CN102109548B - 带电流与温度补偿的电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带电流与温度补偿的电流检测电路，包括电流检测电路和用于为电流检测电路提供电压和温度补偿的二极管补偿电压源电路。所述电流检测电路包括电流采集电路和用于对检测电流进行校正的检测误差校正电路。检测误差校正电路的第二二极管、电容和第六电阻构造电流下降沿，模拟了电感的电流波形。所述二极管补偿电压源电路中的第一二极管与检测误差校正电路的第二二极管采用性能参数相同的二极管，调整电阻值控制二极管的功耗同时使两个二极管的压降和温度基本相同，实现了二极管压降的精确补偿。从而能在较宽电流与温度范围内实现精确的检测。所述带电流与温度补偿的电流检测电路只采用了一个电流互感器降低了生产成本。

Description

带电流与温度补偿的电流检测电路

技术领域

本发明涉及功率变换器电流检测电路，更具体地说，涉及一种带电流与温度补偿的电流检测电路。

背景技术

目前常用的电力电子功率变换器的电感电流检测主要有以下几种方式：一、使用霍尔器件套在电感上；二、开关管与续流二极管中各串联一个电流互感器（current transformer，CT），用两个CT的电流相加来得到电感电流；三、只在开关管上串联一个CT，用这个CT的电流估计电感的电流。方案一的优点是电路实现简单，缺点是霍尔器件的成本较高，且失效率较高；方案二较方案一失效率有较大的降低，但两个CT的方案成本还是较高，且CT放在高频回路中，PCB布线难度增大；方案三较方案二成本进一步降低，但有技术难点：因电流检测有一定的延时，当输出脉冲很窄时，检测点落在开关管关断的时刻，这时电感的电流转移到二极管上，CT检测到开关管没有电流，认为电流是0，而实际上电感上还有电流，这样就造成了很大的检测误差，导致控制混乱。针对第三种方案又提出了在检测电路上用二极管生成一个下降沿的办法来进行误差校正，但由于引入的二极管会产生压降，所以所检测的电流也有一定的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术电流检测电路存在成本较高、失效率较高以及由于引入二级管所引起的误差等缺陷，提供一种带电流与温度补偿的电流检测电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带电流与温度补偿的电流检测电路，包括：串接在功率变换器的开关管上、用于采集功率变换器的电感电流的电流检测电路和与电流检测电路相连接、用于为电流检测电路提供电压和温度补偿的二极管补偿电压源电路；

所述二极管补偿电压源电路包括电源输入端和电压源输出端，还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管以及第一运算放大器；其中，

所述第一电阻串接在电源输入端和第一二极管的阳极之间，第一二极管的阴极接地；所述第二电阻一端接于所述第一运算放大器的负输入端，另一端接地；所述第一运算放大器正输入端接于第一二极管的阳极；所述第三电阻一端接于第一运算放大器的负输入端,另一端接于第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端为电压源输出端；二极管补偿电压源电路的电压源输出端与电流检测电路相连接；

所述电流检测电路包括电流采集电路和用于对电流采集电路所检测的电流进行校正的检测误差校正电路；

所述检测误差校正电路包括第二二极管、电容以及第六电阻；其中，电容一端接于第二二极管的阴极，另一端接地；第六电阻一端接于第二二极管的阴极，另一端接负电源；

所述电流检测电路还包括用于电路解耦的第二运算放大器、第四电阻以及第五电阻，所述第二运算放大器正输入端通过第四电阻与电流采集电路的第三二极管的阴极连接，第二运算放大器正输入端通过第五电阻接于二极管补偿电压源电路的电压源输出端，第二运算放大器负输入端与其输出端相连构成反馈回路，第二运算放大器输出端接于检测误差校正电路的第二二极管的阳极。

在本发明所述的带电流与温度补偿的电流检测电路中，所述电流采集电路包括电流互感器、第三二极管、第七电阻以及第八电阻；其中，

电流互感器的原边绕组串联在被测功率变换器的开关管上，第七电阻并联在电流互感器的副边绕组上，所述第三二极管的阳极接于所述电流互感器和第七电阻的一个交接节点上，所述电流互感器和第七电阻另一个交接节点接地；所述第八电阻一端与第三二极管的阴极连接，另一端接地。

在本发明所述的带电流与温度补偿的电流检测电路中，所述二极管补偿电压源电路中的第一二极管与所述检测误差校正电路的第二二极管性能参数相同。

在本发明所述的带电流与温度补偿的电流检测电路中，所述二极管补偿电压源电路的第一电阻具有如下阻值：使得流过二极管补偿电压源电路中第一二极管的电流和流过检测误差校正电路中第二二极管的电流相同。

在本发明所述的带电流与温度补偿的电流检测电路中，所述电流检测电路还包括正输入端与检测误差校正电路的第二二极管的阴极相接、用于电路解耦的第三运算放大器,所述第三运算放大器的输出端与其负输入端相连构成反馈回路，第三运算放大器的输出端为所述带电流与温度补偿的电流检测电路的输出端。

实施本发明的带电流与温度补偿的电流检测电路，具有以下有益效果：本发明所述的带电流与温度补偿的电流检测电路提出了一种新的二极管电压降补偿方式，在检测误差校正电路中采用二极管构造下降沿的方法对电流互感器检测的电感电流进行校正输出；采用与检测误差校正电路中的二极管性能参数相同的二极管构成二极管补偿电压源电路，调整电阻值控制二极管的功耗，同时使两个二极管的压降和温度基本相同，实现了二极管的压降的精确补偿。从而能在较宽电流与温度范围内实现精确的检测。所述带电流与温度补偿的电流检测电路只采用了一个电流互感器，降低了生产成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明带电流与温度补偿的电流检测电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明带电流与温度补偿的电流检测电路包括：串接在功率变换器的开关管上、用于采集功率变换器的电感电流的电流检测电路1和用于为电流检测电路1提供电压和温度补偿的二极管补偿电压源电路2。

其中电流检测电路1包括电流采集电路11和用于对电流采集电路11所检测的电流进行校正的检测误差校正电路12。

所述电流采集电路11包括电流互感器CT1、第三二极管D3以及第七电阻R7、第八电阻R8。其中，电流互感器CT1的原边绕组串联在被测功率变换器的开关管上，第七电阻R7并联在电流互感器CT1的副边绕组上，所述第三二极管D3的阳极接于所述电流互感器CT1和第七电阻R7的一个交接节点上，所述电流互感器CT1和第七电阻R7另一个交接节点接地；所述第八电阻R8一端与第三二极管D3的阴极连接，另一端接地。

所述二极管补偿电压源电路2包括电源输入端VCC和电压源输出端V_DIODE_SOURCE，还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第一运算放大器U1。所述第一电阻R1串接在电源输入端VCC和第一二极管D1的阳极之间，第一二极管D1的阴极接地；所述第二电阻R2一端接于所述第一运算放大器U1的负输入端，另一端接地；所述第一运算放大器U1正输入端接于第一二极管D1的阳极；所述第三电阻R3一端接于第一运算放大器U1的负输入端,另一端接于第一运算放大器U1的输出端，第一运算放大器U1的输出端为电压源输出端V_DIODE_SOURCE。

所述检测误差校正电路12包括第二二极管D2、电容C1以及第六电阻R6。其中电容C1一端接于第二二极管D2的阴极，另一端接地；第六电阻R6一端接于第二二极管D2的阴极，另一端接负电源VSS。

在所述电流检测电路1中还包括用于电路解耦的第二运算放大器U2和第四电阻R4、第五电阻R5。所述第二运算放大器U2正输入端通过第四电阻R4与电流采集电路11中第三二极管D3的阴极连接，第二运算放大器U2正输入端通过第五电阻R5接于二极管补偿电压源电路2的电压源输出端V_DIODE_SOURCE，第二运算放大器负输入端与其输出端相连构成反馈回路，第二运算放大器U2输出端接于检测误差校正电路12的第二二极管D2的阳极。

在所述电流检测电路1中还包括正输入端与检测误差校正电路12的第二二极管D2的阴极相接、用于电路解耦的第三运算放大器U3,所述第三运算放大器的输出端与其负输入端相连构成反馈回路，所述第三运算放大器U3输出端为所述带电流与温度补偿的电流检测电路的输出端V_lout。

检测误差校正电路12中的第二二极管D2、电容C1、第六电阻R6构造了电流的下降沿。原理简述如下：电流采集电路11的输出为正时，第二运算放大器U2的输出也为正，第二二极管D2的输出也为正电压。当电流采集电路11的输出由正跳变到0时，由于第二二极管D2的作用电流不能反向，电容C1上的电压通过第六电阻R6缓慢放掉，从而构造了一个下降沿，模拟了功率变换器电感的电流波形。该电路由于引入了第二二极管D2，第二二极管D2的压降造成了误差，所以采用二极管补偿电压源电路2对第二二极管D2的压降进行补偿。该二极管补偿电压源电路2能在较宽的电流范围与较大温度范围内实现精确的补偿。补偿原理简述如下：

如图1中所示由第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一运算放大器U1构成二极管补偿电压源电路2，用于补偿检测误差校正电路12中第二二极管D2的压降。其中第一二极管D1和第二二极管D2采用同一型号、同一批次的二极管，其性能参数基本相同。调节第一电阻R1的阻值，使流过第一二极管D1的电流与流过第二二极管D2的电流基本相等。调节第六电阻R6阻值，控制第二二极管D2电流的大小，使其功耗在1mW以内，则由二极管自身发热引起的温升可忽略不计。其温度取决于环境温度。PCB布线时，将两个二极管相邻放置，则其环境温度基本相同。电流与温度都基本相同，则两个二极管的压降也基本相同，所以用第一二极管D1的压降可以精确补偿第二二极管D2的压降。从而能在较宽电流与温度范围内实现精确的检测。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带电流与温度补偿的电流检测电路，其特征在于，包括：串接在功率变换器的开关管上、用于采集功率变换器的电感电流的电流检测电路（1）和与电流检测电路（1）相连接、用于为电流检测电路（1）提供电压和温度补偿的二极管补偿电压源电路（2）；

所述二极管补偿电压源电路（2）包括电源输入端和电压源输出端，还包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第一二极管（D1）以及第一运算放大器（U1）；其中，

所述第一电阻（R1）串接在电源输入端和第一二极管（D1）的阳极之间，第一二极管（D1）的阴极接地；所述第二电阻（R2）一端接于所述第一运算放大器（U1）的负输入端，另一端接地；所述第一运算放大器（U1）正输入端接于第一二极管（D1）的阳极；所述第三电阻（R3）一端接于第一运算放大器（U1）的负输入端,另一端接于第一运算放大器（U1）的输出端，第一运算放大器（U1）的输出端为电压源输出端；二极管补偿电压源电路（2）的电压源输出端与电流检测电路（1）相连接；

所述电流检测电路（1）包括电流采集电路（11）和用于对电流采集电路（11）所检测的电流进行校正的检测误差校正电路（12）；

所述检测误差校正电路（12）包括第二二极管（D2）、电容（C1）以及第六电阻（R6）；其中，电容（C1）一端接于第二二极管（D2）的阴极，另一端接地；第六电阻（R6）一端接于第二二极管（D2）的阴极，另一端接负电源（VSS）；

所述电流检测电路（1）还包括用于电路解耦的第二运算放大器（U2）、第四电阻（R4）以及第五电阻（R5），所述第二运算放大器（U2）正输入端通过第四电阻（R4）与电流采集电路（11）的第三二极管（D3）的阴极连接，第二运算放大器（U2）正输入端通过第五电阻（R5）接于二极管补偿电压源电路（2）的电压源输出端，第二运算放大器（U2）负输入端与其输出端相连构成反馈回路，第二运算放大器（U2）输出端接于检测误差校正电路（12）的第二二极管（D2）的阳极。

2.根据权利要求1所述的带电流与温度补偿的电流检测电路，其特征在于，所述电流采集电路（11）包括电流互感器（CT1）、第三二极管（D3）、第七电阻（R7）以及第八电阻（R8）；其中，

电流互感器（CT1）的原边绕组串联在被测功率变换器的开关管上，第七电阻（R7）并联在电流互感器（CT1）的副边绕组上，所述第三二极管（D3）的阳极接于所述电流互感器（CT1）和第七电阻（R7）的一个交接节点上，所述电流互感器（CT1）和第七电阻（R7）另一个交接节点接地；所述第八电阻（R8）一端与第三二极管（D3）的阴极连接，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的带电流与温度补偿的电流检测电路，其特征在于，所述二极管补偿电压源电路（2）中的第一二极管（D1）与所述检测误差校正电路（12）的第二二极管（D2）性能参数相同。

4.根据权利要求1所述的带电流与温度补偿的电流检测电路，其特征在于，所述二极管补偿电压源电路（2）的第一电阻（R1）具有如下阻值：使得流过二极管补偿电压源电路（2）中第一二极管（D1）的电流和流过检测误差校正电路（12）中第二二极管（D2）的电流相同。

5.根据权利要求1所述的带电流与温度补偿的电流检测电路，其特征在于，所述电流检测电路（1）还包括正输入端与检测误差校正电路（12）的第二二极管（D2）的阴极相接、用于电路解耦的第三运算放大器（U3）,所述第三运算放大器（U3）的输出端与其负输入端相连构成反馈回路，第三运算放大器（U3）的输出端为所述带电流与温度补偿的电流检测电路的输出端（V_lout）。