CN108964418B - 电压采样电路及电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电压采样电路及电路系统,其中,该电压采样电路包括:用于对BUS电路进行采样的差分采样电路,其中,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元。采用上述技术方案,解决了相关技术中的差分采样电路中各路BUS不均压的问题,阻断采样电路引起的充电回路,保证了各个BUS位置电压稳定。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,具体而言,涉及一种电压采样电路及电路系统。
背景技术
在相关技术中,开关电源目前都在向着高功率密度、高效率、低成本的目标发展。提高电源功率密度,可以通过选用封装较小的同性能器件,还可以通过提高开关频率从而减小变压器、电感等磁性器件的体积。高效率则需要减小开关管开关损耗和导通损耗,可通过选用新的元器件和合适的拓扑结构来实现。低成本则需要在满足高功率密度和高效率的前提下通过拓扑结构和器件的选择来降低成本,当然,拓扑结构的选择也决定了所用器件的选择范围。多路图腾柱无桥PFC输入串联的结构可利用低压器件导通阻抗小的特点来实现较高的效率并有利于功率密度的提升。
PFC电路中BUS电压值直接参与环路计算,决定着BUS电压的稳定性,因此BUS电压的采样电路对整个系统的环路调节至关重要。多路图腾柱无桥PFC输入串联的结构虽然可以降低开关器件的耐压等级、提高效率、减小输入纹波,但其各路BUS电容通过开关管串联,使得总BUS的电压采样变得困难。因此,需要对每一个BUS电容的电压进行分开采样再通过软件求和作为总的BUS电压参与环路计算。
目前的电压采样电路中比较常用的方式为电阻分压采样电路和差分采样电路。
电阻分压采样电路是通过两个电阻对需要采样的电压进行分压然后通过电压跟随器和滤波电路将采样信号送入CPU进行处理,其优点是电路结构简单,调试方便,缺点是被采样的电压需要跟信号处理电路共地,采样信号干扰比较大。
差分采样电路是对两个输入信号的差值进行处理,能够有效消除共模干扰。对于多路串联的PFC结构由于各个BUS电容不共地,需要用到差分采样电路,但多路串联输入的PFC结构复杂,每路BUS电压都需要差分采样电路,会导致电路通过采样电路形成回路使得各路BUS不均压。BUS不均压会导致环路控制不稳甚至导致单路BUS过压损坏器件或者系统异常关机。
针对相关技术中的差分采样电路中各路BUS不均压的问题,目前还没有有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电压采样电路及电路系统,以至少解决相关技术中的差分采样电路中各路BUS不均压的问题。
根据本发明的一个实施例,提供了一种电压采样电路,包括:用于对BUS电路进行采样的差分采样电路,其中,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元。
可选地,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元,包括:所述差分采样电路中运算放大器处未设置有所述阻断单元。
可选地,所述阻断单元用于阻止所述差分采样电路中低电压处电流向高电压处回流。
可选地,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元,包括:在所述差分采样电路中与电源VCC的连接处,和/或与GND的连接处,均设置有所述阻断单元。
可选地,所述差分采样电路中的阻断单元的个数为三个。
可选地,所述阻断单元包括以下之一:二极管,MOS管,继电器。
可选地,所述电压采样电路应用于多路功率因数校正PFC串联输入电路。
可选地,所述差分采样电路通过高阻隔离电路连接至所述BUS电路的BUS电容,其中,在所述高阻隔离电路上,对应所述BUS电容的正负两侧分别设置有等数目的电阻。
可选地,所述差分采样电路的输出电流通过滤波器连接至所述BUS电路的控制单元。
根据本发明的另一个实施例,提供了一种电路系统,包括多个上述实施例任一项中所述的电压采样电路。
通过本发明,在BUS电路的差分采样电路中,在该差分采样电路与其他BUS电路连接处,包括连接VCC或者GND的位置,设置阻断单元,通过上述技术方案,解决了相关技术中的差分采样电路中各路BUS不均压的问题,阻断采样电路引起的充电回路,保证了各个BUS位置电压稳定。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明实施例的一种电压采样电路的示意图;
图2是根据具体实施方式的带阻断功能的多路串联BUS电压采样电路结构框图;
图3是根据具体实施方式的带二极管阻断功能的多路串联BUS电压采样电路图;
图4是根据具体实施方式的带MOS管阻断功能的多路串联BUS电压采样电路图。
具体实施方式
实施例一
本申请文件中提供了一种电压采样电路,可以应用于对多路PFC串联输入总线电路BUS的电压采样,即存在多路BUS电路,每个BUS电路均可以按照本实施例中记载的电压采样电路进行设置。
在本实施例中提供了一种电压采样电路,图1是根据本发明实施例的一种电压采样电路的示意图,如图1所示,该流程包括如下步骤:该电压采样电路中可以包括四部分:
S1,高阻隔离电路;S2,带阻断单元的差分采样电路;S3,滤波电路;S4,控制单元。
在上述S2部分中,展示的用于对BUS电路进行采样的差分采样电路,其中,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元。需要补充的是,该差分采样电路与其他BUS电路的连接处包括:连接电源的位置,接地的位置,在这些位置,通过设置阻断单元实现与其他BUS电路的隔离。
通过本发明,在BUS电路的差分采样电路中,在该差分采样电路与其他BUS电路连接处,包括连接VCC或者GND的位置,设置阻断单元,通过上述技术方案,解决了相关技术中的差分采样电路中各路BUS不均压的问题,阻断采样电路引起的充电回路,保证了各个BUS位置电压稳定。
可选地,所述差分采样电路中运算放大器处未设置有所述阻断单元。需要补充的是,在BUS电路的差分采样电路中,运算放大器处连接的VCC和GND处是不设置阻断单元的,按照电流流量的顺序,仅在运算放大器之前的差分采样电路中设置阻断单元。
可选地,所述阻断单元用于阻止所述差分采样电路中低电压处电流向高电压处回流。需要补充的是,电路中的阻断单元阻断的方向是低电压处向高电压处的回流,而高电压处至低电压处正常流通,不会阻断。
可选地,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元,包括:在所述差分采样电路中与电源VCC的连接处,和/或与GND的连接处,均设置有所述阻断单元。
可选地,所述差分采样电路中的阻断单元的个数为三个。
可选地,所述阻断单元包括以下之一:二极管,MOS管,继电器等。需要补充的是,凡是起到阻断功能的电子元件均在本申请文件的保护范围内。
可选地,所述电压采样电路应用于多路功率因数校正PFC串联输入电路。
可选地,所述差分采样电路通过高阻隔离电路连接至所述BUS电路的BUS电容,其中,在所述高阻隔离电路上,对应所述BUS电容的正负两侧分别设置有等数目的电阻。
可选地,所述差分采样电路的输出电流通过滤波器连接至所述BUS电路的控制单元。
下面结合本发明的优选实施例进行详细说明。
本优选实施例的目的在于提供一种可以用于有着多路PFC串联输入等类似拓扑以及各种浮地结构的电压采样方法,通过这种采样方式,能有效消除共模干扰且不会引起各个BUS不均压,只需在传统差分采样电路上面额外增加几个阻断单元,就能在精确有效地采样BUS电压时,阻断由采样电路引起的充电回路。
本优选实施例采用以下技术方案:
一种多路功率因数校正(Power Factor Correction,简称为PFC)串联输入总线电路BUS电压采样方法。该方法主要通过高阻隔离功率电路BUS电压,通过差分采样电路抑制共模干扰信号,通过添加阻断单元切断采样电路引起的充电回路,采样信号从运算放大器出来后经过滤波电路送入CPU进行环路计算。本优选实施例的主要内容包括:
1.差分采样电路,包括高阻隔离,信号调理电路。BUS电压通过一系列的电阻进行功率部分和控制部分的隔离,隔离后的信号通过差分采样电路滤除共模干扰并得到相应比例和偏置的BUS电压信号送入CPU后还原真实的BUS电压进行环路计算。
2.采样电路引起的充电回路阻断电路,在第一个和最后一个单元cell的BUS电压采样电路中适当地串入二极管等阻断单元,切断多路BUS电压采样电路构成的升压回路,从而有效地防止第一个cell和最后一个cell的BUS电压过高,多路BUS不均压。需要补充的是,一个Cell可以看做一个BUS电路,即本申请文件的技术方案可以应用存在多个BUS电路的电路系统中。
本优选实施例提供了一种简单的浮地电压采样电路。本优选实施例适用的拓扑并不限于多路PFC串联电路,其他有参与主功率回路的多路串联浮地结构的电压采样电路也适用。
下面是本发明具体实施方式
图2是根据具体实施方式的带阻断功能的多路串联BUS电压采样电路结构框图,如图2所示,该电压采样电路中包括四部分,高阻隔离电路,带阻断功能的差分采样电路,滤波电路,控制单元,其中,所述控制单元包括DSP模数转换进行环路计算。
对于有着多路PFC串联或类似功能的拓扑,带阻断单元的BUS电压采样电路是一个简单有效的采样电路。该电路可细分为四个硬件单元。附图1中的硬件电路实现对单路BUS电压的隔离与采样并将采样到的电压信号经过滤波后送入CPU进行环路计算。
S1模块为输入电阻,是差分采样电路的一部分,也有隔离功率部分与控制部分的作用,因此R1~R4需要选取阻值较大的电阻,一般为几百KΩ到几MΩ。
带阻断单元的差分采样电路模块S2,基本原理同一般的差分采样电路,同相输入端与反相输入端遵循差分电阻平衡的原则。输入电阻R1、R3、R5与R2、R4、R6阻值一一对应,R7和R9为差分采样电路提供直流偏置,R9与反馈电阻R10相等,R7与R8相等。通过调节R7和R8的阻值可调节采样电路的偏置电压而不影响采样比例,通过调节输入电阻R1、R3、R5与R2、R4、R6的阻值可调节采样比例而不影响采样电路的直流偏置。三个阻断单元的添加是为了阻断交流输入通过第一个cell和最后一个cell的BUS采样电路形成的充电回路。采样电路中的VCC和GND都是同一个网络,不添加阻断单元时交流输入会通过采样电路中的VCC和GND将第一个cell和最后一个cell构成一个充电回路,使得这两个cell的BUS电容充电比其他cell高,引起多路不均压问题。在采样电路中的VCC和GND处添加阻断单元,如二极管(图3是根据具体实施方式的带二极管阻断功能的多路串联BUS电压采样电路图),利用二极管正向导通的特性阻断充电电流的通路,同时也不影响采样电路的正常工作。二极管尽量选择导通压降非常小的肖特基二极管。阻断单元也可以是MOS管(图4是根据具体实施方式的带MOS管阻断功能的多路串联BUS电压采样电路图)、继电器等可以起到阻断功能的开关器件。
采样得到的BUS电压信号需要经过滤波电路S3来消除尖峰毛刺,这样可以使得到达CPU的电压信号比较干净,有利于采样的精确性。如果采用RC滤波电路,RC取值的选择要根据BUS电压纹波频率来决定,截止频率要大于纹波频率。也可以根据需要选用其他滤波电路对采样信号进行滤波。
经过滤波电路输出的信号就可以直接送给控制单元S4中CPU的模数转换端口将模拟信号转换数字信号,再在CPU中计算还原出实际的BUS电压,与其他cell的BUS电压相加后用于环路计算,控制脉冲宽度调制(Pluse Width Modulation,简称为PWM)发波。
采用上述技术方案,为大功率高效率开关电源电压采样提供一种简单易用且成本低的方案。采用这种采样电路,对提高控制环路的准确性和解决多路串联的不均压问题有很好的效果。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
实施例二
根据本发明的另一个实施例,提供了一种电路系统,包括多个上述实施例任一项中所述的电压采样电路。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电压采样电路,其特征在于,包括:用于对BUS电路进行采样的差分采样电路,其中,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元;
所述BUS电路为多个时,多个BUS电路之间采用串联连接,所述多个BUS电路对应的差分采样电路结构相同;
在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元,包括:
所述差分采样电路中运算放大器处未设置有所述阻断单元;
所述阻断单元用于阻止所述差分采样电路中低电压处电流向高电压处回流。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,在所述差分采样电路与其他BUS电路的连接处,均在所述差分采样电路一侧设置有阻断单元,包括:
在所述差分采样电路中与电源VCC的连接处,和/或与GND的连接处,均设置有所述阻断单元。
3.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述差分采样电路中的阻断单元的个数为三个。
4.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述阻断单元包括以下之一:
二极管,MOS管,继电器。
5.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述电压采样电路应用于多路功率因数校正PFC串联输入电路。
6.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述差分采样电路通过高阻隔离电路连接至所述BUS电路的BUS电容,其中,在所述高阻隔离电路上,对应所述BUS电容的正负两侧分别设置有等数目的电阻。
7.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,所述差分采样电路的输出电流通过滤波器连接至所述BUS电路的控制单元。
8.一种电路系统,其特征在于,包括多个权利要求1-7任一项中所述的电压采样电路。
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