CN109975723A - 一种隔离式原边电压采样电路及其方法 - Google Patents

一种隔离式原边电压采样电路及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109975723A
CN109975723A CN201910360914.1A CN201910360914A CN109975723A CN 109975723 A CN109975723 A CN 109975723A CN 201910360914 A CN201910360914 A CN 201910360914A CN 109975723 A CN109975723 A CN 109975723A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
voltage
transformer
vin
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910360914.1A
Other languages
English (en)
Inventor
伍俊明
陈歌
滕之伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Tong New Energy Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Tong New Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Tong New Energy Co Ltd filed Critical Nanjing Tong New Energy Co Ltd
Priority to CN201910360914.1A priority Critical patent/CN109975723A/zh
Publication of CN109975723A publication Critical patent/CN109975723A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0084—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring voltage only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隔离式原边电压采样电路及其方法，属于电子技术领域，包括变压器T1、原边电路、副边主输出电路和电压采样电路，解决了原边无采样芯片，用副边控制芯片采样电路且不共地的技术问题，本发明通过采集变压器副边电压，计算出输入电压，减小设计难度，提高电源功率密度，降低成本。

Description

一种隔离式原边电压采样电路及其方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，特别涉及一种隔离式原边电压采样电路及其方法。
背景技术
随着开关电源技术发展迅速，开关电源的使用要求也越来越高。大多数隔离式开关电源将主控制芯片放在电源的副边，而控制电路需要对原边电压进行检测。目前检测原边输入电压的比较普遍做法是，在原边加入采样单片机再通过隔离单元把原边电压值传输给副边。但由于涉及到原边单片机供电、隔离单元等，不仅增加了成本而且增加了设计难度。
隔离电源系统为了实现日益复杂的控制及保护逻辑，都需要集成辅助电源系统以给副边的控制系统和驱动系统供电。而电源的原边电压采样一般采用原边防止传感器及单片机方法然后通过隔离的串口通讯传递给副边的单片机，这样就增加了电路成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离式原边电压采样电路及其方法，解决了原边无采样芯片，用副边控制芯片采样电路且不共地的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种隔离式原边电压采样电路，包括变压器T1、原边电路、副边主输出电路和电压采样电路；
变压器T1包括原边线圈Np、第一副边线圈Ns1和第二副边线圈Ns，原边线圈Np的两端为变压器T1的1脚和2脚，第一副边线圈Ns1的两端为变压器T1的3脚和4脚，第二副边线圈Ns两端为变压器T1的4脚和5脚；
原边电路包括场效应管Q1和电容C5，场效应管Q1的S极连接外部开关电源的地线AGND、D极连接变压器T1的2脚，变压器T1的1脚连接外部开关电源输出的正电压Vin，场效应管Q1的G极连接外部开关电源控制信号DRV，电容C1的一端连接地线AGND、另一端连接正电压Vin；
副边主输出电路包括二极管D2和电容C4，二极管D2的正极连接变压器T1的3脚、负极输出电源V1，变压器T1的4脚输出地线EGND，电容C4的一端连接地线EGND、另一端连接电源V1；
电压采样电路包括采样输出端Vin_adc、电阻R1、电容C1、二极管D1、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3，变压器T1的5脚通过电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极通过电阻R3连接采样输出端Vin_adc，二极管D1的正极还通过电容C1连接地线EGND，二极管D1的负极通过并联连接的电容C2和电容R2连接地线EGND，采样输出端Vin_adc还通过并联连接的电阻R4和电容C3连接地线。
优选的，所述外部开关电源为隔离式反激开关电源，所述外部开关电源控制信号DRV由隔离式反激开关电源提供。
一种隔离式原边电压采样方法，包括如下步骤：
步骤1：建立一种隔离式原边电压采样电路，将采样输出端Vin_adc连接在外部控制器的AD输入端；
步骤2：设定所述电容C1的容值为C1、电容C2容值为C2、电阻R1的阻值为R1、电阻R2的阻值为R2、电阻R3的阻值为R3和电阻R4的阻值为R4，那么C1、C2、R1、R2、R3和R4之间的关系如以下公式：C1<C2，R1<[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]，τ1＝R1×C1，τc＝R1×C2，τd＝[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]×C2；τ1为RC时间常数，τd为放电时间常数，τc为充电时间常数τc，τc<τd；
步骤3：设定变压器T1的5脚上的电压为Vos，在场效应管Q1导通的期间，变压器T1的原边Np的匝数、正电压Vin、第二副边线圈Ns的匝数和电压Vos之间的关系如以下公式：
Vin/Vos＝Np/Ns；
步骤4：电压Vos经过R1，C1滤波电路后，通过二极管D1给电容C2充电，二极管D1的压降为0.7V，设定电容C2两端电压为Vc2，则：Vc2＝(Vos-0.7)×[1-exp(-t/τc)]；
步骤5：在场效应管Q1关断期间，由于有二级管D1隔离，并且τc<τd，则关断期间电容C2两端电压Vos不变；
在经过时间t后C2充满电，t＝n×T；n≧5τc÷Ton，T为场效应管Q1的开关周期，Ton为Q1开通时间；由于放电时间常数τd大于充电时间常数τc，此后电容C2维持最大电压Vc2max不变：Vc2max＝Vos-0.7；
步骤6：采样输出端Vin_adc的值通过以下公式计算：
Vin_adc＝[R4÷(R3+R4)]×Vc2max＝[R4÷(R3+R4)]×(Vin×Ns÷Np-0.7)；
步骤7：外部控制器通过步骤2到步骤6中提供的公式和方法，并根据采样输出端Vin_adc计算出正电压Vin和电源V1的值。
优选的，所述外部控制器为ARM9控制器。
本发明所述的一种隔离式原边电压采样电路及其方法，解决了采用二极管进行隔离采样变压器副边电压的技术问题，本发明通过采集变压器副边电压，计算出输入电压，减小设计难度，降低成本，本发明在集成的辅助电源系统中在不增加额外一些成本及电路逻辑的情况下通过比较巧妙的电感原理及峰值保持原理实现了精确的原边电压采样功能，省掉了行业常见的原边的采样计算电路及中间的一些隔离芯片。精简了系统元器件种类，节省成本及空间。同时也不损失辅助电源的稳定性和易维护性。
附图说明
图1是本发明的电压采样电路的电路图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种隔离式原边电压采样电路，包括变压器T1、原边电路、副边主输出电路和电压采样电路；
变压器T1包括原边线圈Np、第一副边线圈Ns1和第二副边线圈Ns，原边线圈Np的两端为变压器T1的1脚和2脚，第一副边线圈Ns1的两端为变压器T1的3脚和4脚，第二副边线圈Ns两端为变压器T1的4脚和5脚；
原边电路包括场效应管Q1和电容C5，场效应管Q1的S极连接外部开关电源的地线AGND、D极连接变压器T1的2脚，变压器T1的1脚连接外部开关电源输出的正电压Vin，场效应管Q1的G极连接外部开关电源控制信号DRV，电容C1的一端连接地线AGND、另一端连接正电压Vin；
副边主输出电路包括二极管D2和电容C4，二极管D2的正极连接变压器T1的3脚、负极输出电源V1，变压器T1的4脚输出地线EGND，电容C4的一端连接地线EGND、另一端连接电源V1；
电压采样电路包括采样输出端Vin_adc、电阻R1、电容C1、二极管D1、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3，变压器T1的5脚通过电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极通过电阻R3连接采样输出端Vin_adc，二极管D1的正极还通过电容C1连接地线EGND，二极管D1的负极通过并联连接的电容C2和电容R2连接地线EGND，采样输出端Vin_adc还通过并联连接的电阻R4和电容C3连接地线。
优选的，所述外部开关电源为隔离式反激开关电源，所述外部开关电源控制信号DRV由隔离式反激开关电源提供。
实施例2：
实施例2所述的一种隔离式原边电压采样方法是通过实施例1所示的一种隔离式原边电压采样电路实现的，包括如下步骤：
步骤1：建立一种隔离式原边电压采样电路，将采样输出端Vin_adc连接在外部控制器的AD输入端；
步骤2：设定所述电容C1的容值为C1、电容C2容值为C2、电阻R1的阻值为R1、电阻R2的阻值为R2、电阻R3的阻值为R3和电阻R4的阻值为R4，那么C1、C2、R1、R2、R3和R4之间的关系如以下公式：C1<C2，R1<[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]，τ1＝R1×C1，τc＝R1×C2，τd＝[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]×C2；τ1为RC时间常数，τd为放电时间常数，τc为充电时间常数τc，τc<τd；
步骤3：设定变压器T1的5脚上的电压为Vos，在场效应管Q1导通的期间，变压器T1的原边Np的匝数、正电压Vin、第二副边线圈Ns的匝数和电压Vos之间的关系如以下公式：
Vin/Vos＝Np/Ns；
步骤4：电压Vos经过R1，C1滤波电路后，通过二极管D1给电容C2充电，二极管D1的压降为0.7V，设定电容C2两端电压为Vc2，则：Vc2＝(Vos-0.7)×[1-exp(-t/τc)]；
步骤5：在场效应管Q1关断期间，由于有二级管D1隔离，并且τc<τd，则关断期间电容C2两端电压Vos不变；
在经过时间t后C2充满电，t＝n×T；n≧5τc÷Ton，T为场效应管Q1的开关周期，Ton为Q1开通时间；由于放电时间常数τd大于充电时间常数τc，此后电容C2维持最大电压Vc2max不变：Vc2max＝Vos-0.7；
步骤6：采样输出端Vin_adc的值通过以下公式计算：
Vin_adc＝[R4÷(R3+R4)]×Vc2max＝[R4÷(R3+R4)]×(Vin×Ns÷Np-0.7)；
由于R3、R4、Ns、Np为常数，因此Vin_adc与输入电压Vin成线性关系。当输入电压发生变化时，如输入电压上升，C2继续充电，一段时间后保持新的峰值不变。当输入电压下降时，C2放电，经过时间t1后(t1>＝5τd)，C2两端电压降到新的峰值并保持不变。
步骤7：外部控制器通过步骤2到步骤6中提供的公式和方法，并根据采样输出端Vin_adc计算出正电压Vin和电源V1的值。
优选的，所述外部控制器为ARM9控制器。
本发明所述的一种隔离式原边电压采样电路及其方法，解决了采用二极管进行隔离采样变压器副边电压的技术问题，本发明通过采集变压器副边电压，计算出输入电压，减小设计难度，降低成本，本发明在集成的辅助电源系统中在不增加额外一些成本及电路逻辑的情况下通过比较巧妙的电感原理及峰值保持原理实现了精确的原边电压采样功能，省掉了行业常见的原边的采样计算电路及中间的一些隔离芯片。精简了系统元器件种类，节省成本及空间。同时也不损失辅助电源的稳定性和易维护性。

Claims (4)

1.一种隔离式原边电压采样电路，其特征在于：包括变压器T1、原边电路、副边主输出电路和电压采样电路；
变压器T1包括原边线圈Np、第一副边线圈Ns1和第二副边线圈Ns，原边线圈Np的两端为变压器T1的1脚和2脚，第一副边线圈Ns1的两端为变压器T1的3脚和4脚，第二副边线圈Ns两端为变压器T1的4脚和5脚；
原边电路包括场效应管Q1和电容C5，场效应管Q1的S极连接外部开关电源的地线AGND、D极连接变压器T1的2脚，变压器T1的1脚连接外部开关电源输出的正电压Vin，场效应管Q1的G极连接外部开关电源控制信号DRV，电容C1的一端连接地线AGND、另一端连接正电压Vin；
副边主输出电路包括二极管D2和电容C4，二极管D2的正极连接变压器T1的3脚、负极输出电源V1，变压器T1的4脚输出地线EGND，电容C4的一端连接地线EGND、另一端连接电源V1；
电压采样电路包括采样输出端Vin_adc、电阻R1、电容C1、二极管D1、电容C2、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C3，变压器T1的5脚通过电阻R1连接二极管D1的正极，二极管D1的负极通过电阻R3连接采样输出端Vin_adc，二极管D1的正极还通过电容C1连接地线EGND，二极管D1的负极通过并联连接的电容C2和电容R2连接地线EGND，采样输出端Vin_adc还通过并联连接的电阻R4和电容C3连接地线。
2.如权利要求1所述的一种隔离式原边电压采样电路，其特征在于：所述外部开关电源为隔离式反激开关电源，所述外部开关电源控制信号DRV由隔离式反激开关电源提供。
3.一种隔离式原边电压采样方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立一种隔离式原边电压采样电路，将采样输出端Vin_adc连接在外部控制器的AD输入端；
步骤2：设定所述电容C1的容值为C1、电容C2容值为C2、电阻R1的阻值为R1、电阻R2的阻值为R2、电阻R3的阻值为R3和电阻R4的阻值为R4，那么C1、C2、R1、R2、R3和R4之间的关系如以下公式：C1<C2，R1<[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]，τ1＝R1×C1，τc＝R1×C2，τd＝[(R3+R4)×R2)÷(R3+R4+R2)]×C2；τ1为RC时间常数，τd为放电时间常数，τc为充电时间常数τc，τc<τd；
步骤3：设定变压器T1的5脚上的电压为Vos，在场效应管Q1导通的期间，变压器T1的原边Np的匝数、正电压Vin、第二副边线圈Ns的匝数和电压Vos之间的关系如以下公式：
Vin/Vos＝Np/Ns；
步骤4：电压Vos经过R1，C1滤波电路后，通过二极管D1给电容C2充电，二极管D1的压降为0.7V，设定电容C2两端电压为Vc2，则：Vc2＝(Vos-0.7)×[1-exp(-t/τc)]；
步骤5：在场效应管Q1关断期间，由于有二级管D1隔离，并且τc<τd，则关断期间电容C2两端电压Vos不变；
在经过时间t后C2充满电，t＝n×T；n≧5τc÷Ton，T为场效应管Q1的开关周期，Ton为Q1开通时间；由于放电时间常数τd大于充电时间常数τc，此后电容C2维持最大电压Vc2max不变：Vc2max＝Vos-0.7；
步骤6：采样输出端Vin_adc的值通过以下公式计算：
Vin_adc＝[R4÷(R3+R4)]×Vc2max＝[R4÷(R3+R4)]×(Vin×Ns÷Np-0.7)；
步骤7：外部控制器通过步骤2到步骤6中提供的公式和方法，并根据采样输出端Vin_adc计算出正电压Vin和电源V1的值。
4.如权利要求3所述的一种隔离式原边电压采样方法，其特征在于：所述外部控制器为ARM9控制器。
CN201910360914.1A 2019-04-30 2019-04-30 一种隔离式原边电压采样电路及其方法 Pending CN109975723A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910360914.1A CN109975723A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种隔离式原边电压采样电路及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910360914.1A CN109975723A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种隔离式原边电压采样电路及其方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109975723A true CN109975723A (zh) 2019-07-05

Family

ID=67087388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910360914.1A Pending CN109975723A (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种隔离式原边电压采样电路及其方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109975723A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07244090A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Fuji Electric Co Ltd 電圧検出回路
CN102340911A (zh) * 2010-12-30 2012-02-01 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种led驱动器的控制电路及其控制方法
CN104065249A (zh) * 2013-07-05 2014-09-24 伊博电源（杭州）有限公司 一种适用于副边控制dc/dc变换器的输入电压实时采样电路及方法
CN104201892A (zh) * 2014-09-05 2014-12-10 武汉永力睿源科技有限公司 一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法及电路
CN104993704A (zh) * 2015-07-17 2015-10-21 东南大学 一种基于反激式原边反馈的数字恒流控制器
CN105486910A (zh) * 2016-01-20 2016-04-13 连云港杰瑞电子有限公司 一种直流高压隔离检测方法
CN106160553A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 苏州迈力电器有限公司 一种具有脉宽调制电流采样隔离功能的纯正弦波逆变器
CN106211442A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 华中科技大学 一种led驱动器的自适应原边峰值电流补偿方法
CN107332444A (zh) * 2017-09-01 2017-11-07 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种llc变换器及其控制电路
CN207703935U (zh) * 2017-12-21 2018-08-07 北京遥测技术研究所 一种多通道互隔离宽范围电压采集装置
WO2019001217A1 (zh) * 2017-06-30 2019-01-03 广州金升阳科技有限公司 一种有源钳位反激式开关电源电路
CN109274273A (zh) * 2018-10-24 2019-01-25 苏州汇川联合动力系统有限公司 多路输出反激变换器、电机驱动器及新能源汽车
CN209961890U (zh) * 2019-04-30 2020-01-17 南京桐润新能源有限公司 一种隔离式原边电压采样电路

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07244090A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Fuji Electric Co Ltd 電圧検出回路
CN102340911A (zh) * 2010-12-30 2012-02-01 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种led驱动器的控制电路及其控制方法
CN104065249A (zh) * 2013-07-05 2014-09-24 伊博电源（杭州）有限公司 一种适用于副边控制dc/dc变换器的输入电压实时采样电路及方法
CN104201892A (zh) * 2014-09-05 2014-12-10 武汉永力睿源科技有限公司 一种隔离反激式高频开关电源的输入电压检测方法及电路
CN104993704A (zh) * 2015-07-17 2015-10-21 东南大学 一种基于反激式原边反馈的数字恒流控制器
CN105486910A (zh) * 2016-01-20 2016-04-13 连云港杰瑞电子有限公司 一种直流高压隔离检测方法
CN106160553A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 苏州迈力电器有限公司 一种具有脉宽调制电流采样隔离功能的纯正弦波逆变器
CN106211442A (zh) * 2016-07-19 2016-12-07 华中科技大学 一种led驱动器的自适应原边峰值电流补偿方法
WO2019001217A1 (zh) * 2017-06-30 2019-01-03 广州金升阳科技有限公司 一种有源钳位反激式开关电源电路
CN107332444A (zh) * 2017-09-01 2017-11-07 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种llc变换器及其控制电路
CN207703935U (zh) * 2017-12-21 2018-08-07 北京遥测技术研究所 一种多通道互隔离宽范围电压采集装置
CN109274273A (zh) * 2018-10-24 2019-01-25 苏州汇川联合动力系统有限公司 多路输出反激变换器、电机驱动器及新能源汽车
CN209961890U (zh) * 2019-04-30 2020-01-17 南京桐润新能源有限公司 一种隔离式原边电压采样电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101882879B (zh) 恒流源转恒压源电路及使用该电路的灯具
CN101771266B (zh) 一种应用于大功率电机的过流保护电路及车载灯具
CN104269893B (zh) 充电控制方法以及充电系统
CN102421218B (zh) 一种大功率led高效驱动电源
CN103063905A (zh) 一种单体电池电压隔离检测系统
CN209419502U (zh) 供电电路、控制电路以及开关电源
CN205123588U (zh) 隔离反激式高频开关电源及其输入电压检测电路
CN106953533A (zh) 反激式电源电路和用电设备
CN101582632A (zh) 开关电源及使用该开关电源的用电设备
CN206835006U (zh) 反激式电源电路和用电设备
CN105356564A (zh) 无线能量接收系统
CN102781147B (zh) 具有高功率因数的led供电电路
CN210181786U (zh) 一种北斗电力计量通信天线的开关控制电路
CN109975723A (zh) 一种隔离式原边电压采样电路及其方法
CN209961890U (zh) 一种隔离式原边电压采样电路
CN203595790U (zh) 无源开关隔离检测装置
CN208424211U (zh) 一种用于m-bus供电的微功率隔离电源
CN201717606U (zh) 预付费电表用电源欠电压过电压远程控制的漏电断路器
CN104253529A (zh) 电源管理芯片的启动电路及电源管理芯片
CN106887904A (zh) 一种具有过压保护的无线电能传输装置
CN207053403U (zh) 盖革米勒探测器用的低功耗高压电源模块
CN214154313U (zh) 一种隔离电压采样装置
CN202841608U (zh) 具有高功率因数的led供电电路
CN106602861B (zh) 提高功率因素校正转换效率的控制电路
CN112366923A (zh) 一种隔离电压采样装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination