CN103066843A - 一种开关电源电压检测电路及获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源电压检测电路及获取方法，所述电压检测电路包括：电压取样单元和电压处理单元；所述电压取样单元包括电阻R1、电阻R2、霍尔传感器和供电电源VCC；所述电压处理单元包括电阻Rm、电容C1、电容C2、电阻R5、运算放大器U2和输出端子OUT+，OUT-；所述电压获取方法包括：配置电路参数；电压取样单元采集开关电源主电路输出电压U_o；电压处理单元根据电压取样单元输出的霍尔传感器初级线圈电流I_S得到取样电压u₀′=I_S*R_m；测量电压处理单元输出的检测电压u₀，获取开关电源输出电压U_o=（u₀*U_on)/（I_sn*R_m)；本发明实现了开关电源主电路与电压检测电路电气隔离。

Description

一种开关电源电压检测电路及获取方法

技术领域

本发明涉及直流电压检测技术领域，具体为一种开关电源电压检测电路及获取方法。

背景技术

开关电源是用于将直流电压转换为稳定输出或准确可调的直流电压的电源方式，而保证其变换电压稳定输出或准确可调的手段是通过设置开关电源的输出电压反馈回路，通过电压检测电路检测输出电压并将其反馈到开关电源控制电路进而实现了电路的闭环控制，所以电压检测的准确性对开关电源输出电压的稳定准确性有着重要的影响，参考图2所示，现有技术检测输出电压主要采用如下方式：通过在开关电源输出端设置电阻分压电路，得到取样电压后通过光耦电路反馈给控制电路，这种方式开关电源主电路与电压检测电路是共地的，通常输出电压的微小浮动都会影响电压检测电路取样电压的稳定性和准确性，造成共地干扰，同时由于光电耦合器的响应时间长而使得开关电源控制电路的响应速度不能满足高频开关电源的需要，且光电耦合器的线性度误差也会降低控制电路的控制精度。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种准确可靠、方便实用的开关电源电压检测电路及获取方法。

本发明的技术手段如下：

一种开关电源电压检测电路，包括：电压取样单元和电压处理单元；所述电压取样单元包括电阻R1、电阻R2、霍尔传感器和供电电源VCC；所述霍尔传感器初级线圈的一端通过电阻R1连接开关电源主电路的输出正极，另一端通过电阻R2连接开关电源主电路的输出负极；所述霍尔传感器的电源输入正负端+Tin、-Tin分别连接供电电源VCC的正负极；所述电压处理单元包括电阻Rm、电容C1、电容C2、电阻R5、运算放大器U2和输出端子OUT+，OUT-；所述霍尔传感器的M端通过电阻Rm接地；电容C1和电容C2并联接在电阻Rm两端；运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与霍尔传感器的M端相连接；所述运算放大器U2的反相输入端连接运算放大器U2的输出端构成电压跟随器；所述运算放大器U2的输出端连接输出端子OUT+；所述输出端子OUT-接地；

进一步地，所述的霍尔传感器为磁场平衡式。

一种开关电源电压获取方法，包括如下步骤：

步骤一：配置电路参数；设定开关电源主电路输出电压U_o的额定值为U_on；霍尔传感器检测的初级线圈电流I_p的额定电流为I_pn；霍尔传感器的次级线圈电流I_s的额定值为I_sn；设定R1=R2，则有U_on=I_pn*(R1+R2)；I_p=U_o/(R1+R2)=(I_pn*U_o)/U_on，其中R1和R2分别是与霍尔传感器初级线圈相互串联接在开关电源主电路的输出回路中的电阻；

步骤二：电压取样单元采集开关电源主电路输出电压U_o，得到霍尔传感器初级线圈电流I_p=U_o/(R1+R2)，根据次级线圈电流的安匝数等于初级线圈电流的安匝数，即N_SI_S+N_pI_p=0，设定K=-N_p/N_S得到次级线圈电流I_S=K*I_p，从而I_S/I_p=I_sn/I_pn，I_S=（I_sn*I_p)/I_pn=（I_sn*U_o)/U_on，其中N_p为霍尔传感器初级线圈匝数、N_S为霍尔传感器次级线圈匝数、K=-N_p/N_S为常数；

步骤三：电压处理单元根据电压取样单元输出的霍尔传感器初级线圈电流I_S得到取样电压u₀′=I_S*R_m，根据电压处理单元的运算放大器U2构成电压跟随器，得到检测电压u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，其中R_m为霍尔传感器M端的对地电阻、取样电压u₀′为电阻R_m两端的电压、检测电压u₀为电压处理单元的输出电压；

步骤四：测量电压处理单元输出的检测电压u₀，根据u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，获取开关电源输出电压U_o=（u₀*U_on)/（I_sn*R_m)。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种开关电源电压检测电路及获取方法，采用霍尔传感器作为开关电源输出电压检测的核心，实现了开关电源主电路与电压检测电路电气隔离，避免了传统电压检测电路开关电源主电路的输出电压波动给电压检测电路带来的共地干扰和不良影响；实际应用时可将电压检测电路的输出端直接与开关电源控制电路的反馈控制端连接，电压检测电路与开关电源控制电路共地，不必采用光电耦合器实现传统电压检测电路与开关电源控制电路之间电气隔离，这样开关电源控制电路的反应速度快，控制精度高。

附图说明

图1本发明所述电压检测电路的原理图；

图2是现有技术电压检测电路的原理图。

具体实施方式

结合附图对本发明作详细说明：

如图1所示的一种开关电源电压检测电路，包括：电压取样单元和电压处理单元；所述电压取样单元包括电阻R1、电阻R2、霍尔传感器和供电电源VCC；所述霍尔传感器初级线圈的一端通过电阻R1连接开关电源主电路的输出正极，另一端通过电阻R2连接开关电源主电路的输出负极；所述霍尔传感器的电源输入正负端+Tin、-Tin分别连接供电电源VCC的正负极；所述电压处理单元包括电阻Rm、电容C1、电容C2、电阻R5、运算放大器U2和输出端子OUT+，OUT-；所述霍尔传感器的M端通过电阻Rm接地；电容C1和电容C2并联接在电阻Rm两端；运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与霍尔传感器的M端相连接；所述运算放大器U2的反相输入端连接运算放大器U2的输出端构成电压跟随器；所述运算放大器U2的输出端连接输出端子OUT+；所述输出端子OUT-接地；进一步地，所述的霍尔传感器为磁场平衡式。

一种开关电源电压获取方法，包括如下步骤：

步骤一：配置电路参数；设定开关电源主电路输出电压U_o的额定值为U_on；霍尔传感器检测的初级线圈电流I_p的额定电流为I_pn；霍尔传感器的次级线圈电流I_s的额定值为I_sn；设定R1=R2，则有U_on=I_pn*(R1+R2)；I_p=U_o/(R1+R2)=(I_pn*U_o)/U_on，其中R1和R2分别是与霍尔传感器初级线圈相互串联接在开关电源主电路的输出回路中的电阻；

步骤二：电压取样单元采集开关电源主电路输出电压U_o，得到霍尔传感器初级线圈电流I_p=U_o/(R1+R2)，根据次级线圈电流的安匝数等于初级线圈电流的安匝数，即N_SI_S+N_pI_p=0，设定K=-N_p/N_S得到次级线圈电流I_S=K*I_p，从而I_S/I_p=I_sn/I_pn，I_S=（I_sn*I_p)/I_pn=（I_sn*U_o)/U_on，其中N_p为霍尔传感器初级线圈匝数、N_S为霍尔传感器次级线圈匝数、K=-N_p/N_S为常数；

步骤三：电压处理单元根据电压取样单元输出的霍尔传感器初级线圈电流I_S得到取样电压u₀′=I_S*R_m，根据电压处理单元的运算放大器U2构成电压跟随器，得到检测电压u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，其中R_m为霍尔传感器M端的对地电阻、取样电压u₀′为电阻R_m两端的电压、检测电压u₀为电压处理单元的输出电压；

步骤四：测量电压处理单元输出的检测电压u₀，根据u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，获取开关电源输出电压U_o=（u₀*U_on)/（I_sn*R_m)。

如图2所示现有技术的开关电源输出电压检测电路通过电阻分压的方式得到取样电压，取样电压经过滤波和运算处理后输出给过压保护电路以及经过光电耦合器反馈给控制电路，开关电源的主电路和电压检测电路共地，通常开关电源的输出电压相对于电压检测电路的取样电压来说其值均比较高，则主电路输出电压的波动由于共地连接会对电压检测电路的准确性产生很大的影响，那么为了不影响控制电路的可靠性，现有技术便在电压检测电路与控制电路之间加入光电耦合器进行电气隔离，但是光电耦合器的响应时间长，造成控制电路的响应速度不能满足开关电源的控制需要尤其是开关频率高的开关电源，且光电耦合器的线性度误差也会使控制精度降低。

本发明采用霍尔传感器实现开关电源主电路与电压检测回路的电气隔离，两者之间通过磁连接解决了现有技术的共地连接所带来的干扰问题和开关电源主电路输出电压过高所造成的对电压检测电路的不良影响问题，这样使得电压检测电路可直接连接控制电路，避免了为了保证控制电路与主电路的隔离而使用光电耦合器所带来的不足和影响，本发明采用的霍尔传感器为磁场平衡式，即霍尔传感器初级线圈回路所产生的磁场，通过次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，使得霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态，初级线圈电流I_p为开关电源输出电压作用于电阻R1和R2产生的电流，次级线圈电流I_S为流过电阻R_m的电流，当I_p流过时，初级线圈产生一个强磁场，这一磁场被聚磁环聚集，并作用于霍尔器件，使其产生霍尔电压U_H输出，U_H经放大器U1放大，输入到功率放大器中，这时相应的功率管Q1、Q2的导通压降改变，从而获得补偿电流I_S，由于I_S流过多匝次级绕组，使次级绕组产生一磁场Hs，而Hs与I_p产生的磁场Hp相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔电压UH逐渐减小，最后当HS与Hp相等时，I_S不再增加，这时霍尔器件就达到了零磁通检测作用，初级线圈电流I_p的任何变化都会破坏这一平衡磁场，而一旦磁场失去平衡，霍尔器件就会有信号输出，经放大器放大后，立即有相应的电流流过次级线圈进行补偿，因此从宏观上看，次级补偿电流I_S的安匝数在任何时间都与初级线圈电流I_p的安匝数相等，即N_pI_p+N_SI_S=0。

本发明提供的一种开关电源电压检测电路及获取方法，采用霍尔传感器作为开关电源输出电压检测的核心，实现了开关电源主电路与电压检测电路电气隔离，避免了传统电压检测电路开关电源主电路的输出电压波动给电压检测电路带来的共地干扰和不良影响；且可将电压检测电路的输出端直接与开关电源控制电路的反馈控制端连接，电压检测电路与开关电源控制电路共地，不必采用光电耦合器实现传统电压检测电路与开关电源控制电路之间电气隔离，这样开关电源控制电路的反应速度快，控制精度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种开关电源电压检测电路，其特征在于包括：电压取样单元和电压处理单元；所述电压取样单元包括电阻R1、电阻R2、霍尔传感器和供电电源VCC；所述霍尔传感器初级线圈的一端通过电阻R1连接开关电源主电路的输出正极，另一端通过电阻R2连接开关电源主电路的输出负极；所述霍尔传感器的电源输入正负端+Tin、-Tin分别连接供电电源VCC的正负极；所述电压处理单元包括电阻Rm、电容C1、电容C2、电阻R5、运算放大器U2和输出端子OUT+，OUT-；所述霍尔传感器的M端通过电阻Rm接地；电容C1和电容C2并联接在电阻Rm两端；运算放大器U2的同相输入端通过电阻R5与霍尔传感器的M端相连接；所述运算放大器U2的反相输入端连接运算放大器U2的输出端构成电压跟随器；所述运算放大器U2的输出端连接输出端子OUT+；所述输出端子OUT-接地。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源电压检测电路，其特征在于所述的霍尔传感器为磁场平衡式。

3.一种开关电源电压获取方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：配置电路参数；设定开关电源主电路输出电压U_o的额定值为U_on；霍尔传感器检测的初级线圈电流I_p的额定电流为I_pn；霍尔传感器的次级线圈电流I_s的额定值为I_sn；设定R1=R2，则有U_on=I_pn*(R1+R2)；I_p=U_o/(R1+R2)=(I_pn*U_o)/U_on，其中R1和R2分别是与霍尔传感器初级线圈相互串联接在开关电源主电路的输出回路中的电阻；

步骤二：电压取样单元采集开关电源主电路输出电压U_o，得到霍尔传感器初级线圈电流I_p=U_o/(R1+R2)，根据次级线圈电流的安匝数等于初级线圈电流的安匝数，即N_SI_S+N_pI_p=0，设定K=-N_p/N_S得到次级线圈电流I_S=K*I_p，从而I_S/I_p=I_sn/I_pn，I_S=（I_sn*I_p)/I_pn=（I_sn*U_o)/U_on，其中N_p为霍尔传感器初级线圈匝数、N_S为霍尔传感器次级线圈匝数、K=-N_p/N_S为常数；

步骤三：电压处理单元根据电压取样单元输出的霍尔传感器初级线圈电流I_S得到取样电压u₀′=I_S*R_m，根据电压处理单元的运算放大器U2构成电压跟随器，得到检测电压u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，其中R_m为霍尔传感器M端的对地电阻、取样电压u₀′为电阻R_m两端的电压、检测电压u₀为电压处理单元的输出电压；

步骤四：测量电压处理单元输出的检测电压u₀，根据u₀=u₀′=I_S*R_m=（I_sn*U_o*R_m)/U_on，获取开关电源输出电压U_o=（u₀*U_on)/（I_sn*R_m)。

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