CN107271756A - 电流过零点检测电路及方法，负载电压检测电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载电源电路及开关管的电流过零点检测电路及方法，负载电压检测电路及方法，所述负载电源电路包括电感或变压器，续流二极管，电流过零点检测电路包括：分压电阻、过零点检测电路，开关管所述分压电阻的第二端连同所述开关管的第二端接地，利用所述开关管对于负载电压进行控制，所述分压电阻的分压端与过零点检测电路的信号输入端相连接，利用过零点检测电路判断二极管电流是否过零点，从而获得二极管导通时间。且所述负载电压检测电路利用二极管导通时间和开关管导通时间，可以获得负载电压。所述电路结构简单，检测效率高，成本低。

Description

电流过零点检测电路及方法，负载电压检测电路及方法
本申请为申请号201410729856.2、申请日2014年12月04日、发明名称“电流过零点检测电路及方法，负载电压检测电路及方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及电路检测技术领域，特别涉及一种电流过零点检测电路及对应的电流过零点检测方法，负载电压检测电路及对应的负载电压检测方法。
背景技术
随着LED的快速发展，LED驱动电路的设计层出不穷。但是现有的LED驱动电路在输出过载、过压保护等功能方面的设计都比较复杂。常见的LED负载检测电路采用变压器绕组，导致电路整体比较复杂，体积大，成本高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种电流过零点检测电路及方法，负载电压检测电路及方法，能快速获得负载电压并能快速判断二极管电流过零点，电路体积小，成本低。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种电流过零点检测电路，包括：负载电源电路、分压电阻、开关管、过零点检测电路，所述负载电源电路包括负载、二极管和电感，且所述负载、二极管和电感串联形成环形电路，所述负载电源电路的一端与工作电压输入端相连接，所述负载电源电路的另一端与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接，所述分压电阻的第二端连同所述开关管的第二端接地，利用所述开关管对于负载电压进行控制，所述分压电阻的分压端与过零点检测电路的信号输入端相连接，利用过零点检测电路判断二极管电流是否过零点。
可选的，所述过零点检测电路包括信号输入端、采样保持模块、第二基准电压模块和第二比较器，所述采样保持模块和第二基准电压模块相连，且所述采样保持模块的一端与信号输入端相连，所述第二基准电压模块的一端作为第二比较器的第一输入端，所述信号输入端作为第二比较器的第二输入端。
可选的，所述负载电源电路中负载的一端、二极管的负极与工作电压输入端相连接，所述负载的另一端与电感的一端相连接，所述电感的另一端与二极管的正极相连接且与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载电源电路包括：变压器绕组、二极管和负载，所述负载一端与二极管的负极相连接，所述负载另一端与变压器绕组副边的一端相连接，所述变压器绕组副边的另一端与二极管的正极相连接，所述变压器绕组原边的一端与工作电压输入端相连接，所述变压器绕组原边的另一端与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载电源电路中负载的一端、电感的一端与工作电压输入端相连接，所述负载的另一端与二极管的负极一端相连接，所述二极管的正极一端与电感的另一端相连接且与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载为LED。
可选的，所述负载并联有第二电容。
本发明实施例还提供了一种利用所述的电流过零点检测电路的电流过零点检测方法，包括：
利用分压电阻采集分压电阻的分压端的电压波形；
当开关管关闭、二极管导通时，采样保持分压电阻的分压端电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点。
可选的，所述基准电压为第二基准电压模块的电压。
本发明实施例还提供了一种负载电压检测电路，包括：负载电源电路、分压电阻、开关管、电压检测电路和过零点检测电路，所述负载电源电路包括负载、二极管和电感，且所述负载、二极管和电感串联形成环形电路，所述负载电源电路的一端与工作电压输入端相连接，所述负载电源电路的另一端与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接，所述分压电阻的第二端连同所述开关管的第二端接地，利用所述开关管对于负载电压进行控制，所述分压电阻的分压端与电压检测电路的信号输入端、过零点检测电路的信号输入端相连接，利用过零点检测电路判断二极管电流过零点，获得二极管导通时间，所述电压检测电路利用分压端采样保持的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，获取负载电压。
可选的，所述电压检测电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、采样保持模块、电压选择模块和平均模块，所述第一信号输入端与采样保持模块的一端相连接，对分压端的电压进行采样保持，所述采样保持模块的另一端与电压选择模块的第一端相连，所述电压选择模块的第二端接地，所述第二信号输入端与电压选择模块相连，用于输入二极管导通时间和开关管导通时间，所述电压选择模块的选择端与平均模块的一端相连，平均模块在开关管导通和二极管导通期间对所输入的信号进行平均，其输出的平均值即为负载电压。
可选的，所述过零点检测电路包括信号输入端、采样保持模块、第二基准电压模块和第二比较器，所述采样保持模块和第二基准电压模块相连，且所述采样保持模块的一端与信号输入端相连，所述第二基准电压模块的一端作为第二比较器的第一输入端，所述信号输入端作为第二比较器的第二输入端。
可选的，所述负载电压检测电路和过零点检测电路共用采样保持模块。
可选的，所述电压检测电路、过零点检测电路位于负载控制电路中，当检测到负载电压过压，负载控制电路控制开关管的控制端关断开关管。
可选的，所述开关管的第一端与负载电源电路的另一端相连接，所述开关管的第二端接地，所述开关管的控制端与负载控制电路相连接。
可选的，所述负载电源电路中负载的一端、二极管的负极与工作电压输入端相连接，所述负载的另一端与电感的一端相连接，所述电感的另一端与二极管的正极相连接且与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载电源电路包括：变压器绕组、二极管和负载，所述负载的一端与二极管的负极相连接，所述负载的另一端与变压器绕组副边的一端相连接，所述变压器绕组副边的另一端与二极管的正极相连接，所述变压器绕组原边的一端与工作电压输入端相连接，所述变压器绕组原边的另一端与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载电源电路中负载的一端、电感的一端与工作电压输入端相连接，所述负载的另一端与二极管的负极一端相连接，所述二极管的正极一端与电感的另一端相连接且与开关管的第一端、分压电阻的第一端相连接。
可选的，所述负载为LED。
可选的，所述负载并联有第二电容。
本发明实施例还提供了一种利用所述的负载电压检测电路的负载电压检测方法，包括：
利用分压电阻采集分压电阻分压端的电压；
当开关管关闭、二极管导通时，采样保持分压电阻分压端的电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点，从而获得二极管导通时间；
获得二极管导通时间后，利用采样保持的分压端的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，计算获得负载电压。
可选的，在开关管导通时间，采样前一个周期二极管导通时所采样保持的分压端电压，在二极管导通时间，采样0V电压，将两个时间段内的采样电压进行平均，其平均值就是负载电压。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明技术方案通过分压电阻进行分压后，通过过零点检测电路能很容易检测出二极管电流过零点，获得二极管的导通时间，检测效率高，成本低。
同时本技术方案先利用过零点检测电路检测二极管电流过零点，获得二极管导通时间，再利用负载电压检测电路，利用所采样保持的分压端的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，计算获得负载电压，结构简单，检测效率高，成本低。
附图说明
图1是本发明第一实施例的负载电压检测电路的结构示意图；
图2是本发明实施例的过零点检测电路的结构示意图；
图3是本发明实施例的电压检测电路的结构示意图；
图4和图5是本发明实施例的电压电流波形图；
图6是本发明第二实施例的负载电压检测电路的结构示意图；
图7是本发明第三实施例的负载电压检测电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
请参考图1，为本发明实施例的一种负载电压检测电路，包括：负载电源电路14、分压电阻16、开关管15、电压检测电路18和过零点检测电路19，所述负载电源电路14包括负载11、二极管13和电感12，且所述负载11、二极管13和电感12串联形成环形电路，所述负载电源电路14的一端与工作电压输入端Vin相连接，所述负载电源电路14的另一端与开关管15的第一端、分压电阻16的第一端相连接，所述分压电阻16的第二端连同所述开关管15的第二端接地，利用所述开关管15对于负载电压进行控制，所述分压电阻16的分压端与电压检测电路18的信号输入端、过零点检测电路19的信号输入端相连接，利用过零点检测电路19判断二极管电流是否过零点，获得二极管导通时间，所述电压检测电路18通过采样保持获得分压电阻16的分压端反馈电压，并利用开关管导通时间和二极管导通时间，通过运算获取负载电压。
在本实施例中，所述负载电源电路14包括二极管13、电感12和负载11，所述负载11的一端、二极管13的负极与工作电压输入端Vin相连接，所述负载11的另一端与电感12的一端相连接，所述电感12的另一端与二极管13的正极相连接且与开关管15的第一端、分压电阻16的第一端相连接。
在本实施例中，所述负载11为LED。且所述二极管13与LED的方向相一致。
在其他实施例中，所述负载还可以为其他电学器件，利用所述电压检测电路对负载的电压进行检测。
所述工作电压输入端Vin和接地端之间还连接有第一电容C1，所述第一电容是为了维持工作电压的稳定。在其他实施例中，所述LED两端还连接有第二电容，所述第二电容用于对负载电流进行滤波。
所述开关管15的第一端与负载电源电路14的另一端相连接，所述开关管15的第二端接地，所述开关管15的控制端与负载控制电路17相连接。
在本实施例中，所述开关管为MOS晶体管。在其他实施例中，所述开关管还可以为三极管等。
在本实施例中，所述分压电阻16包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，利用所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2将开关管15第一端的电压进行分压，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间的分压端与过零点检测电路19的信号输入端、电压检测电路18的第一信号输入端相连接。
在其他实施例中，所述分压电阻也可以为一个电阻，且分压电阻的分压端与过零点检测电路的信号输入端、电压检测电路的第一信号输入端相连接。
在本实施例中，请参考图2，所述过零点检测电路19包括信号输入端91、采样保持模块93、第二基准电压模块94和第二比较器95，所述采样保持模块93和第二基准电压模块94相连，且所述采样保持模块93的一端与信号输入端91相连，所述第二基准电压模块94的一端作为第二比较器95的第一输入端，所述信号输入端91作为第二比较器95的第二输入端。
在开关管关断之后，二极管导通时，所述采样保持模块93对信号输入端91获得的分压端反馈电压VFB进行采样保持，获得采样保持电压VFBS，并通过第二基准电压模块94的电压V1，使得第二比较器95的第一输入端的电压为VFBS-V1。通过第二比较器95和分压端反馈电压VFB的实时电压进行比较。当VFB瞬时电压低于VFBS-V1时，第二比较器95翻转，即可判断为二极管电流过零点。
利用所述过零点检测电路19可以很容易获得二极管电流过零点，从而获得二极管导通时间。所述过零点检测电路19可以单独与负载电源电路14、分压电阻16、开关管15形成一个电流过零点检测电路，用于检测二极管电流过零点。而在本实施例中，所述过零点检测电路19获得二极管导通时间后，利用对二极管导通时间和开关管导通时间，负载电压检测电路18可以很容易获得负载电压。
在本实施例中，请参考图3，所述电压检测电路18包括第一信号输入端81、第二信号输入端82、采样保持模块83、电压选择模块84和平均模块85，所述第一信号输入端81与采样保持模块83的一端相连接，对分压电阻的分压端的电压进行采样保持，所述采样保持模块83的另一端与电压选择模块84的第一端相连，所述电压选择模块84的第二端接地，即为0V，所述第二信号输入端82与电压选择模块84相连，用于输入二极管导通时间和开关管导通时间，所述电压选择模块84的选择端与平均模块85的一端相连，平均模块85在开关管导通和二极管导通期间对所输入的信号进行平均，在开关管导通时间，所述电压选择模块84的选择端与所述电压选择模块84的第一端相连，将采样保持的分压端的电压进行平均，在二极管导通时间，所述电压选择模块84的选择端与所述电压选择模块84的第二端相连，将0V电压进行平均，其输出的平均值就是负载电压。
当电路工作于连续电流模式或临界连续电流模式时，所述连续电流模式是指在二极管续流期间，电感电流下降尚未达到零，即进行下一个开关周期，电感电流一直保持为正值，所述临界连续电流模式是指二极管续流期间，电感电流下降到零之时，立即进行下一个开关周期，电感电流在每个周期都有一个点为零，分压端反馈电压VFB的波形如图4所示，其中K＝R2/(R1+R2)。在开关管开通时，VFB＝0；在开关管关断时，且电感电流为正值时，二极管导通，忽略二极管的导通压降，VFB＝K*Vin。开关管导通的时间比例为D，二极管导通的时间比例为D’＝(1-D)。
当电路工作于断续电流模式时，所述断续电流模式是指二极管续流期间，电感电流已经下降到零，且过一段时间后，才进行下一个开关周期，电感电流在每个周期都有一段时间为零，分压端反馈电压VFB的波形如图5所示：在开关管关断，且电感电流为正值时，二极管导通，忽略二极管的导通压降，VFB＝K*Vin；在二极管导通期间，电感电流逐渐下降，当电感电流下降到0时，二极管自动关断，开关管第一端的电压开始下降，分压端反馈电压VFB和开关管第一端的电压成比例下降。当检测到分压端反馈电压VFB低于二极管导通时的电压，即可判断为电感电流过零点。
在本实施例中，所述采样保持83对前一个周期二极管导通时分压端的电压进行采样保持，在开关管导通时间，所述电压选择模块84的选择端与所述电压选择模块84的第一端相连，将采样保持的分压端的电压进行平均，在二极管导通时间，所述电压选择模块84的选择端与所述电压选择模块84的第二端相连，将0V电压进行平均，相当于根据图5的分压端反馈电压VFB重构一个VFBS的虚线波形(见图5)，在开关管15开通时，虚线波形电压为前一个周期二极管导通时的分压端反馈电压VFB，即K*Vin。在其他时刻，虚线波形电压接地，均为0。对虚线波形在D和D’之间进行平均(D为开关管导通的时间比例，D’为二极管导通的时间比例)，即可获得LED电压K*VLED＝K*Vin*D/(D+D’)。对于连续电流模式或临界电流模式，D’＝(1-D)；对于断续电流模式D’<(1-D)，开关管和二极管均不导通的时间，平均模块不进行平均。
在本实施例中，过零点检测电路19、电压检测电路18位于同一个负载控制电路17或控制芯片中，所述负载控制电路17或控制芯片用于获得二极管导通时间和开关管导通时间，同时当检测到负载电压过压，利用开关管的控制端Vc关闭开关管15。
所述电压检测电路18和过零点检测电路19共用同一个采样保持模块或采用不同的采样保持模块。
在本实施例中，所述过零点检测电路19、电压检测电路18和开关管15的控制端也可以位于不同的控制芯片或负载控制电路中。
本发明第二实施例还提供了另一种负载电压检测电路，请参考图6，其余部分都相同，只有负载电源电路不相同，所述负载电源电路20包括：变压器绕组22、二极管23、第二电容24和负载21，所述第二电容24和负载21并联后一端与二极管23的负极相连接，所述第二电容24和负载21并联后另一端与变压器绕组22副边的一端相连接，所述变压器绕组22副边的另一端与二极管23的正极相连接，所述变压器绕组22原边的一端与工作电压输入端Vin相连接，所述变压器绕组22原边的另一端与开关管15的第一端、分压电阻16的第一端相连接。
由于开关管15导通的时间为D，二极管22导通时间为D’，两者关系满足D*Vin＝D’*n*Vo，Vo就是输出电压，即LED电压，n是变压器22的变比；重构开关管第一端的波形在D时段为二极管导通时开关管第一端的电压(Vin+n*Vo)，D’时段电压为0；将此电压在(D+D’)时间内进行平均得到D*(Vin+n*Vo)/(D+D’)＝n*Vo，即输出负载电压。
在其它实施例中，所述负载的两侧也可以不并联有第二电容。
本发明第三实施例还提供了另一种负载电压检测电路，请参考图7，其余部分都相同，只有负载电源电路不相同，所述负载电源电路30包括：二极管33、电感32、第二电容34和负载31，所述负载31和第二电容34并联结构的一端、电感32的一端与工作电压输入端Vin相连接，所述负载31和第二电容34并联结构的另一端与二极管33的负极一端相连接，所述二极管33的正极一端与电感32的另一端相连接且与开关管15的第一端、分压电阻16的第一端相连接。
由于开关管15导通的时间为D，二极管22导通时间为D’，两者关系满足D*Vin＝D’*Vo，重构开关管15第一端的波形在D时段为二极管导通时开关管第一端的电压(Vin+Vo)，D’时段电压为0；将此电压在(D+D’)时间内进行平均得到D*(Vin+Vo)/(D+D’)＝Vo，即输出负载电压。
在其它实施例中，所述负载的两侧也可以不并联有第二电容。
基于上述电路，本发明实施例首先提供了一种电流过零点检测方法，包括：
利用分压电阻采集分压电阻的分压端的电压波形；
当开关管关闭，二极管导通时，采样保持分压电阻的分压端电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点。
此外，基于上述负载电压检测电路，本发明实施例还提供了一种负载电压检测方法，包括：
利用分压电阻采集分压电阻分压端的电压；
当开关管关闭，二极管导通时，采样保持分压电阻分压端的电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点，从而获得二极管导通时间；
获得二极管导通时间后，利用采样保持的分压端的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，计算获得负载电压。
在本发明第一实施例中，在开关管15开通时，采样保持的虚线波形电压为前一个周期二极管导通时的分压端反馈电压VFB，即K*Vin。在二极管导通时，利用电压选择模块将输出电压接地，输出电压调为0V，对虚线波形在D和D’之间进行平均(D为开关管导通的时间比例，D’为二极管导通的时间比例)，即可获得LED电压K*VLED＝K*Vin*D/(D+D’)。
在本发明第二实施例中，由于开关管15导通的时间为D，二极管22导通时间为D’，两者关系满足D*Vin＝D’*n*Vo，重构开关管第一端的波形在D时段为二极管导通时开关管第一端的电压(Vin+n*Vo)，D’时段电压为0；将此电压在(D+D’)时间内进行平均得到D*(Vin+n*Vo)/(D+D’)＝n*Vo，即输出负载电压。
在本发明第三实施例中，由于开关管15导通的时间为D，二极管22导通时间为D’，两者关系满足D*Vin＝D’*Vo，重构开关管第一端的波形在D时段为二极管导通时开关管第一端的电压(Vin+Vo)，D’时段电压为0；将此电压在(D+D’)时间内进行平均得到D*(Vin+Vo)/(D+D’)＝Vo，即输出负载电压。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种负载电源电路及开关管的电流过零点检测电路，所述负载电源电路包括电感或变压器，续流二极管，其特征在于，包括：分压电阻、过零点检测电路，所述分压电阻的第一端与所述开关管和所述负载电源电路的公共端相连接，所述分压电阻的第二端连接到地，所述分压电阻的分压端与过零点检测电路的信号输入端相连接，利用过零点检测电路获得二极管的电流过零点，所述过零点检测电路包括信号输入端、采样保持模块、第二基准电压模块和第二比较器，所述采样保持模块和第二基准电压模块相连，且所述采样保持模块的一端与信号输入端相连，所述第二基准电压模块的一端作为第二比较器的第一输入端，所述信号输入端作为第二比较器的第二输入端。
2.一种利用权利要求1所述的负载电源电路及开关管的电流过零点检测电路的电流过零点检测方法，其特征在于，包括：
利用分压电阻采集分压电阻的分压端的电压波形；
当开关管关断、二极管导通时，采样保持分压电阻的分压端电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点。
3.如权利要求2所述的电流过零点检测方法，其特征在于，所述基准电压为第二基准电压模块的电压。
4.一种负载电源电路及开关管的负载电压检测电路，所述负载电源电路包括电感或变压器，续流二极管，其特征在于，包括：分压电阻、电压检测电路和过零点检测电路，所述分压电阻的第一端与所述开关管和所述负载电源电路的公共端相连接，所述分压电阻的第二端连接到地，所述分压电阻的分压端与电压检测电路的信号输入端、过零点检测电路的信号输入端相连接，利用过零点检测电路判断二极管电流是否过零点，获得二极管导通时间；所述电压检测电路利用分压端采样保持的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，获取负载电压，所述过零点检测电路包括信号输入端、采样保持模块、第二基准电压模块和第二比较器，所述采样保持模块和第二基准电压模块相连，且所述采样保持模块的一端与信号输入端相连，所述第二基准电压模块的一端作为第二比较器的第一输入端，所述信号输入端作为第二比较器的第二输入端。
5.如权利要求4所述的负载电源电路及开关管的负载电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路包括第一信号输入端、第二信号输入端、采样保持模块、电压选择模块和平均模块，所述第一信号输入端与采样保持模块的一端相连接，对分压端的电压进行采样保持，所述采样保持模块的另一端与电压选择模块的第一端相连，所述电压选择模块的第二端接地，所述第二信号输入端与电压选择模块相连，用于输入二极管导通时间和开关管导通时间，所述电压选择模块的选择端与平均模块的一端相连，平均模块在开关管导通和二极管导通期间对所输入的信号进行平均，其输出的平均值即为负载电压。
6.如权利要求4所述的负载电源电路及开关管的负载电压检测电路，其特征在于，所述负载电压检测电路和过零点检测电路共用采样保持模块。
7.一种利用权利要求5～6任意一项所述的负载电压检测电路的负载电压检测方法，其特征在于，包括：
利用分压电阻采集分压电阻分压端的电压；
当开关管关断，二极管导通时，采样保持分压电阻分压端的电压，将该电压减去基准电压的结果与实时获得的分压电阻的分压端电压进行比较，当实时获得的分压端电压的瞬时电压低于分压端电压减去基准电压的结果时，即可判断为二极管电流过零点，从而获得二极管导通时间；
获得二极管导通时间后，利用采样保持的分压端的电压，及开关管导通时间和二极管导通时间，计算获得负载电压。
8.如权利要求7所述的负载电压检测方法，其特征在于，在开关管导通时间，采样前一个周期二极管导通时所采样保持的分压端电压，在二极管导通时间，采样0V电压，将两个时间段内的采样电压进行平均，其平均值就是负载电压。
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