分器进行微分处理后，便可取得流经电容的电流变压值，由此便可提供予控制电路进行比对，以利于开关电路的控制。相较于公知技术，本发明电流检测电路所使用的电子组件价格便宜且具有低损耗等优点，能够降低生产成本及提高产品品质与效能。

本发明可通过熟知此技术的人员的构思而做各种修饰，但是均应包含在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电流检测电路，其适用于一电源转换器，该电源转换器包含一控制电路、一开关电路及一储能器，且该控制电路预设一参考电流值，其特征是该电流检测电路包含：

一滤波器，其与该储能器电连接，用以接收该储能器的一电压信号并对该电压信号进行滤波，以取得一交流电压变化值；

一整流器，其与该滤波器电连接，用以对该交流电压变化值进行整流，以取得一正半波电压变化值；以及

一微分器，电连接于该整流器及该控制电路，用以对该正半波电压变化值进行微分进而获得关于该储能器的一电流变化值，并传送至该控制电路与该参考电流值进行比对，以根据比对结果来控制该开关电路导通或关闭。

2.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征是该电源转换器为一直流/直流转换器或一半桥式转换器。

3.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征是该储能器为一电容，其相应于该开关电路的导通或关闭而产生一电流变化。

4.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征是该滤波器为一高通滤波器，用以对该储能器的该电压信号进行滤波，其中该高通滤波器包含一电容及一电阻器。

5.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征是该整流器为一二极管，用以对该滤波器所输出的该交流电压变化值整流成该正半波电压变化值，且该微分器为一运算放大器，用以对该正半波电压变化值进行微分。

6.一种电源转换器，其接收一第一电压信号，其特征是该电源转换器包含：

一变压器，用以产生一第二电压信号；

一储能器，电连接于该变压器，使该变压器相应于该储能器的一电流变化而产生该第二电压信号；

一开关电路，电连接于该变压器以及接收该第一电压信号；

一控制电路，电连接于该开关电路，且预设一参考电流值；以及

一电流检测电路，其与该变压器、储能器及控制电路电连接，该电流检测电路包含：

一第一滤波器，其与该储能器电连接，用以接收该储能器的一电压信号并对该电压信号进行滤波，以取得一交流电压变化值；

一第一整流器，其与该第一滤波器电连接，用以对该交流电压变化值进行整流，以取得一正半波电压变化值；以及

一微分器，电连接于该第一整流器及该控制电路，用以对该正半波电压变化值进行微分进而获得关于该储能器的一电流变化值，且将该电流变化值传送至该控制电路与该参考电流值进行比对，并根据比对结果来控制该开关电路导通或关闭，使该储能器产生该电流变化，以使该变压器产生该第二电压信号。

7.如权利要求6所述的电源转换器，其特征是该变压器包含一初次侧绕组及一二次侧绕组，该初次侧绕组与该开关电路、该储能器及该电流检测电路电连接，该二次侧绕组产生该第二电压信号。

8.如权利要求7所述的电源转换器，其特征是该电源转换器还包含一第二整流器及一第二滤波器，该第二整流器及该第二滤波器电连接于该变压器的该二次侧绕组，用以对该变压器的该第二电压信号进行整流及滤波后，产生一输出电压。

9.如权利要求6所述的电源转换器，其特征是该储能器为一电容，其相应于该开关电路的导通或关闭而进行一充电动作或是一放电动作，进而产生该电流变化。

10.如权利要求9所述的电源转换器，其特征是该开关电路包含一第一开关晶体管及一第二开关晶体管，当该第一开关晶体管导通而第二开关晶体管关闭时，该电容进行该充电动作，当该第一开关晶体管关闭而第二开关晶体管导通时，该电容进行该放电动作。

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