CN104201892B - 一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法及电路，具体为：在开关电源副边同名端与副边地间串接电容；控制开关电源副边同名端电压为正，对电容充电，其充电后的电压为开关电源输出电压与变压器副边绕组电压之和；控制开关电源副边同名端电压为负，反激开关电源给负载供电，保持开关电源输出电压恒定，开关电源的输出电压作为运算放大器的反相电压输入信号，电容电压作为差分放大电路的正相电压输入信号，采集差分放大电路输出端的电压输出信号；利用电压输出信号与两输入端电压差值的倍数关系，确定变压器副边绕组电压，进而根据变压器原副边绕组匝数比确定变压器原边绕组电压。应用本发明具有检测精度高、操作简单的特点。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法及电路。
背景技术
随着开关电源技术发展迅速，开关电源的使用要求也越来越高。大多数开关电源将控制电路和通讯芯片放在开关电源的二次侧，而控制电路需要对一次侧的输入电压进行检测，目前较普遍的方式是利用光耦来实现这种隔离的电压检测，但光耦检测存在电流转换比一致性差，温度稳定性较差，误差大等缺点。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法，具有检测精度高、操作简单的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法，具体为：
在隔离反激式高频开关电源的副边同名端与副边地之间串接电容；
控制隔离反激式高频开关电源的副边同名端电压为正，此时对电容充电，其充电后的电压为反激开关电源输出电压与变压器副边绕组电压之和；
控制隔离反激式高频开关电源的副边同名端电压为负，此时隔离反激式高频开关电源的输出电压作为差分放大器的反相电压输入信号，电容充电后的电压作为差分放大器的同相电压输入信号，采集差分放大器输出端的输出电压信号；
利用差分放大器输出端的电压与其两输入端电压差值即变压器副边绕组电压的倍数关系，确定变压器副边绕组电压；
根据变压器副边绕组电压与变压器原边绕组电压的比值关系确定变压器原边绕组电压，即得隔离反激式高频开关电源的输入电压。
本发明的目的之二在于提供一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，具有检测精度高、结构简单的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，包括第二二极管D2、第三二极管D3、第二电容C2和差分放大电路；第二二极管D2的阳极连接反激式开关电源的变压器副边绕组同名端第二二极管D2的阴极连接差分放大电路的同相输入端；第二电容C2的一端连接第二二极管D2的阴极，第二电容C2的另一端连接变压器副边地；差分放大电路的同相输入端连接第二二极管D2的阴极，差分放大器电路的反相输入端连接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接反激式开关电源的正极输出端，差分放大电路的输出端作为电压测试采样点连接反激式开关电源的正极输出端。
进一步地，还包括接于差分放大器输出端的RC滤波电路。
进一步地，所述RC滤波电路包括第三电容C3、第五电阻R8，所述第三电容C3的一端通过第五电阻R8连接差分放大器U1的输出端，第三电容C3的另一端接变压器副边地。
进一步地，所述差分放大电路包括放大器U1、第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5和第四电阻R6；所述第一电阻R3的一端连接第二二极管D2的阴极，第一电阻R3的另一端连接放大器的同相输入端；第二电阻R4连接于放大器同相输入端与变压器副边地之间；第二电阻R5连接于第三二极管D3的阴极与放大器反相输入端之间；第四电阻R6连接于放大器反相输入端与放大器输出端之间，放大器的输出端为电压测试采样点；第一电阻R3阻值与第三电阻R5阻值的比值与第二电阻R4和第四电阻R6阻值的比值相等。
本发明的有益技术效果是：
应用本发明能够实现隔离式变压器原边电压检测，具有精度高，结构简单、操作方便的特点，可以方便地加在反激式开关电源电路中，对于输入电压范围特别宽时非常适用。同时，当开关电源采用反激式开关电源电路作为辅助电源时，基于本设计可以利用已有的反激辅助电源方便的实现开关电源的输入电压检测。
附图说明
图1为隔离反激式高频开关电源结构示意图；
图2为本发明提供的一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路示意图；
图3为本发明提供的隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路的一种具体实施例；
图4为采用了图3所示隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路的一种具体实施例的关键节点的波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为隔离反激式高频开关电源结构示意图，包括直流输入电源、PWM控制器、开关管Q1、变压器TX1、输出整流滤波电路。变压器TX1包括原边绕组、副边绕组，所述变压器原边绕组同名端接直流输入电源，异名端接所述开关管Q1的漏极，开关管Q1的栅极与所述PWM控制器的输出端相连接，开关管的源极与变压器原边地相连；输出整流滤波电路包括第一二极管D1和第一电容C1；变压器的副边绕组的同名端接在第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极接在副边的地和第一电容C1的第二端，变压器副边的异名端接在第一电容C1的第一端。
本发明的检测方法是：在隔离高频反激式开关电源的副边同名端与副边地之间串接电容C2；控制隔离高频反激式开关电源的副边同名端电压为正，此时对电容C2充电，其充电后的电压为反激开关电源输出电压与变压器副边绕组电压之和；控制隔离高频反激式开关电源的副边同名端电压为负，此时隔离高频反激式开关电源的输出电压作为差分放大器U1的反相端电压输入信号，电容C2充电后的电压作为差分放大器U1的正相电压输入信号，采集差分放大器U1输出端的电压输出信号；利用差分放大器U1输出端的电压与其两输入端电压差值即变压器副边绕组电压的倍数关系，确定变压器副边绕组电压；根据变压器副边绕组电压与变压器原边绕组电压的比值关系确定变压器原边绕组电压，即得隔离高频反激式开关电源的输入电压。
图2给出了一种实现上述方法的检测电路实施方式，包括第二二极管D2、第三二极管D3、第二电容C2和差分放大电路；第二二极管D2的阳极连接反激式开关电源的变压器副边绕组同名端第二二极管D2的阴极连接差分放大电路的同相输入端；第二电容C2的一端连接第二二极管D2的阴极，第二电容C2的另一端连接变压器副边地；差分放大电路的同相输入端连接第二二极管D2的阴极，差分放大电路的反相输入端连接第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极连接反激式开关电源的正极输出端，差分放大电路的输出端作为电压测试采样点连接反激式开关电源的正极输出端。
PWM控制器通过驱动所述开关管Q1使所述变压器TX1原边绕组P1在所述开关管Q1导通时存储能量，变压器TX1副边绕组S1的同名端在所述开关管Q1关断时释放能量，即变压器为反激式接法。在所述开关管导通时所述变压器原边和副边绕组两端的电压差是固定比例的，其计算关系式为Us＝Up×Ns/Np，其中Up为变压器TX1副边两端的电压，Us为变压器TX1原边绕组两端的电压，即直流输入的电压，Ns为变压器TX1副边的匝数，Np为变压器TX1原边的匝数。
在所述开关管导通时所述变压器TX1副边同名端电压为正，此时第二二极管D2正向导通，并给第二电容C2进行充电，第二电容C2上的电压大小等于反激开关电源输出电压与变压器TX1副边绕组电压Us之和。
在开关管Q1关断后变压器TX1副边绕组电压反向，变压器TX1中的能量通过第一二极管D1给反激开关电源输出第一电容C1和负载供电。第二二极管D2反向截止。差分放大器U1反相输入端通过第三电阻R5和第三二极管D3接在反激式开关电源电源的输出端的正极。第三二极管D3的作用是平衡第二二极管D2损失的管压降，可以提高本发明的电压采集精度。通过设置差分放大电路的放大倍数可以在所述差分运算放大器U1输出端得到一个与所述变压器TX1原边的直流输入电压成比例的直流电压信号，采集此直流电压信号；
所述差分电压放大电路包括放大器、第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5和第四电阻R6；所述第一电阻R3的一端连接第二二极管D2的阴极，第一电阻R3的另一端连接放大器的同相输入端；第二电阻R4连接于放大器同相输入端与变压器副边地之间；第二电阻R5连接于第三二极管D3的阴极与放大器反相输入端之间；第四电阻R6连接于放大器反相输入端与放大器输出端之间，放大器的输出端为电压测试采样点。所述差分放大电路的放大倍数为Uo/Ui＝R6/R4，(Uo是差分电压放大电路输出端的电压，Ui是所述差分电压放大电路同相输入端的电压与反相输入端的电压的差值)。由该式可知改变第四电阻R6与第二电阻R4的比值可以在放大器U1输出端得到不同的电压值。为了便于计算，使第一电阻R3的阻值与第三电阻R5的阻值相等；第二电阻R4与第四电阻R6的阻值相等。所述变压器副边绕组两端的电势差经过差分放大电路按比例缩小后得到一个较小的直流电压。
利用采集到的直流电压信号与差分放大电路两输入端电压差值即变压器副边绕组电压的倍数关系，确定变压器副边绕组电压；进而根据变压器副边绕组电压与变压器原边绕组电压的比值关系确定变压器原边绕组电压，即得隔离高频反激式开关电源的输入电压。
图3为一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路的具体实施例，输入电压48V，PWM工作频率100kHZ，反激变压器原副边匝比为1∶1，差分放大电路采用的放大比例为1/10。为便于讲述，所述图中电路采用了与图2中大致相同的器件编号，除图2中的电路结构外，还包括差分放大器U1输出端的RC滤波电路，所述RC滤波电路包括第三电容C3和第五电阻R8，第三电容C3的一端通过第五电阻R8连接差分放大器U1的输出端，第三电容C3的另一端接变压器副边地。RC滤波电路作用是平滑差分放大器的输出电压，以及提高差分放大电路的抗干扰能力。
图4为一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路的一种具体实施例的关键节点的波形图，从图4可看出电压检测输出端的电压大小约为4.76V，误差在1％以内。
当利用反激式高频开关电源作为大功率电源辅助电源时，因为反激式电源输入与大功率电源输入为并联连接，利用本发明也可以实现对大功率电源输入电压隔离检测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种隔离高频反激式开关电源的输入电压检测方法，具体为：
在隔离高频反激式开关电源的副边同名端与副边地之间串接电容；
控制隔离高频反激式开关电源的副边同名端电压为正，此时对电容充电，其充电后的电压为反激开关电源输出电压与变压器副边绕组电压之和；
控制隔离高频反激式开关电源的副边同名端电压为负，此时隔离高频反激式开关电源的输出电压作为差分放大器的反相电压输入信号，电容充电后的电压作为差分放大器的正相电压输入信号，采集差分放大器输出端的电压输出信号；
利用差分放大器输出端的电压与其两输入端电压差值即变压器副边绕组电压的倍数关系，确定变压器副边绕组电压；
根据变压器副边绕组电压与变压器原边绕组电压的比值关系确定变压器原边绕组电压，即得隔离反激式高频开关电源的输入电压。
2.一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，包括第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第二电容(C2)和差分放大电路；第二二极管(D2)的阳极连接反激式开关电源的变压器副边绕组同名端，第二二极管(D2)的阴极连接差分放大器的同相输入端；第二电容(C2)的一端连接第二二极管(D2)的阴极，第二电容(C2)的另一端连接变压器副边地；差分放大器的同相输入端连接第二二极管(D2)的阴极，差分放大器的反相输入端连接第三二极管(D3)的阴极，第三二极管(D3)的阳极连接反激式开关电源的正极输出端，差分放大器的输出端作为电压测试采样点连接反激式开关电源的正极输出端。
3.根据权利要求2所述的隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，还包括接于差分放大器输出端的RC滤波电路。
4.根据权利要求3所述的隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，所述RC滤波电路包括第三电容(C3)和第五电阻(R8)，所述第三电容(C3)的一端通过第五电阻(R8)连接差分放大器(U1)的输出端，第三电容(C3)的另一端接变压器副边地。
5.根据权利要求2或3所述的隔离反激式高频开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述差分放大电路包括差分放大器(U1)、第一电阻(R3)、第二电阻(R4)、第三电阻(R5)和第四电阻(R6)；所述第一电阻(R3)的一端连接第二二极管(D2)的阴极，第一电阻(R3)的另一端连接放大器的同相输入端；第二电阻(R4)连接于放大器同相输入端与变压器副边地之间；第二电阻(R5)连接于第三二极管(D3)的阴极与放大器反相输入端之间；第四电阻(R6)连接于放大器反相输入端与放大器输出端之间，放大器的输出端为电压测试采样点；第一电阻(R3)阻值与第三电阻(R5)阻值的比值与第二电阻(R4)和第四电阻(R6)阻值的比值相等。
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