CN109560689A - 一种检测电路和方法以及开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电路和方法以及开关电源。所述检测电路应用于开关电源，所述检测电路接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。本发明解决了现有技术中检测的电感电流起点时刻不准确的问题，提高了电感电流起点时刻的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，涉及一种检测电路和方法以及开关电源。
背景技术
在一些应用场合，如计算输出电压/电流或输出过压保护，需要知道开关电路的占空比。占空比等于主功率管开通时间比整个开关周期即Ton/T，故需要检测主功率管开通时间Ton和整个开关周期T。当开关电路为峰值控制时，通过检测开关电路电感电流从起点到峰值的时间来确定主功率管开通时间Ton。由于主功率管逻辑开通和功率管的实际开通有时差，故将主功率管的逻辑开通作为电感电流起点是不准确的。
现有技术中，在主功率管的栅极电压大于相应阈值时，则认定该时刻为电感电流起点。设置的阈值一般要确保开关管已经实际导通，故所述阈值一般比较大，可能在主功率管的栅极电压小于阈值时，已经达到电感电流的起点，从而现有技术确定的电感电流起点时刻不准确，存在较大误差，进而造成占空比的计算不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种提高电感电流起点时刻的检测精度的检测电路和方法以及开关电源。用于解决现有技术存在的电感电流起点时刻的检测不准确，存在较大误差的技术问题。
本发明提供了一种检测电路，所述检测电路应用于开关电源，所述检测电路接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。
可选的，当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
可选的，所述检测电路包括变化率检测电路，所述变化率检测电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端连接所述主功率管的控制端，其另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接地，所述第一电容和第一电阻公共端的电压表征所述主功率管控制端电压的变化率，比较所述第一电容和第一电阻的公共端的电压和参考电压，当所述第一电容和第一电阻公共端的电压低于参考电压时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
可选的，将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
可选的，所述参考阈值根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节。
可选的，所述参考阈值利用模拟方法或模数转换的方法进行分级设置。
可选的，当所述主功率管控制端的电压大于高阈值时，不再继续检测所述主功率管控制端电压的变化率，所述高阈值大于所述参考阈值的最大值。
可选的，当所述主功率管控制端的电压大于低阈值时，才开始检测所述主功率管控制端电压的变化率，所述低阈值小于所述参考阈值的最小值。
本发明还提供一种检测方法，包括：接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。
可选的，当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
可选的，将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
可选的，所述参考阈值根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节。
可选的，所述参考阈值利用模拟方法或模数转换的方法进行分级设置。
本发明还提供了一种开关电源，包括以上任意一项所述的检测电路。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明利用开关电源主功率管控制端的电压，确定开关电源的电感电流起点，当所述主功率管控制端电压的变化率低于相应阈值时，获得电感电流起点信号。进一步提出利用主功率管控制端电压进行辅助判断，将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻，并对参考阈值进行分级设置，使得在各种情况下确定的电感电流的起点时刻更加准确。本发明解决了现有技术检测的电感电流起点不准确的问题，提高了电感电流起点时刻的检测精度。
附图说明
图1为开关电源主功率管开通过程中的电压波形图；
图2为本发明检测电路的实施例一示意图；
图3为本发明检测电路的实施例二示意图；
图4为开关电源主功率管开通过程中控制端电压和电压变化率波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，给出了开关电源主功率管开通过程中的波形图。图1的主功率管为N型管开关管，drain为主功率管漏极的电压，gate为主功率管栅极的电压，t1、t2、t3分别为主功率管开通过程中的时刻，可以看出从t2时刻开始，主功率管drain端的电压开始下降，此时开始有电流通过主开关管，故t2时刻为主功率管的实际开通时刻，即t2时刻为主功率管电感电流的起点。从图1中可以看出，t2时刻，主功率管gate端电压变化率变为零，故可以根据主功率管控制端(gate端)电压的变化率得到主功率管电感电流的起点时刻。
本发明的检测电路接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。这里的起点时刻是相对的概念，并不是完全和实际的起点时刻完全相同。所述的开关电源可以为隔离或非隔离的任意的开关电源，如buck，boost，flyback等。
当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。实际中相应阈值不选零，一般为接近零的常数，并根据实际电路进行设定。
图2和图3分别给出了本发明检测电路的实施例一和实施例二，实施例一和实施例二中的开关电源为Buck电路，但这里并不仅仅局限于应用在Buck电路，其他类型的开关电源也在本发明的保护范围内。
所述检测电路包括变化率检测电路，所述变化率检测电路包括第一电容C1和第一电阻R1，所述第一电容C1的一端连接所述主功率管M1的控制端，其另一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地，所述第一电容C1和第一电阻R1公共端的电压表征所述主功率管M1控制端电压的变化率，比较所述第一电容C1和第一电阻R1的公共端的电压和参考电压Vref，当所述第一电容C1和第一电阻R1公共端的电压低于参考电压Vref时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
需要注意的是，上述的第一电阻R1的另一端接地，其中的接地指的是检测电路的地，检测电路的地和系统的地可能相同，也可能不同。如实施例一中的Buck电路为lowside，即主功率管的一端接系统的地，此时检测电路的地和系统的地是一样的，而实施例二中的Buck电路为highside，即主管功率管的一端接电源电压的高电位端，此时检测电路的地和系统电路的地不同，检测电路的地一般取SW点或其附近。检测电路集成在芯片内时，检测电路的地即为芯片的地。
进一步利用主功率管控制端电压进行辅助判断，当检测不到主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值，则需要利用主功率管控制端电压确定电感电流的起点时刻，当重新可以检测到主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值，则重新利用主功率管控制端电压的变化率进行判断。
具体的，将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。所述参考阈值在设置时应该不小于所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压。
所述的参考阈值可以设定为固定值，也可以根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节，即所述的参考阈值有不止一个，根据当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压选择对应的参考阈值。
所述参考阈值利用模拟方法或模数转换的方法进行分级设置。
图4给出了开关管导通过程中控制端电压和电压变化率的波形图，其中V表示开关管控制端电压的波形，dv/dt表示开关管控制端电压变化率的波形，V2为第二阈值，V3为第三阈值，Vg为高阈值，Vd为低阈值。参考阈值分为两级，分别为V2和V3，V2和V3的选择，根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节。根据图4中开关管导通过程的各个阶段，利用主功率管M1的控制端电压进行辅助判断起点时刻，具体按照下面的步骤得到电感电流的起点时刻：
1)检测所述主功率管控制端的电压和所述主功率管控制端电压的变化率，根据所述主功率管控制端的电压达到第二阈值V2和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的先后顺序，确定电感电流的起点时刻；所述电压和电压变化率谁先达到各自的阈值，则将该时刻作为电感电流的起点时刻，将所述主功率管控制端的电压达到第二阈值V2的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
2)若在该时刻或之后检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值，则执行步骤1)；若在该时刻或之后未检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值，则执行步骤3)；
3)检测所述主功率管控制端的电压和所述主功率管控制端电压的变化率，根据所述主功率管控制端的电压达到第三阈值V3和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的先后顺序，确定电感电流的起点时刻，并执行步骤2)，所述第三阈值V3小于所述第二阈值V2。所述电压和电压变化率谁先达到各自的阈值，则将改时刻作为电感电流的起点时刻，即将所述主功率管控制端的电压达到第三阈值V3的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
上述过程是先进行的步骤1)，在其他的实施例中，也可以是先进行步骤3)，所述主功率管控制端的电压的阈值是不断在第三阈值和第二阈值按照上述条件切换，并不对其阈值的先后顺序进行限定。
上述的参考阈值分为两级，利用模拟的方法进行直接设置，但在需要将参考阈值分为多级的场合，模拟的方法不再使用，可以使用模数转换(ADC)的方法进行设置，将检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压转换为数字量，进而选择相应的参考阈值。
当所述主功率管控制端的电压大于高阈值Vg时，不再继续检测所述主功率管控制端电压的变化率，若所述主功率管控制端电压的变化率未下降到相应阈值，则在步骤2)中所述时刻或之后未检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值，所述高阈值Vg大于参考阈值的最大值。当参考阈值为固定值时，参考阈值的最大值即为参考阈值。
高阈值Vg的设置不仅限定了对于主功率管控制端电压变化率的检测截止条件，而且，排除了将图4中第二次检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值作为电感电流起点的可能性，使得起点的确定更加准确。
当所述主功率管控制端的电压达到低阈值Vd时，才开始检测所述主功率管控制端电压的变化率，所述低阈值Vd小于参考阈值的最小值。当参考阈值为固定值时，参考阈值的最小值即为参考阈值。
由于开关管控制端电压在开始上升后一小段时刻，其电压变化率变化较大，故设置低阈值Vd，可以排除在这端时间内检测到所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值作为电感电流起点的可能性，使得起点的确定更加准确。此外设置低阈值Vd，还可以排除将开关管控制端电压变化率上升过程中达到相应阈值的时刻作为电感电流起点的误判断。
上述开关电源的主功率管均为N型，对于本领域的普通技术人员，经过经过一些等同变换，即可以运用在P型管中，故主功率管为P型也在本发明的保护范围中。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种检测电路，所述检测电路应用于开关电源，其特征在于：所述检测电路接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
3.根据权利要求1或2所述的检测电路，其特征在于：所述检测电路包括变化率检测电路，所述变化率检测电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容的一端连接所述主功率管的控制端，其另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接地，所述第一电容和第一电阻公共端的电压表征所述主功率管控制端电压的变化率，比较所述第一电容和第一电阻的公共端的电压和参考电压，当所述第一电容和第一电阻公共端的电压低于参考电压时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
4.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于：所述参考阈值根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节。
6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于：所述参考阈值利用模拟方法或模数转换的方法进行分级设置。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的检测电路，其特征在于：当所述主功率管控制端的电压大于高阈值时，不再继续检测所述主功率管控制端电压的变化率，所述高阈值大于所述参考阈值的最大值。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的检测电路，其特征在于：当所述主功率管控制端的电压大于低阈值时，才开始检测所述主功率管控制端电压的变化率，所述低阈值小于所述参考阈值的最小值。
9.一种检测方法，其特征在于，包括：接收开关电源主功率管控制端的电压，根据所述主功率管控制端的电压，获得电感电流起点信号，所述电感电流起点信号表征开关电源电感电流的起点时刻。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：当所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述检测电路获得所述电感电流起点信号。
11.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：将所述主功率管控制端的电压达到参考阈值的时刻和所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值的时刻中较早的时刻，作为电感电流的起点时刻。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于：所述参考阈值根据上一次所述主功率管控制端电压的变化率下降到相应阈值时，所述主功率管控制端的电压进行调节。
13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于：所述参考阈值利用模拟方法或模数转换的方法进行分级设置。
14.一种开关电源，包括权利要求1-8任意一项所述的检测电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Room 901-23, 9 / F, west 4 building, Xigang development center, 298 Zhenhua Road, Sandun Town, Xihu District, Hangzhou City, Zhejiang Province, 310030 Applicant after: Jiehuate Microelectronics Co.,Ltd. Address before: Room 424, building 1, 1500 Wenyi West Road, Cangqian street, Yuhang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: JOULWATT TECHNOLOGY Inc.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant |