CN105158550A - 开关电源及其电压峰值检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源及其电压峰值检测装置和方法。该电压峰值检测装置包括：电压采样电路，对开关电源的变压器的次级电压进行采样，并滤除次级电压的正压部分以输出第一电压；电压保持电路，保持第一电压的峰值电压以输出第二电压；电压放大电路，将第二电压放大并输出。应用本发明的技术方案，可省去现有技术中的电压-电流-电压的转换电路，从而提高了电压检测速度；也不需要使用现有技术中复杂的CLK信号控制电路，大大简化了电路、提高了可靠性的稳定性，整个电路十分简单，无需大电阻、大电容等器件，能应用于单点或多点电压测量，即线性要求不高的场合，电路拓扑简单，利于电路的集成。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种开关电源及其电压峰值检测装置和方法。
背景技术
在电源开关电路中，时常需要对输入电压信号的峰值进行检测，并将其保存下来，以提供给后续的控制电路使用，一般而言，峰值检测电路要求能够响应输入电压信号并且给出其准确的峰值信息。
申请号为201310076683.4的中国专利申请公开了一种电压峰值检测电路及检测方法。如该专利申请的附图1所示，现有技术中的电压峰值检测电路一般是直接对初级输入电压进行采样，采样的元器件无论在体积、功率，还是成本上都较大，不利于电路的集成化设计。鉴于现有技术中的不足，该专利申请提出了一种通过电压耦合电路获得开关电源的直流输入电压信息，然后通过电压转换电路和保持电路对所述直流输入电压的峰值信息进行处理的技术方案。如该专利申请的附图2所示，该专利申请的技术方案中不对初级输入电压直接采样，而是通过副边绕组T3耦合过来的低电压进行采样，通过电压转换电路，获得表征直流初级输入电压的峰值信息。
虽然该申请解决了避免直接对功率级电路的初级输入电压采样的问题，但其电压转换电路需要对电压进行电压-电流-电压两次转换，得到的表征电压会有延时，难以满足用作电压保护电路的时效性，而且该专利申请还需要使用CLK信号控制的保持电路，增加了控制复杂度。
发明内容
本发明实施例中提供一种电路简单、成本低、电压检测速度快的开关电源及其电压峰值检测装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面，提供一种开关电源的电压峰值检测装置，包括：电压采样电路，对开关电源的变压器的次级电压进行采样，并滤除次级电压的正压部分以输出第一电压；电压保持电路，保持第一电压的峰值电压以输出第二电压；电压放大电路，将第二电压放大并输出。
作为优选，电压采样电路包括第一二极管和第一放大器，第一放大器将经第一二极管滤除正压部分后的次级电压进行缩小处理以得到第一电压。
作为优选，电压保持电路包括第二二极管和第一电容，第一电压通过第二二极管后对第一电容单向充电以保持峰值电压从而输出第二电压。
作为优选，电压采样电路包括第一二极管、第一电阻、第二电阻和第一放大器，次级电压由第一二极管的负极流入，并由第一二极管的正极经第一电阻流入第一放大器的反向输入端，第一放大器的反向输入端通过第二电阻与第一放大器的输出端连接。
作为优选，电压保持电路包括第二二极管和第一电容，第一放大器的输出端通过第二二极管及第二电阻与第一放大器的反向输入端连接，第二二极管与第二电阻连接的一端通过第一电容接地。
作为优选，电压放大电路包括第二放大器和第三电阻，第二二极管与第二电阻连接的一端还与第二放大器的正向输入端连接，第三电阻与第一电容并联构成放电时间常数设置电路。
作为优选，电压放大电路还包括用于设置在第二放大器的放大倍数以调节第二放大器的输出电压的第四电阻和第五电阻。
本发明的第二方面，还提供了一种开关电源，包括上述的电压峰值检测装置。
作为优选，开关电源为反激式开关电源、或升压型开关电源、或降压型开关电源、或升降压型开关电源、或正激式开关电源、或SEPIC开关电源、或ZETA开关电源。
本发明的第三方面，还提供了一种开关电源的电压峰值检测方法，包括：对开关电源的变压器的次级电压进行采样，并滤除次级电压的正压部分以输出第一电压；保持第一电压的峰值电压以输出第二电压；将第二电压放大并输出。
应用本发明的技术方案，可省去现有技术中的电压-电流-电压的转换电路，从而提高了电压检测速度；也不需要使用现有技术中复杂的CLK信号控制电路，大大简化了电路、提高了可靠性的稳定性，整个电路十分简单，无需大电阻、大电容等器件，能应用于单点或多点电压测量，即线性要求不高的场合，电路拓扑简单，利于电路的集成。
附图说明
图1是本发明中的开关电源的电压峰值检测装置的结构示意图；
图2是本发明中的开关电源的电压峰值检测方法的流程图。
附图标记说明：1、电压采样电路；2、变压器；3、电压保持电路；4、电压放大电路；5、第一二极管；6、第一放大器；7、第二二极管；8、第一电容；9、第一电阻；10、第二电阻；11、第二放大器；12、第三电阻；13、第四电阻；14、第五电阻。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参考图1，本发明实施例的第一方面，提供一种开关电源的电压峰值检测装置，包括：电压采样电路1，对所述开关电源的变压器2的次级电压进行采样，并滤除所述次级电压的正压部分以输出第一电压；电压保持电路3，保持所述第一电压的峰值电压以输出第二电压；电压放大电路4，将所述第二电压放大并输出。
工作时，变压器2的次级电压由电压采样电路1进行采样，并由电压采样电路1将其正压部分滤除，仅保留负压部分。接着，电压保持电路3将仅保留负压部分的电压进行峰值电压保持操作，然后由电压放大电路4将其放大调节至适合模数采样的要求。
可见，本发明中的电压采样电路1和电压保持电路3对电压耦合电路输出的电压进行转换和保持处理，可获得表征直流输入电压的峰值电压信号，其无需大电阻大电容等元器件，不需要电压-电流-电压转换电路，不需要时钟控制信号，相对于现有技术成本大大降低。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明省去了电压-电流-电压的转换电路，从而提高了电压检测速度；不需要使用现有技术中复杂的CLK信号控制电路，大大简化了电路、提高了可靠性的稳定性，整个电路十分简单，无需大电阻、大电容等器件，能应用于单点或多点电压测量，即线性要求不高的场合，电路拓扑简单，利于电路的集成。
本发明利用电压耦合电路来获得直流输入电压的信息，而不直接连接功率级电路来采样直流输入电压信息，一方面可以减少芯片的引脚数目，另一方面也无需采样电阻等，从而可以减小损耗提高效率。
优选地，所述电压采样电路1包括第一二极管5和第一放大器6，所述第一放大器6将经所述第一二极管5滤除正压部分后的所述次级电压进行缩小处理以得到所述第一电压。通过第一二极管5后，采样电压仅保留负压部分，然后由第一放大器6将其幅值进行缩小，以避免互感产生过高的尖峰电压。
优选地，所述电压保持电路3包括第二二极管7和第一电容8，所述第一电压通过所述第二二极管7后对所述第一电容8单向充电以保持峰值电压从而输出所述第二电压。第二二极管7可对第一电容8进行单向充电，并保持峰值电压。
优选地，所述电压采样电路1包括第一二极管5、第一电阻9、第二电阻10和第一放大器6，所述次级电压由所述第一二极管5的负极流入，并由所述第一二极管5的正极经所述第一电阻9流入所述第一放大器6的反向输入端，所述第一放大器6的反向输入端通过所述第二电阻10与所述第一放大器6的输出端连接。在电压采样电路1中，第一电阻9和第二电阻10与第一放大器6搭配，以缩小电压的幅值，避免互感产生过高的尖峰电压。
优选地，所述电压保持电路3包括第二二极管7和第一电容8，所述第一放大器6的输出端通过所述第二二极管7及所述第二电阻10与所述第一放大器6的反向输入端连接，所述第二二极管7与所述第二电阻10连接的一端通过所述第一电容8接地。
优选地，所述电压放大电路4包括第二放大器11和第三电阻12，所述第二二极管7与所述第二电阻10连接的一端还与所述第二放大器11的正向输入端连接，所述第三电阻12与所述第一电容8并联构成放电时间常数设置电路。其中，第三电阻12与所述第一电容8并联构成放电时间常数设置电路，以满足模数转换芯片对最小采样时间要求。另外，优选地，所述电压放大电路4还包括用于设置在所述第二放大器11的放大倍数以调节所述第二放大器11的输出电压的第四电阻13和第五电阻14。这样，通过第四电阻13和第五电阻14可以调节第二放大器11的放大倍数，即可调节输出的幅值电压。
本发明的第二方面，还提供了一种开关电源，包括上述的电压峰值检测装置。优选地，所述开关电源为反激式开关电源、或升压型开关电源、或降压型开关电源、或升降压型开关电源、或正激式开关电源、或SEPIC开关电源、或ZETA开关电源。
请参考图2，本发明的第三方面，还提供了一种开关电源的电压峰值检测方法，包括：对所述开关电源的变压器2的次级电压进行采样，并滤除所述次级电压的正压部分以输出第一电压；保持所述第一电压的峰值电压以输出第二电压；将所述第二电压放大并输出。
工作时，变压器2的次级电压由电压采样电路1进行采样，并由电压采样电路1将其正压部分滤除，仅保留负压部分。接着，电压保持电路3将仅保留负压部分的电压进行峰值电压保持操作，然后由电压放大电路4将其放大调节至适合模数采样的要求。
可见，本发明中的电压采样电路1和电压保持电路3对电压耦合电路输出的电压进行转换和保持处理，可获得表征直流输入电压的峰值电压信号，其无需大电阻大电容等元器件，不需要电压-电流-电压转换电路，不需要时钟控制信号，相对于现有技术成本大大降低。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明省去了电压-电流-电压的转换电路，从而提高了电压检测速度；不需要使用现有技术中复杂的CLK信号控制电路，大大简化了电路、提高了可靠性的稳定性，整个电路十分简单，无需大电阻、大电容等器件，能应用于单点或多点电压测量，即线性要求不高的场合，电路拓扑简单，利于电路的集成。
本发明利用电压耦合电路来获得直流输入电压的信息，而不直接连接功率级电路来采样直流输入电压信息，一方面可以减少芯片的引脚数目，另一方面也无需采样电阻等，从而可以减小损耗提高效率。
下面，请参考图1，以一个反激式开关电源为例，对本发明中的电压峰值检测装置及方法进行详细说明，图1中vcc表示电源正极。
(1)变压器2为高频变压器，变压器2的次级电压为V0，其表征了初级输入电压Vin的信息，其比例关系为：
V0＝-(N2/N1)*Vin公式(1)
其中，N1为变压器2的初级线圈匝数，N2为变压器2的次级线圈匝数，Vin为变压器2初级的输入电压。
(2)经过第一二极管5后保留负电压部分。由于次级电压V0实际上是负脉冲序列电压，负电压经过第一放大器6后输出正脉冲序列电压，而且通过第二二极管7对第一电容8单向充电，其中，第一电阻9和第二电阻10用于调节第一放大器6的缩放比例，从而得到第一电压V1：
V1＝-(R10/R9)*V0公式(2)
其中，R9为第一电阻的阻值；R10为第二电阻的阻值。
(3)第一电容8和第三电阻12的组成放电回路，放电时间常数τ为：τ＝C8*R12，其中，C8为第一电容的电容值，R12为第三电阻的电阻值。这样，通过对第一电容8和第三电阻12的调整，即可以设置放电时间，即电压保持的时间，从而满足模数转换器对最小采样时间的要求。
(4)第二放大器11和第四电阻13、第五电阻14的组合，可对第二电压V2进行调节，从而得到可以驱动芯片IO口(例如模数转换器的模拟信号输入端口)的特征电压V3，其比例关系为：
V3＝V2*(R13+R14)/R13公式(3)
其中，R13为第四电阻的电阻，R14为第五电阻的电阻。
(5)最终，特征电压V3表征了次级电压：
V3＝-(R10/R9)*[-(N2/N1)*Vin]*(R13+R14)/R13公式(4)
上述实施例，以反激开关电源为应用实例，通过对变压器2互感的反相比例匝比电压直接采样，以及通过基本的峰值保持，再根据不同模数转换芯片需求，增加电压放大调整电路，得到了特征电压，可用于单点或多点的电压保护电路。其他类型的开关电源的原理类似，在此不再赘述。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，包括：
电压采样电路(1)，对所述开关电源的变压器(2)的次级电压进行采样，并滤除所述次级电压的正压部分以输出第一电压；
电压保持电路(3)，保持所述第一电压的峰值电压以输出第二电压；
电压放大电路(4)，将所述第二电压放大并输出。
2.根据权利要求1所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压采样电路(1)包括第一二极管(5)和第一放大器(6)，所述第一放大器(6)将经所述第一二极管(5)滤除正压部分后的所述次级电压进行缩小处理以得到所述第一电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压保持电路(3)包括第二二极管(7)和第一电容(8)，所述第一电压通过所述第二二极管(7)后对所述第一电容(8)单向充电以保持峰值电压从而输出所述第二电压。
4.根据权利要求1所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压采样电路(1)包括第一二极管(5)、第一电阻(9)、第二电阻(10)和第一放大器(6)，所述次级电压由所述第一二极管(5)的负极流入，并由所述第一二极管(5)的正极经所述第一电阻(9)流入所述第一放大器(6)的反向输入端，所述第一放大器(6)的反向输入端通过所述第二电阻(10)与所述第一放大器(6)的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压保持电路(3)包括第二二极管(7)和第一电容(8)，所述第一放大器(6)的输出端通过所述第二二极管(7)及所述第二电阻(10)与所述第一放大器(6)的反向输入端连接，所述第二二极管(7)与所述第二电阻(10)连接的一端通过所述第一电容(8)接地。
6.根据权利要求5所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压放大电路(4)包括第二放大器(11)和第三电阻(12)，所述第二二极管(7)与所述第二电阻(10)连接的一端还与所述第二放大器(11)的正向输入端连接，所述第三电阻(12)与所述第一电容(8)并联构成放电时间常数设置电路。
7.根据权利要求6所述的开关电源的电压峰值检测装置，其特征在于，所述电压放大电路(4)还包括用于设置在所述第二放大器(11)的放大倍数以调节所述第二放大器(11)的输出电压的第四电阻(13)和第五电阻(14)。
8.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电压峰值检测装置。
9.根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源为反激式开关电源、或升压型开关电源、或降压型开关电源、或升降压型开关电源、或正激式开关电源、或SEPIC开关电源、或ZETA开关电源。
10.一种开关电源的电压峰值检测方法，其特征在于，包括：
对所述开关电源的变压器(2)的次级电压进行采样，并滤除所述次级电压的正压部分以输出第一电压；
保持所述第一电压的峰值电压以输出第二电压；
将所述第二电压放大并输出。
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