CN110417258A - 一种流限可控的开关电源 - Google Patents

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CN110417258A CN201910606340.1A CN201910606340A CN110417258A CN 110417258 A CN110417258 A CN 110417258A CN 201910606340 A CN201910606340 A CN 201910606340A CN 110417258 A CN110417258 A CN 110417258A
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张亮
王聪
张永光
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Abstract

本申请涉及一种流限可控的开关电源，通过供能电路的输出端与检流电路的输入端连接，检流电路用于检测供能电路的输出电流；检流电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接，逻辑控制电路与MOS管的栅极连接，逻辑控制电路用于接收检流电路的输出信号，根据检流电路的输出信号控制MOS管的开启或关断；MOS管的源极接地；MOS管的漏极与供能电路的输出端连接，电路设计简洁，无需采用镜像MOS管代替检测电阻，达到精准检测电感电流的目的，通过检流电路直接检测电感电流的方式代替传统电阻检测法，能够降低系统功率损耗高，所以能够适用检测范围更宽，并且通过逻辑控制器控制MOS管开启或关断，实现开关电源恒流恒压的效果，使开关电源工作状态更加稳定。

Description

一种流限可控的开关电源
技术领域
本申请涉及电感电流检测技术领域，尤其涉及一种流限可控的开关电源。
背景技术
目前，电流检测技术在现今的生活与工作中都有广泛的应用，许多的系统中都需要检测流入和流出的电流大小，检测电流大小能够避免器件出错。例如，开关电源中使用电流控制模式，具备高可靠性、且环路补偿设计简单、负载分配功能简单可靠的特点，因此电流控制模式被广泛用于开关模式电源，其中，恒流恒压特性是电流控制模式开关电源的重要特性之一，所以开关电源中电流检测结果的精确与否直接关乎到恒流恒压特性的优劣，因此开关电源的电流检测技术是重点研究对象之一。
电感电流检测是电流模式开关模式电源设计的重要组成部分，然而现有技术中开关电源中电感电流检测技术不仅电路设计结构复杂，系统功率损耗高，电流检测范围窄，而且电流检测结果精度低。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种流限可控的开关电源，以解决现有技术中应用于开关电源中的电感电流检测电路结构复杂，系统功率损耗高，电流检测范围窄，以及电流检测结果精度低的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种流限可控的开关电源，包括：供能电路、检流电路、逻辑控制电路和MOS管；
所述供能电路的输出端与所述检流电路的输入端连接，所述检流电路用于检测所述供能电路的输出电流；
所述检流电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路与所述MOS管的栅极连接，所述逻辑控制电路用于接收所述检流电路的输出信号，根据所述检流电路的输出信号控制所述MOS管的开启或关断；
所述MOS管的源极接地；所述MOS管的漏极与所述供能电路的输出端连接。
可选地，所述检流电路包括：第一比例电阻、第二比例电阻、耐压开关单元和电压比较器，所述第二比例电阻接地；
所述耐压开关单元的输入端与所述供能电路的输出端连接，输出端与所述第一比例电阻的第一连接端连接；
所述第二比例电阻的第一连接端与所述第一比例电阻的第二连接端连接，所述第二比例电阻的第二连接端接地，所述第二比例电阻与所述第一比例电阻的连接节点与所述电压比较器的负输入端连接，所述电压比较器的正输入端与预设电压源连接。
可选地，所述耐压开关单元包括：耐压开关管和驱动电路；
所述驱动电路与所述耐压开关管的栅极连接，用于驱动所述耐压开关管，所述耐压开关管的漏极与所述供能电路的输出端连接，所述耐压开关管的源极与所述第一比例电阻串联。
可选地，所述耐压开关单元包括：控制电路和耗尽型MOS管；
所述控制电路的输出端与所述耗尽型MOS管的栅极连接，所述控制电路用于驱动所述耗尽型MOS管；
所述耗尽型MOS管的漏极与所述供能电路的输出端连接，所述耗尽型MOS管的源极与所述第一比例电阻串联。
可选地，所述逻辑控制电路包括：反相器和RS触发器；
所述反相器的输入端与所述检流电路的输出端连接，所述反相器的输出端与所述RS触发器的输入端连接，所述反相器用于将所述检流电路的输出信号取反得到取反输出信号，并将所述取反输出信号传递至所述RS触发器的输入端；
所述RS触发器的输出端与所述MOS管的栅极连接，所述RS触发器用于根据所述取反输出信号确定控制信号，根据所述控制信号控制所述MOS管开启或关断。
可选地，所述耐压开关单元包括：高压开关；
所述高压开关的第一连接端与所述供能电路的输出端连接，所述高压开关的第二连接端与所述第一比例电阻的第一连接端连接。
可选地，所述供能电路包括：直流电源和变压器；
所述直流电源的输出端与所述变压器原边的输入端连接，所述变压器原边的输出端与所述检流电路的输入端和所述MOS管的漏极分别连接。
可选地，所述MOS管包括：N型MOS管。
可选地，所述第一比例电阻与所述第二比例电阻为材质类型相同、物理尺寸成比的比例电阻。
可选地，所述预设电压源输出VREF基准电压。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请通过所述供能电路的输出端与所述检流电路的输入端连接，所述检流电路用于检测所述供能电路的输出电流；所述检流电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路与所述MOS管的栅极连接，所述逻辑控制电路用于接收所述检流电路的输出信号，根据所述检流电路的输出信号控制所述MOS管的开启或关断；所述MOS管的源极接地；所述MOS管的漏极与所述供能电路的输出端连接，电路设计简洁，无需采用镜像MOS管代替检测电阻，达到精准检测电感电流的目的，通过检流电路直接检测电感电流的方式代替传统电阻检测法，能够降低系统功率损耗高，所以能够适用检测范围更宽，并且通过逻辑控制器控制MOS管开启或关断，实现开关电源恒流恒压的效果，使开关电源工作状态更加稳定。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种流限可控的开关电源的电路图；
图2为本申请实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图；
图3为本申请实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图；
图4为本申请实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图；
图5为本申请实施例提供的一种流限可控的开关电源的最佳方案电路图。
图标：
01-供能电路；02-检流电路；03-逻辑控制电路；04-MOS管；05-第一比例电阻；06-第二比例电阻；07-耐压开关单元；08-电压比较器；09-耐压开关管；10-驱动电路；11-耗尽型MOS管；12-控制电路。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，本发明提供了一种流限可控的开关电源，如图1所示为本发明实施例提供的一种流限可控的开关电源的电路图，包括：供能电路01、检流电路02、逻辑控制电路03和MOS管04；
供能电路01的输出端与检流电路02的输入端连接，检流电路02用于检测供能电路01的输出电流；
在本发明实施例中，恒流恒压特性是开关电源的主要特性之一，因为对于电路中电流大小的检测将直接关系到开关电源的恒流恒压特性，供能电路01用于给电路及负载供电，检流电路02的输入端与供能电路01的输出端连接，用于检测供能电路01的输出电流，对电流大小起到实时监测的效果。
检流电路02的输出端与逻辑控制电路03的输入端连接，逻辑控制电路03与MOS管04的栅极连接，逻辑控制电路03用于接收检流电路02的输出信号，根据检流电路02的输出信号控制MOS管04的开启或关断；
在本发明实施例中，通过检流电路02的输出端与逻辑控制电路03的输入端连接，将检测结果发送至逻辑控制电路03中，逻辑控制电路03与MOS管04的栅极连接，通过逻辑控制电路03驱动MOS管04开启或关断实现稳流的作用，具体检流电路02可以发送数字信号到逻辑控制电路03，对于不同的逻辑控制电路03使用的控制逻辑不同，例如使用RS触发器时，当S端输入高电平，R端输入低电平时，Q端输出低电平，当S端输入低电平，R端输入高电平时，Q端输出高电平，所以实际应用中检流电路02与逻辑控制电路03的选取需依据实际情况而定，本发明对此不做具体限定。
MOS管04的源极接地；MOS管的漏极与供能电路01的输出端连接；
在本发明实施例中，MOS管04可以使用N型MOS管，MOS管04源极接地，漏极与供能电路01的输出端连接代替了传统电阻检测方法，即使用MOS管04的源极与检流电阻的第一端连接，检流电阻的第二端接地，使用电阻检测方法时，相当于在MOS管04的通路上串联了一个检流电阻，MOS管04的功率导通损耗公式为：
P＝(Iavg/2)2×(Ron+Rsence)×D
其中，Iavg为MOS管04平均导通电流，Ron为MOS管04导通电阻，Rsence为检流电阻，D为MOS管04导通占空比，以DCM开关电源为例，Iavg为峰值电流值的一半，由上式可见，当导通电路中串联一个检流电阻Rsence时，直接按比例提升了MOS管04的导通损耗，在中大功率开关电源系统中，峰值电流可能达到几安培甚至几十安培，检流电阻Rsence的存在直接约了系统的转换效率，同时检流电阻Rsence自身的发热，亦会给开关电源系统带来安全隐患，降低系统的可靠性，因此使用检流电路02检测电流的方式不仅仅能够降低电路损耗，还可以提高开关电源的安全性能，另外随着行业发展，存在使用镜像MOS检流电路02，虽然省去了检流电阻Rsence使得电路的应用范围更加宽广，可以适应从几十毫安到几十安培的电流采样检测。并且不会引起额外的损耗，但这种技术需要有定制的功率MOS—待sence MOS管的功率MOS。这种特别定制的MOS非通用器件，价格比较昂贵，而且镜像比例K的精度也很难保证，但由于直接通过检流电路02对供能电路01输出端的电流进行检测无需采用，相较上述方式，本发明实施例直接采用检流电路02检测供能电路01的输出端电流，电路实现简单并且精度高，具体实施方式可参照下述实施例。
在本发明提供的又一实施例中，如图2所示为本发明实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图，检流电路包括：第一比例电阻05、第二比例电阻06、耐压开关单元07电路和电压比较器08，第二比例电阻06接地；
耐压开关单元07电路的输入端与供能电路01的输出端连接，输出端与第一比例电阻05的第一连接端连接；
第二比例电阻06的第一连接端与第一比例电阻05的第二连接端连接，第二比例电阻06的第二连接端接地，第二比例电阻06与第一比例电阻05的连接节点与电压比较器08的负输入端连接，电压比较器08的正输入端与预设电压源连接。
在本发明实施例中，利用耐压开关单元07的输入端与供能电路01的输出端连接，输出端与第一比例电阻05连接，可以防止电路中因产生反激电压，从而损坏电压比较器08，耐压开关单元07一般可以抵御800V左右的反激电压，且还需要具备开关控制功能，例如选用高压开关，所述高压开关的第一连接端与所述供能电路的输出端连接，所述高压开关的第二连接端与所述第一比例电阻05的第一连接端连接，高压开关的耐高压特性与开关特性兼备，因为可以选用作为耐压开关单元07使用，具体选用的开关可以依据实际情况而定本发明对此不做限定；第一比例电阻05与第二比例电阻06并联，设置第一比例电阻05与所述第二比例电阻06为材质类型相同、物理尺寸成比的比例电阻，目的在于接入电路中作为分压电阻使用，以保护集成电路不受到高压冲击而损坏，第二比例电阻06与第一比例电阻05的连接节点与电压比较器08的负输入端连接，电压比较器08的正输入端与预设电压源连接，通过耐压开关单元07的控制将电流平稳的输入电压比较器08，通过模拟信号的转化与预设的电压比较，其中，预设电压源输出可以选用VREF基准电压，在控制MOS管开启后，供能电路01输出电流逐渐增高，当输入电压比较器08的电压达到基准VREF电压时，电压比较器08由输出高电平翻转到输出低电平，再通过逻辑控制电路03达到控制MOS管关断的目的，从而达到平稳电路系统电流的目的，上述整体检流电路的结构相较镜像MOS管代替检流电阻的电路结构简单，更加精准，并且对比传统使用检流电阻的电路系统损耗低，安全性能更佳。
在本发明提供的又一实施例中，如图3所示为本发明实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图，耐压开关单元包括：耐压开关管09和驱动电路10；
驱动电路10于耐压开关管09的栅极连接，用于驱动耐压开关管09，耐压开关管09的漏极与供能电路01的输出端连接，耐压开关管09的源极与第一比例电阻05串联。
在本发明实施例中，耐压开关单元用于抵御电路中产生反激电压，防止反激电压损坏电压比较器08，所以在电路保护设计中需要利用耐压开关单元一般可以抵御800V左右的反激电压的特性，同时还需要考虑具备开关控制功能，所以可以选用耐压开关管09，耐压开关管09包括结型管和耗尽型mos管，当电路中MOS管导通时，耐压开关管09导通，与此同时电压比较器08检测供能电路01输出端的电流，电流值达到峰值时，即模拟电压信与基准电压持平时，电压比较器08翻转控制逻辑控制电路03驱动MOS管关断，电路系统由储能阶段跳至电能与磁能相互转换阶段，例如供能电路01包括：直流电源和变压器；直流电源的输出端与变压器原边的输入端连接，变压器原边的输出端与检流电路的输入端和MOS管的漏极分别连接，能量从变压器初级转移到变压器次级进行放电，此时耐压开关管09关断，还用于抵御从变压器副边产生的反激电压，达到保护电路中组件不受到损害，提高开关电源的安全性能以及稳定性能。
在本发明提供的又一实施例中，如图4所示为本发明实施例提供的另一种流限可控的开关电源的电路图，耐压开关单元包括：控制电路12和耗尽型MOS管11；
控制电路12的输出端与耗尽型MOS管11的栅极连接，控制电路12用于驱动耗尽型MOS管11；
耗尽型MOS管11的漏极与供能电路01的输出端连接，耗尽型MOS管11的源极与第一比例电阻05串联；
在本发明实施例中，耐压开关单元中可以使用耗尽型MOS管11，电路中的MOS管可以使用N型MOS管，如图所示，控制电路12的输出端与耗尽型MOS管11的栅极连接，控制电路12用于向耗尽型MOS管11供电，即提供一个基准电压，栅极与源极之间形成压差从而达到开启或关断的目的，耗尽型MOS管11的漏极与供能电路01的输出端连接，耗尽型MOS管11的源极与第一比例电阻05串联，当电路中N型MOS管导通时，耗尽型MOS管11导通，与此同时电压比较器检测供能电路01输出端的电流，电流值达到峰值时，即模拟电压信与基准电压持平时，电压比较器翻转控制逻辑控制电路03驱动N型MOS管关断，电路系统由储能阶段跳至电能与磁能相互转换阶段，例如供能电路01包括：直流电源和变压器；直流电源的输出端与变压器原边的输入端连接，变压器原边的输出端与耗尽型MOS管11的漏极和N型MOS管的漏极分别连接，能量从变压器初级转移到变压器次级进行放电，此时耐压开关管关断，还用于抵御从变压器副边产生的反激电压，达到保护电路中组件不受到损害，提高开关电源的安全性能以及稳定性能。
在本发明提供的又一实施例中，如图5所示为本发明实施例提供的一种流限可控的开关电源的最佳方案电路图，逻辑控制电路包括：反相器和RS触发器；
反相器的输入端与检流电路的输出端连接，反相器的输出端与RS触发器的输入端连接，反相器用于将检流电路的输出信号取反得到取反输出信号，并将取反输出信号传递至RS触发器的输入端；
RS触发器的输出端与MOS管的栅极连接，RS触发器用于根据取反输出信号确定控制信号，根据控制信号控制MOS管开启或关断。
在本发明实施例中，逻辑控制电路采用反相器与RS触发器，反相器将电压比较器的输出结果取反后输入模拟信号到RS触发器，根据控制字原则输出控制信号，达到控制MOS管开启或关断的目的，具体选用的逻辑控制电路可以依据实际情况而定，本发明还提供了一种完整的实施方式，如图所示，供能电路采用VDC直流电源与变压器，检流电路采用耐压开关管与比例电阻以及电压比较器，逻辑控制电路采用反相器与RS触发器，以用于驱动MOS管开启或关断，当控制N型MOS管开启时，耐压开关管导通，因变压器初级电感(primaryind)特性，变压器初级电流Ip将从0开始逐渐上升。上升速率由变压器初级电感感量和线电压(VDC)共同决定，同时变压器初级电流Ip会在检流电阻上产生电压，此电压被输入到比较器与基准电压VREF进行比较，当变压器初级电流Ip会在检流电阻上产生电压达到基准VREF电压时，比较器翻转，控制逻辑控制功率MOS关断，变压器初级储能完成。随后通过电能量与磁能量的相互转换，能量从变压器初级转移到变压器次级进行放电，同时变压器次级产生的反激电压可以由耐压开关管抵御，由于一般集成电路的承受反激电压只能达到45V，所以需要耐压开关管抵御800V上下的反激电压，保证集成电路的元器件不受到损害，因此使用上述实施方式不仅仅能够降低电路损耗，还可以提高开关电源的安全性能，因为省去了检流电阻Rsence使得电路的应用范围更加宽广，可以适应从几十毫安到几十安培的电流采样检测，并且不会引起额外的损耗，对比需要定制的功率MOS—待sence MOS管的功率MOS管的昂贵电路设计方式，直接通过检流电路对供能电路输出端的电流进行检测并且相较于难以保证精度比例K的镜像MOS管设计，本发明实施例直接采用检流电路检测供能电路的输出端电流，电路实现简单并且精度高。在本发明实施例中所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述电路具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种流限可控的开关电源，其特征在于，包括：供能电路、检流电路、逻辑控制电路和MOS管；
所述供能电路的输出端与所述检流电路的输入端连接，所述检流电路用于检测所述供能电路的输出电流；
所述检流电路的输出端与所述逻辑控制电路的输入端连接，所述逻辑控制电路与所述MOS管的栅极连接，所述逻辑控制电路用于接收所述检流电路的输出信号，根据所述检流电路的输出信号控制所述MOS管的开启或关断；
所述MOS管的源极接地；所述MOS管的漏极与所述供能电路的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述检流电路包括：第一比例电阻、第二比例电阻、耐压开关单元和电压比较器，所述第二比例电阻接地；
所述耐压开关单元的输入端与所述供能电路的输出端连接，输出端与所述第一比例电阻的第一连接端连接；
所述第二比例电阻的第一连接端与所述第一比例电阻的第二连接端连接，所述第二比例电阻的第二连接端接地，所述第二比例电阻与所述第一比例电阻的连接节点与所述电压比较器的负输入端连接，所述电压比较器的正输入端与预设电压源连接。
3.根据权利要求2所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述耐压开关单元包括：耐压开关管和驱动电路；
所述驱动电路与所述耐压开关管的栅极连接，用于驱动所述耐压开关管，所述耐压开关管的漏极与所述供能电路的输出端连接，所述耐压开关管的源极与所述第一比例电阻串联。
4.根据权利要求2所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述耐压开关单元包括：控制电路和耗尽型MOS管；
所述控制电路的输出端与所述耗尽型MOS管的栅极连接，所述控制电路用于驱动所述耗尽型MOS管；
所述耗尽型MOS管的漏极与所述供能电路的输出端连接，所述耗尽型MOS管的源极与所述第一比例电阻串联。
5.根据权利要求1所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：反相器和RS触发器；
所述反相器的输入端与所述检流电路的输出端连接，所述反相器的输出端与所述RS触发器的输入端连接，所述反相器用于将所述检流电路的输出信号取反得到取反输出信号，并将所述取反输出信号传递至所述RS触发器的输入端；
所述RS触发器的输出端与所述MOS管的栅极连接，所述RS触发器用于根据所述取反输出信号确定控制信号，根据所述控制信号控制所述MOS管开启或关断。
6.根据权利要求2所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述耐压开关单元包括：高压开关；
所述高压开关的第一连接端与所述供能电路的输出端连接，所述高压开关的第二连接端与所述第一比例电阻的第一连接端连接。
7.根据权利要求1所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述供能电路包括：直流电源和变压器；
所述直流电源的输出端与所述变压器原边的输入端连接，所述变压器原边的输出端与所述检流电路的输入端和所述MOS管的漏极分别连接。
8.根据权利要求1所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述MOS管包括：N型MOS管。
9.根据权利要求2所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述第一比例电阻与所述第二比例电阻为材质类型相同、物理尺寸成比的比例电阻。
10.根据权利要求2所述的流限可控的开关电源，其特征在于，所述预设电压源输出VREF基准电压。
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