CN109188065A - 隔离反激式开关电源及其输入电压检测电路、检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电压检测领域，具体涉及一种隔离反激式开关电源及其输入电压检测电路、检测方法，旨在针对输入和输出被隔离的电源实现低功耗、低成本的输入电压检测。本发明的输入电压检测电路包括：供电电源、分压电路、储能电路和防倒流电路。其中，分压电路包括分压输出端；供电电源通过分压电路与储能电路的负极连接，储能电路的正极接地；防倒流电路的负极与隔离反激式开关电源的输出整流二极管的阳极连接，防倒流电路的正极连接于分压电路与储能电路之间。根据从分压输出端获取的采样电压与开关电源输入电压之间的运算关系就可以求得输入电压的值。本发明在隔离的前提下实现了对电网电压的实时监测，避免了由于过压或欠压导致的设备损坏。

Description

隔离反激式开关电源及其输入电压检测电路、检测方法

技术领域

本发明涉及电压检测领域，具体涉及一种隔离反激式开关电源及其输入电压检测电路、检测方法。

背景技术

电网电压的波动可能会超出某些设备的工作电压范围，此时如果控制设备动作，则可能导致设备损坏。这就需要适时检测电网电压，避免由于过压或欠压导致的设备损坏或工作异常。

现有技术中通常采用两种解决办法：(1)对于非隔离电源方案，一般采用电阻分压的方式进行检测；(2)对于隔离电源方案，则需要互感器或光耦等隔离器件进行测定。

上述第(1)种方法的缺点是不能用于检测输入和输出被隔离的电源，第(2)种方法的缺点是需要额外的隔离器件，成本较高，而且功耗较大。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种隔离反激式开关电源及其输入电压检测电路、检测方法，实现了在低功耗、低成本的情况下对电网电压进行实时检测。

本发明的一方面，提出一种用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，所述输入电压检测电路包括供电电源、分压电路、储能电路和防倒流电路；所述分压电路包括分压输出端；

所述供电电源通过所述分压电路与所述储能电路的负极连接，所述储能电路的正极接地；

所述防倒流电路的负极与所述隔离反激式开关电源的输出整流二极管的阳极连接，所述防倒流电路的正极连接于所述分压电路与所述储能电路之间。

优选地，所述储能电路包括：储能电容。

优选地，所述分压电路包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述供电电源连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端与所述储能电容的一端连接，所述储能电容的另一端接地；所述分压输出端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间。

优选地，所述防倒流电路包括：二极管；

所述二极管的阴极与所述隔离反激式开关电源的输出整流二极管的阳极连接，所述二极管的阳极连接于所述第二电阻与所述储能电容之间。

优选地，所述供电电源是与所述隔离反激式开关电源的输出端共地的电源。

优选地，所述输入电压检测电路还包括：限流电路；

所述限流电路连接于所述防倒流电路的正极与所述分压电路之间。

优选地，所述输入电压检测电路还包括：滤波电路；

所述滤波电路连接于所述分压输出端与地之间。

本发明的第二方面，还提出一种隔离反激式开关电源，包括上面所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路。

本发明的第三方面，还提出一种隔离反激式开关电源的输入电压检测方法，包括以下步骤：

获取所述输入电压检测电路中所述分压输出端的电压，得到采样电压；

获取所述采样电压与所述隔离反激式开关电源的输入电压之间的运算关系；

根据所述运算关系和所述采样电压计算得到所述隔离反激式开关电源的输入电压。

优选地，“根据所述运算关系和所述采样电压计算得到所述隔离反激式开关电源的输入电压”的步骤包括：

根据下式计算所述隔离反激式开关电源的输入电压：

其中，V_grid为所述隔离反激式开关电源的交流输入电压有效值；V_output为所述采样电压；V_dd为所述供电电源的电压；R1和R2分别为所述第一电阻和所述第二电阻的阻值；n为所述隔离反激式开关电源中隔离变压器的初级线圈以及与所述输入电压检测电路中防倒流电路负极连接的次级线圈的匝数之比。

与最接近的现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路比起现有技术中采用分压的方案检测输入电压，实现了隔离功能；比起现有技术中采用隔离器件的方案，又具有较低的硬件成本和功耗。因此，本发明的隔离反激式开关电源输入电压检测电路，在低功耗、低成本且隔离的情况下实现了对电网电压的实时监测，避免了由于过压或欠压导致的设备损坏。

附图说明

图1是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例一的构成示意图；

图2是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例二的构成示意图；

图3是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例三的构成示意图；

图4是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例四的构成示意图；

图5是本发明的隔离反激式开关电源的输入电压检测方法实施例的主要步骤示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置、元件或参数的相对重要性，因此不能理解为对本发明的限制。

图1是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例一的构成示意图。如图1所示，本实施例的输入电压检测电路包括供电电源V_dd、分压电路10、储能电路20和防倒流电路30。

其中，分压电路10的一端与供电电源V_dd连接，一端与储能电路20的负极连接，另一端为分压输出端，也是该检测电路的输出端，将会连接到A/D采样端口(图中未画出)以便测量该检测电路输出电压V_output的值；储能电路20的正极接地；防倒流电路30的负极作为该检测电路的输入端，其电压用V_input表示，防倒流电路30的正极连接于分压电路10与储能电路20之间；该检测电路的输入端与隔离反激式开关电源的输出整流二极管D₂的阳极连接。

另外，图1中还画出了隔离反激式开关电源的简要原理图，其中包括整流器、滤波电容C₃、反激式隔离变压器T₁、开关管Q₁、输出整流二极管D₂和输出端滤波电容C₄。本实施例中需要检测的输入电压就是该开关电源输入侧的电网电压V_grid。

图2是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例二的构成示意图。与图1对照可以看出，图2的实施例中用储能电容C₁构成了储能电路，用第一电阻R₁和第二电阻R₂构成分压电路，用二极管D₁构成了防倒流电路。

其中，第一电阻R₁的一端与供电电源V_dd连接，第一电阻R₁的另一端与第二电阻R₂的一端连接；第二电阻R₂的另一端与储能电容C₁的一端连接，储能电容C₁的另一端接地，储能电容可以使用无极性电容或有极性电容(使用有极性电容时负极连接第二电阻R₂，正极接地)；分压输出端连接于第一电阻R₁和第二电阻R₂之间；二极管D₁的阴极与隔离反激式开关电源的输出整流二极管D₂的阳极连接，二极管D₁的阳极连接于第二电阻R₂与储能电容C₁之间。

R₁和R₂两个分压电阻一般选取较大的阻值，避免在开关管Q₁的一个开关周期内过快地消耗掉储能电容C₁的电能，否则该检测电路的输出电压会出现比较大的波动。本实施例中，V_dd为5V，R₁为47K，R₂为1M，电阻的精度为1％。

供电电源V_dd是与隔离反激式开关电源的输出V_cc共地的任意直流电源，一般来说可以选择与隔离反激式开关电源的输出端直接连接(这时V_dd＝V_cc)，还可以选择将开关电源的输出电压V_cc经过降压以后得到(这时V_dd<V_cc)。

由图2可知，当连接于隔离变压器T₁初级侧的开关管Q₁导通时，输出整流二极管D₂截止，二极管D₁导通，储能电容C₁充电至感应电压V_c1，电压V_dd与电压V_c1的压差经过第一电阻R₁和第二电阻R₂分压后得到的检测电路输出电压V_output输出至A/D采样端口进行测量，因此本实施例中V_output也叫“采样电压”。当开关管Q₁关断时，二极管D₁截止，依靠储能电容C₁中储存的电能来维持输出采样电压V_output。

电网电压V_grid与隔离变压器T₁初级侧的电压V_bus之间具有公式(1)所示的关系：

开关管Q₁导通时初级线圈电压V_bus与次级线圈电压V_input之间满足公式(2)所示的关系：

V_bus/V_input＝-n (2)

其中，n为隔离变压器T₁的初级线圈以及与输入电压检测电路中防倒流电路负极连接的次级线圈之间的匝数之比。

因为二极管D₁上的压降很小，所以电压V_c1与V_input近似相等，根据公式(2)可得V_c1与初级线圈电压V_bus之间的换算关系如公式(3)所示：

V_c1≈-V_bus/n (3)

由分压电路的结构可知，采样电压V_output如公式(4)所示：

其中，V_dd为供电电源的电压，电压稳定且在设计时已确定；R1和R2分别为第一电阻和第二电阻的阻值；n为隔离反激式开关电源中隔离变压器T₁的初级线圈以及与防倒流电路负极连接的次级线圈的匝数之比。

根据公式(1)、(3)、(4)可以看出，可以由采样电压V_output推算出隔离反激式开关电源的交流输入电压有效值即电网电压有效值V_grid，如公式(5)所示：

图3是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例三的构成示意图。与图2相比，本实施例的输入电压检测电路还包括：由限流电阻R₃构成的限流电路，该限流电阻R₃连接于二极管D₁的阳极与第二电阻R₂之间，R₃选取较小的阻值，二极管D₁导通时，储能电容C₁可以快速充满。

图4是本发明的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路实施例四的构成示意图。与图3相比，本实施例的输入电压检测电路还包括：由滤波电容C₂构成的滤波电路，该滤波电容C₂连接于分压输出端与地之间。

本发明还提出一种隔离反激式开关电源的实施例，可以包括上面所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路。

进一步地，基于上面所述的隔离反激式开关电源的实施例，本发明还提出一种输入电压检测方法。图5是本发明一种隔离反激式开关电源的输入电压检测方法实施例的主要步骤示意图。如图5所示，本实施例包括以下步骤：

步骤S10，获取输入电压检测电路中分压输出端的电压，得到采样电压V_output；

步骤S20，获取采样电压V_output与隔离反激式开关电源的输入电压V_grid之间的运算关系，如公式(5)所示；

步骤S30，根据运算关系和采样电压V_output，计算得到隔离反激式开关电源的交流输入电压有效值V_grid。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述输入电压检测电路包括供电电源、分压电路、储能电路和防倒流电路；所述分压电路包括分压输出端；

所述供电电源通过所述分压电路与所述储能电路的负极连接，所述储能电路的正极接地；

所述防倒流电路的负极与所述隔离反激式开关电源的输出整流二极管的阳极连接，所述防倒流电路的正极连接于所述分压电路与所述储能电路之间。

2.根据权利要求1所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述储能电路包括：储能电容。

3.根据权利要求2所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述分压电路包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述供电电源连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端与所述储能电容的一端连接，所述储能电容的另一端接地；所述分压输出端连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间。

4.根据权利要求3所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述防倒流电路包括：二极管；

所述二极管的阴极与所述隔离反激式开关电源的输出整流二极管的阳极连接，所述二极管的阳极连接于所述第二电阻与所述储能电容之间。

5.根据权利要求4所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述供电电源是与所述隔离反激式开关电源的输出端共地的电源。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述输入电压检测电路还包括：限流电路；

所述限流电路连接于所述防倒流电路的正极与所述分压电路之间。

7.根据权利要求6所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路，其特征在于，所述输入电压检测电路还包括：滤波电路；

所述滤波电路连接于所述分压输出端与地之间。

8.一种隔离反激式开关电源，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的用于隔离反激式开关电源的输入电压检测电路。

9.一种权利要求8所述的隔离反激式开关电源的输入电压检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述输入电压检测电路中所述分压输出端的电压，得到采样电压；

获取所述采样电压与所述隔离反激式开关电源的输入电压之间的运算关系；

根据所述运算关系和所述采样电压计算得到所述隔离反激式开关电源的输入电压。

10.根据权利要求9所述的隔离反激式开关电源的输入电压检测方法，其特征在于，“根据所述运算关系和所述采样电压计算得到所述隔离反激式开关电源的输入电压”的步骤包括：

根据下式计算所述隔离反激式开关电源的输入电压：

其中，V_grid为所述隔离反激式开关电源的交流输入电压有效值；V_output为所述采样电压；V_dd为所述供电电源的电压；R1和R2分别为所述第一电阻和所述第二电阻的阻值；n为所述隔离反激式开关电源中隔离变压器的初级线圈以及与所述输入电压检测电路中防倒流电路负极连接的次级线圈的匝数之比。