CN109061272A - 一种电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流检测电路，包括主功率电路和采样电阻，还包括有输出电压调整电路、反相放大电路、比较电路、负向电流转换电路和驱动电路；负向电流转换电路采集检测主功率回路中电流信息得到电流采样电压，通过输出电压调整电路采集主功率电路的输出电压经过利用运放构成的负反馈电路输出，再经过反相放大电路将负反馈电路的输出电压进行反相放大，再利用比较器将反相放大后的负反馈电压和负向电流转换电路输出的电流采样电压进行比较，比较器输出控制信号经驱动电路对主功率电路的主功率管进行控制，从而实现了电压和电流双闭环控制的功能，既能实现电流峰值控制效果，还能降低对负电流检测的成本，提升了电路的性能，具有较强的应用价值。

Description

一种电流检测电路

技术领域

本发明涉及一种电流检测电路，特别涉及一种负电流检测电路。

背景技术

功率变换器在实际应用场合中，为了实现过流保护或电流闭环控制，需对主功率回路上的电流进行检测。

常用的方法是检测主开关管开通时流过主功率回路上的电流，然后通过相应电路的处理，将电流转换为便于测量的电压量，从而实现功率回路的过流保护或电流闭环控制。

对于非隔离型降压电路，需将市电整流后的脉动电压转换为低压，比如375V转换为36V或更低的电压，主功率管需承受较高的电压应力。对于自举驱动型降压电路，其中一种实现电流检测的方法，采用图1所示的电路，通过采样电路直接检测主功率管导通时其漏源极电压。另一种实现方法如图2的电路图所示，在主功率管上串联一个电流采样电阻，利用差分放大器进行采样，从而获得主功率管导通时流过主功率回路的电流信息，并且将采样到的电流信号转换正电压信号，便于系统进行信号处理。但是，上述两种方法需采用耐高压的差分放大器，并且容易受到功率回路开关电压或电流的影响，既增加成本，又降低电路的性能；第三种方法如图3的电路所示，在输出滤波电容与参考地之间串联一个采样电阻，可获得主功率管导通时流过主功率回路的电流信息，并且采样到的电流信号转换正电压信号，便于系统进行信号处理。但是，该方法会因输出电压采样信号中包含了电流采样电阻的压降，故会对输出电压造成一定的波动，可应用在对输出电压精度及纹波要求低的场合，但是难以满足对输出电压精度和纹波要求高的场合。

综上所述，在高压侧或输出侧对主功率回路进行电流采样，都难以满足性能和成本的要求，从而使得其应用范围受限。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是克服现有方法的不足，提出一种电流检测电路方案，既能保证准确采样主功率回路上的电流，又不会对输出电压造成影响，还降低电流采样成本，能够满足实际应用需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电流检测电路，包括主功率电路和第一电阻，其中，主功率电路包括MOS管、第一二极管、第一电感和输出电容；MOS管漏极作为主功率电路的输入端用于连接电压输入正端，第一电阻的一端用于连接电压输入负端，MOS管栅极作为主功率电路的控制端，MOS管源极通过第一电感接出作为电压输出正端，第一电阻的另一端连接参考地作为电压输出负端，第一二极管的阴极反接在MOS管源极和参考地之间，输出电容连接在电压输出正端和电压输出负端之间；电压输入端包括电压输入正端和电压输入负端用于接入输入电压，电压输出端包括电压输出正端和电压输出负端用于输出电压；第一电阻作为采样电阻用于获得MOS管导通时流过主功率电路的电流信息；

电路还包括输出电压调整电路、反相放大电路、比较电路、负向电流转换电路和驱动电路；输出电压调整电路输入端用于连接电压输出端采样输出电压在其输出端输出第一采样电压信号至反相放大电路输入端，反相放大电路输入端接收该第一采样电压信号进行反相放大后输出一负反馈电压信号至比较电路第一输入端；负向电流转换电路输入端用于连接电压输入负端采样获得主功率回路的电流信息在其输出端输出第二采样电压信号至比较电路第二输入端，比较电路第一输入端和第二输入端分别接收负反馈电压信号和第二采样电压信号将两者进行比较在比较器输出端输出一控制信号至驱动电路输入端，驱动电路输入端接收该控制信号在其输出端输出用于控制主功率电路中MOS管的开通与关断的信号。

优选地，还包括控制电源，控制电源用于为负向电流转换电路提供稳压电源，并为输出电压调整电路和反相放大电路提供参考电压。

优选地，输出电压调整电路由第一运放、第二电阻、第三电阻和第一电容组成；第二电阻一端作为输出电压调整电路输入端，第二电阻另一端通过第三电阻连接参考地，第二电阻和第三电阻的串联点连接第一运放电路的反相输入端，第一运放的同相输入端连接参考电压，第一运放的输入端作为输出电压调整电路输入端，第一电容的两端跨接第一运放的同相输入端和第一运放的输出端之间。

优选地，反相放大电路由第二运放、第四电阻和第五电阻组成，第四电阻一端作反相放大电路输入端，第四电阻另一端连接第二运放的反相输入端，第二运放的同相输入端连接参考电压，第二运放的输出端作为反相放大电路输出端，第五电阻的两端跨接在第二运放的反相输入端和第二运放的输出端之间。

优选地，负向电流转换电路由恒流源和第六电阻组成，第六电阻一端作为负向电流转换电路输入端，第六电阻另一端与恒流源的输出端连接，此连接点作为负向电流转换电路输出端，恒流源的输入端连接控制电源。

优选地，比较电路由第一比较器组成，第一比较器的同相输入端作为比较电路第一输入端，第一比较器的反相输入端作为比较电路第二输入端，第一比较器的输出端作为比较电路输出端。

本发明所提的方案，其工作原理在具体实施例中进行详细说明，综合本发明的工作原理，本发明克服了现有技术中电流采样的不足，其有益效果为：

(1)准确地采样主功率回路上的电流，并且不对输出电压造成影响；

(2)变换器可实现电压、电流双闭环控制功能；

(3)电流采样电路成本低。

附图说明

图1为现有技术采用高侧电流采样实施方式一的电路原理图；

图2为现有技术采用高侧电流采样实施方式二的电路原理图；

图3为现有技术采用低侧电流采样实施方式的电路原理图；

图4为本发明的电流检测电路原理结构框图；

图5为本发明的第一实施例电路原理图；

图6为本发明的第一实施例的仿真结果图。

具体实施方式

图4为本发明的电路原理结构框图，一种电流检测电路，包括主功率电路和第一电阻R1，其中，主功率电路包括MOS管Q1、二极管D1、电感L1和输出电容Co；MOS管Q1漏极作为主功率电路的输入端用于连接电压输入正端，电阻R1的一端用于连接电压输入负端，MOS管Q1栅极作为主功率电路的控制端，MOS管Q1源极通过L1电感接出作为电压输出正端，电阻R1的另一端连接参考地作为电压输出负端，二极管D1反接在MOS管源极和参考地之间，输出电容Co连接在电压输出正端和电压输出负端之间；电压输入端包括电压输入正端和电压输入负端用于接入输入电压Vin，电压输出端包括电压输出正端和电压输出负端用于输出电压Vo；电阻R1作为采样电阻用于获得MOS管Q1导通时主功率电路回路中的电流信息；

电路还包括输出电压调整电路、反相放大电路、比较电路、负向电流转换电路和驱动电路；输出电压调整电路输入端用于连接电压输出端采样输出电压Vo在其输出端输出第一采样电压信号V1至反相放大电路输入端，反相放大电路输入端接收该第一采样电压信号进行反相放大后输出一负反馈电压信号Vc至比较电路第一输入端；负向电流转换电路输入端用于连接电压输入负端采样获得主功率回路的电流信息在其输出端输出第二采样电压信号VIL至比较电路第二输入端，比较电路的第一输入端和第二输入端分别接收负反馈电压信号Vc和第二采样电压信号VIL将两者进行比较在比较器输出端输出一控制信号至驱动电路输入端，驱动电路输入端接收该控制信号在其输出端输出用于控制主功率电路中MOS管的开通与关断的信号。

本发明的发明构思为通过负向电流转换电路采集检测主功率回路中电流信息得到电流采样电压，通过输出电压调整电路采集主功率电路的输出电压经过利用运放构成的负反馈电路输出，再经过反相放大电路将负反馈电路的输出电压进行反相放大，再利用比较器将反相放大后的负反馈电压和负向电流转换电路输出的电流采样电压进行比较，比较器输出控制信号经驱动电路对主功率电路的主功率管进行控制。

以下结合附图及实施例，对本发明进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

图5为本发明电流检测电路第一实施例电路原理图，电路还包括有控制电源，控制电源用于提供为负向电流转换电路提供输入稳压电源Vcc，为输出电压调整电路和反相比较电路提供参考电压Vref；各电路模块的连接关系为：

输出电压调整电路，包括电阻R2、电阻R3、运放U1和电容C1；电阻R2的一端作为输出电压调整电路的输入端连接电压输出端用于接收输入电压Vo，电阻R2的另一端通过电阻R3连接参考地，电阻R2和电阻R3的串联点连接运放U1的反相输入端，运放U1的同相输入端连接参考电压Vref，电容C1的两端跨接在运放U1的反相输入端和运放U1输出端之间，运放U1的输出端作为输出电压调整电路的输出端；电阻R2和电阻R3作为采样电阻，用于采样输出电压Vo。

反相放大电路，包括电阻R4和电阻R5和运放U2；电阻R4的一端作为反相放大电路的输入端，电阻R4的另一端连接运放U2的反相输入端，运放U2的同相输入端连接参考电压Vref，电阻R5的两端跨接在运放U2的反相输入端和运放U2的输出端之间，运放U2的输出端作为反相放大电路的输出端；反相放大器的放大倍数为：-R5/R4；通过电阻R4和电阻R5参数选型可具备不同的放大倍数。

负向电流转换电路，包括恒流源I1和电阻R6；恒流源I1的输入端电连接稳压电源Vcc用于为恒流源I1供电，电阻R6的一端作为负向电流转换电路的输入端连接输入负极Vin-(即采样电阻R1的一端)，电阻R6的另一端与恒流源I1的输出端连接，此连接点作为负向电流转换电路的输出端。负向电流转换电路通过恒流源I1为电阻R6提供恒定电压，维持电阻R6两端的电压为定值，由电路连接关系：流经电阻R1的电流变化使得电阻R1两端节点电压变化，从而引起电阻R6两端的节点电压值产生差异，如此负向电流转换电路的输出的电压信号(电阻R6一侧的节点电压)即反应主功率回路中电流信息，实现主功率回路的电流检测。

比较电路，包括比较器U3，比较器U3的同相输入端作为比较电路的第一输入端，比较器U3的反相输入端作为比较电路的第二输入端，比较器U3的输出端作为比较电路的输出端。

驱动电路：通过采用驱动IC(如FAN7382)及其外围电路用以实现功率管的驱动；驱动电路的输入端接收比较电路输出的控制信号，根据该控制信号控制主功率电路中MOS管Q1开通与断开。

本实施例的电流检测电路的工作原理描述如下：

(1)当MOS管Q1开通时，主功率回路的能量(电流)传输路径为：电压输入正端Vin+→MOS管Q1漏极→MOS管Q1源极→电感L1→电容Co→电阻R1→电源输入负端Vin-，输入电压Vin经电感L1将能量传递到采样电阻R1上，采样电阻R1上有电流流过，其两端产生方向为左负右正的电压，因参考地位于电阻R1的右侧，故电阻R1左侧节点电压为负值，并随着流经电阻R1的电流越大，其电阻R1左侧节点电压的绝对值也越大；

(2)恒流源I1工作后提供一个恒定的电流，在电阻R6两端产生固定的压降，根据电路电路连接关系，因R1左侧节点电压为负值，且电阻R1左侧节点电压的绝对值不断增大，故使得电阻R6左侧节点电压值随之下降，由于恒流源I1能够确保电阻R6两端的电压为恒值且方向为左正右负，可保证电阻R6左侧节点电压值虽降低但能一直保持为正电压，如此利于电路检测与处理；电阻R6左侧节点电压反应了主功率电路回路电流的情况，即为功率回路的电流采样电压VIL，将该电流采样电压VIL反馈输入至比较器U3的反相输入端；

(3)输出电压Vo经采样电阻R2和电阻R3采样分压后输入运放U1的反相端与运放U1同相端连接的参考电压Vref比较，后经过积分电容C1积分后由运放U1输出控制电压V1。若输出电压Vo偏高，积分后可输出较低的控制电压，若直接将该控制电压V1直接输入比较器U3与电流采样电压VIL进行比较，根据比较器工作特性，比较器U3将体现出正反馈特性，无法实现电压调节功能，反之，即便输出电压Vo偏低也会有此现象；故需要将该控制电压V1经过反相放大处理；

(4)控制电压V1通过反相放大电路进行反相放大输出为电压Vc，电压Vc的变化趋势与输出电压Vo的变化趋势一致，即输出电压Vo偏高，则运放U2输出端的电压Vc也上升；同时，并将经反相放大后的电压Vc输入比较器U3的同相输入端；

(5)比较器U3比较两个输入端的电压信号大小，当比较器U3的同相端电压值(反映输出电压Vo的大小)大于等于其反相端电压值(反映主功率回路的电流采样电压VIL的大小)时，比较器输出保持为高电平；当比较器U3的同相端电压值小于其反相端的电压值时，比较器输出保持为低电平，驱动电路接收该低电平信号控制主功率电路中MOS管关断。以上即为通过电流采样检测实现了主功率电路的过流保护或电流闭环控制的功能。

图6为实施例的仿真结果图，如图所示，其中Vo为输出电压，VIL为主功率回路的电流采样电压(对应比较器U3反相端输入电压)，Vg为MOS管Q1驱动电压，Vc为反相放大电路的输出端电压(对应比较器U3同相端输入电压)，V1为运放U1输出端电压，IL为主功率回路中流经电感的电流。根据图中数据：当输入电压Vin为375V，输出电压Vo为36V/10W，工作频率为200KHz。根据仿真结果可知，其输出电压稳定，且各点电压、电流波形正确，有力证明了本实施例的电流检测方法可靠性。

以上仅是本发明优选的实施方式，本发明所属领域的技术人员还可以对上述具体实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体控制方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种电流检测电路，包括主功率电路和第一电阻，其中，主功率电路包括MOS管、第一二极管、第一电感和输出电容；MOS管漏极作为主功率电路的输入端用于连接电压输入正端，第一电阻一端用于连接电压输入负端，MOS管栅极作为主功率电路的控制端，MOS管源极通过第一电感接出作为电压输出正端，第一电阻另一端连接参考地作为电压输出负端，第一二极管反接在MOS管源极和参考地之间，输出电容连接在电压输出正端和电压输出负端之间；电压输入端包括电压输入正端和电压输入负端用于接入输入电压，电压输出端包括电压输出正端和电压输出负端用于输出电压；第一电阻作为采样电阻用于获得MOS管导通时主功率电路回路中的电流信息；

其特征在于：还包括输出电压调整电路、反相放大电路、比较电路、负向电流转换电路和驱动电路；输出电压调整电路输入端用于连接电压输出端采样输出电压在其输出端输出第一采样电压信号至反相放大电路输入端，反相放大电路输入端接收该第一采样电压信号进行反相放大后输出一负反馈电压信号至比较电路第一输入端；负向电流转换电路输入端用于连接电压输入负端采样获得主功率回路的电流信息在其输出端输出第二采样电压信号至比较电路第二输入端，比较电路第一输入端和第二输入端分别接收负反馈电压信号和第二采样电压信号将两者进行比较在比较器输出端输出一控制信号至驱动电路输入端，驱动电路输入端接收该控制信号在其输出端输出用于控制主功率电路中MOS管的开通与关断的信号。

2.根据权利要求1所述的电路检测电路，其特征在于：还包括控制电源，控制电源用于为负向电流转换电路提供稳压电源，并为输出电压调整电路和反相放大电路提供参考电压。

3.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于：输出电压调整电路由第一运放、第二电阻、第三电阻和第一电容组成；第二电阻一端作为输出电压调整电路输入端，第二电阻另一端通过第三电阻连接参考地，第二电阻和第三电阻的串联点连接第一运放电路的反相输入端，第一运放的同相输入端连接参考电压，第一运放的输入端作为输出电压调整电路输入端，第一电容的两端跨接第一运放的同相输入端和第一运放的输出端之间。

4.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于：反相放大电路由第二运放、第四电阻和第五电阻组成，第四电阻一端作反相放大电路输入端，第四电阻另一端连接第二运放的反相输入端，第二运放的同相输入端连接参考电压，第二运放的输出端作为反相放大电路输出端，第五电阻的两端跨接在第二运放的反相输入端和第二运放的输出端之间。

5.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于：负向电流转换电路由恒流源和第六电阻组成，第六电阻一端作为负向电流转换电路输入端，第六电阻另一端与恒流源的输出端连接，此连接点作为负向电流转换电路输出端，恒流源的输入端连接控制电源。

6.根据权利要求2所述的电流检测电路，其特征在于：比较电路由第一比较器组成，第一比较器的同相输入端作为比较电路第一输入端，第一比较器的反相输入端作为比较电路第二输入端，第一比较器的输出端作为比较电路输出端。