CN112834810A - 应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及测试技术领域，公开了一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路和检测方法。通过在反激隔离电源的副边的低电压侧反向串联一第一二极管，利用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号经隔离后传递至采样电路，以控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样得到采样电压信号；最后，通过微处理单元利用采样电压信号得到第一二极管的反向偏置电压，进而根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压，实现在反激隔离电源中对市电电压的检测，整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

Description

应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路和检测方法

技术领域

本发明实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路和检测方法。

背景技术

目前，在电源电路中，特别是反激隔离电源中，主要采用电压互感器或者隔离运放电路的方式来探测市电(电网)电压。但是，电压互感器体积大、且需要增加复杂的外围电路，设计难度大；隔离运放电路结构也很复杂，设计难度大。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路和检测方法，能够有效解决相关技术中，用于检测反激隔离电源上的市电(电网)电压的检测电路结构复杂、设计难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，包括：第一二极管，和依次连接的第一分压电路、数字隔离电路、采样电路和微处理单元；所述第一二极管反向串联在反激隔离电源的副边的低电压侧；

所述第一分压电路，用于对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号通过所述数字隔离电路传递至所述采样电路，以控制所述采样电路对所述第一二极管的反向偏置电压进行采样，并将得到的采样电压信号传递给所述微处理单元；

所述微处理单元，用于根据所述采样电压信号，获取所述第一二极管的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

本发明的实施方式提供了一种市电电压检测方法，适用于如上所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，所述方法包括：

采用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，得到第一分压信号；

基于所述第一分压信号控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样，得到采样电压信号；

根据所述采样电压信号，获取所述第一二极管的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

本发明实施方式相对于相关技术而言，通过在反激隔离电源的副边的低电压侧反向串联一第一二极管，利用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号经隔离后传递至采样电路，以控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样得到采样电压信号；最后，通过微处理单元利用采样电压信号得到第一二极管的反向偏置电压，进而根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压，实现在反激隔离电源中对市电电压的检测，整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

另外，上述采样电路包括：开关器件、第二分压电路和滤波电路；开关器件的控制端与数字隔离电路的信号输出端连接；滤波电路的输出端与微处理单元连接；第二分压电路，用于受控开关器件，将对第一二极管的反向偏置电压进行分压所得到的第二分压信号经滤波电路传递给微处理单元。利用第一分压信号来控制开关器件导通和闭合，进而控制第二分压电路仅将第一二极管的反向偏置电压所对应的第二分压信号通过滤波电路处理得到采样电压信号，保证微处理单元所获取的采样电压信号均为第一二极管处于反向偏置时的电压信号。

另外，上述第一分压电路由相互串联的第一电阻和第二电阻构成；第二分压电路由相互串联的第三电阻和第四电阻构成；第一分压电路的两端分别与反激隔离电源的驱动信号的输出端和地连接，第一电阻和第二电阻之间的第一分压点经数字隔离电路与开关器件的控制端连接；第二分压电路并联在第一二极管两侧，且连接第一二极管阳极的一端接地，第三电阻和第四电阻之间的第二分压点依次与开关器件、滤波电路串接后接地。通过两个串联的电阻构成分压电路，既能够实现分压检测，又可使整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

另外，上述数字隔离电路具体包括：数字隔离器、第一线性稳压器和第二线性稳压器；数字隔离器的信号输入端与第一分压点连接，数字隔离器的信号输出端与开关器件的控制端连接；数字隔离器的输入侧供电输入端经第一线性稳压器与电源控制芯片的供电输入端连接，数字隔离器的输出侧供电输入端经第二线性稳压器与反激隔离电源的副边的高电压侧连接。通过利用反激隔离电源的原边和副边的电能为数字隔离器的两个供电输入端供电，可实现对电源电路的有效资源利用，同时利用第一线性稳压器和第二线性稳压器可以在保证线性稳压器对于供电电压的要求。

另外，上述数字隔离电路的信号输入端和信号输出端的电压相位相同，且开关器件为NMOS管；或者，数字隔离电路的信号输入端和信号输出端的电压相位相反，且开关器件为PMOS管。通过设定合适的数字隔离电路的信号输入、输出相位关系，与开关器件的导通特性组合，使检测电路能够有效采集到第一二极管的反向偏置电压。

另外，上述滤波电路包括相互串联的第五电阻和第一电容，微处理单元连接在第五电阻和第一电容之间的通路上，该滤波电路结构简单，滤波后的电压信号可在整个周期内维持稳定，且电路结构易于实现。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路的具体结构图；

图2是根据本发明第二实施方式的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路的具体结构图；

图3是根据本发明第二实施方式的采样电压与市电电压的关系图；

图4是根据本发明第三实施方式的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路的具体结构图；

图5是根据本发明第四实施方式的市电电压检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路。本实施方式的核心在于通过在反激隔离电源的副边的低电压侧反向串联一第一二极管，利用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号经隔离后传递至采样电路，以控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样得到采样电压信号；最后，通过微处理单元利用采样电压信号得到第一二极管的反向偏置电压，进而根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压，实现在反激隔离电源中对市电电压的检测，整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。下面对本实施方式的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路1如图1所示，具体包括：第一二极管D1，和依次连接的第一分压电路T1、数字隔离电路U1、采样电路U2和微处理单元U3；第一二极管D1反向串联在反激隔离电源的副边的低电压侧；其中，

第一分压电路T1，用于对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号通过数字隔离电路U1传递至采样电路U2，以控制采样电路U2对第一二极管D1的反向偏置电压进行采样，并将得到的采样电压信号传递给微处理单元U3；

微处理单元U3，用于根据采样电压信号，获取第一二极管D1的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

图1中所示的反激隔离电源2的电路结构仅是对本实施方式所适用的反激隔离电源的示意性举例，并不作为对本实施方式的应用场景的限定。

具体地，在现有反激式隔离电源芯片IC中，GATE-OUT为原边控制技术的反激式隔离电源芯片的驱动MOSFET的驱动信号，该MOSFET的漏极(DRAIN)输出信号即为控制反激隔离电源2中的原边侧开关动作的信号。因此，本实施方式中，选取集成有GATE-OUT输出的电源芯片IC，以电源芯片IC的GATE-OUT输出的电压信号，即反激隔离电源2的驱动信号作为触发信号，来触发采样电路U2对第一二极管D1的反向偏置电压进行采样。采样过程为：

第一分压电路T1先对GATE-OUT输出的电压信号进行分压取样，取样信号为脉宽调制(PWM)波形，再通过数字隔离电路U1隔离得到隔离后的电压信号；数字隔离电路U1具备电气隔离能力，提供原边(一次侧)PWM输入，副边(二次侧)PWM信号输出，输入输出的信号同相位，或者相反相位，且具备低传播延迟；经隔离后的电压信号被送至采样电路U2，采样电路U2可根据接收的电压信号，以及预设的处理逻辑，在第一二极管D1处于反向偏置时，开启对第一二极管D1两侧电压的采样，即对第一二极管D1的反向偏置电压进行采样，并将得到的采样电压信号传递给微处理单元U3。

微处理单元U3得到采样电路输出的采样电压信号后，根据采样电压信号的大小以及采样电压信号与被采样电压信号的比例，获取第一二极管D1的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系(该比例关系由反激隔离电源原理决定，通常为正比例例关系)计算市电电压。

本实施方式中，基于电源芯片IC的GATE-OUT输出的电压信号可以判断第一二极管D1是否处于反向偏置，基于GATE-OUT输出的电压信号来控制采样电路U2对第一二极管D1两侧的电压进行采样，可以准确实现对第一二极管D1反向偏置状态下的反向偏置电压进行采样，进而得到第一二极管D1的反向偏置电压，然后利用该反向偏置电压即可计算出市电电压，实现对市电电压的跟踪检测。

与现有技术相比，本发明实施方式通过在反激隔离电源的副边的低电压侧反向串联一第一二极管，利用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号经隔离后传递至采样电路，以控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样得到采样电压信号；最后，通过微处理单元利用采样电压信号得到第一二极管的反向偏置电压，进而根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压，实现在反激隔离电源中对市电电压的检测，整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

本发明的第二实施方式涉及一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路。第二实施方式是在第一实施方式基础上做的改进，其改进之处在于：

采样电路包括：开关器件Q1、第二分压电路T2和滤波电路RC；开关器件Q1的控制端S与数字隔离电路U1的信号输出端连接；滤波电路RC的输出端与微处理单元U3连接；

第二分压电路T2，用于受控开关器件Q1，将对第一二极管D1的反向偏置电压进行分压所得到的第二分压信号经滤波电路RC处理得到采样电压信号。

具体地，GATE-OUT输出的电压信号经第一分压电路T1分压取样后，通过数字隔离电路U1被送至采样电路U2中的开关器件Q1，作为控制开关器件Q1导通和截止的控制信号，从而使GATE-OUT输出的电压信号与开关器件Q1的导通状态之间具有关联性，以实现在GATE-OUT输出的电压信号使第一二极管D1处于反向偏置的情况下，同时以该GATE-OUT输出的电压信号控制开关器件Q1导通，实现第二分压电路T2对第一二极管D1上的反向偏置电压进行有效分压取样，并将分压取样的电压信号传递给滤波电路RC进行滤波处理得到采样电压信号，并将采样电压信号提供给微处理单元U3，由微处理单元U3基于采样电压信号计算得到市电电压。

市电电压的检测过程为：

当GATE-OUT信号为高电平，第一二极管D1反向偏置，GATE-OUT信号经过第一分压电路T1降压后，进入数字隔离电路U1的信号输入端，数字隔离电路U1的信号输出端输出的电平信号可控制开关器件Q1导通。此时第一二极管D1上的反向偏置电压信号由第二分压电路T2分压，产生等比例的降压信号。滤波电路RC对降压信号进行滤波处理得到的采样电压信号，可实时的反映市电(电网)电压。将滤波处理后的采样电压信号经微处理单元U3处理，即先还原出第一二极管D1上的反向偏置电压，然后再基于该反向偏置电压与市电(电网)电压之间的预设比例关系，即可计算出市电(电网)电压。

当GATE-OUT信号为低电平，第一二极管D1正向偏置，第二分压电路T2上产生负压信号。并且此时开关器件Q1受依次经过第一分压电路T1、数字隔离电路U1处理后的GATE-OUT信号而关断，第二分压电路T2不会分压取样第一二极管D1上的正向偏置电压信号。滤波电路RC上存储上一周期(GATE-OUT信号为高电平)时的充电电荷，该存储状态直到下一次GATE-OUT信号为高电平时结束。

由此可见，通过本实施方式中的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路1的采样电路U2所采集的采样电压信号，可以实时的跟随市电(电网)电压，从而基于微处理单元U3的逻辑处理，可以准确的追踪检测出市电(电网)的电压。

如图3所示，为通过本实施例所示的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路所检测的采样电压信号与市电电压信号的关系图。

与现有技术相比，本发明实施方式利用第一分压信号来控制开关器件导通和闭合，进而控制第二分压电路仅将第一二极管的反向偏置电压所对应的第二分压信号通过滤波电路处理得到采样电压信号，保证微处理单元所获取的采样电压信号均为第一二极管处于反向偏置时的电压信号。

本发明的第三实施方式涉及一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路。第三实施方式是在第一实施方式或第二实施方式基础上做的改进，其改进之处在于：

如图4所示，上述第一分压电路T1由相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2构成；第二分压电路T2由相互串联的第三电阻R3和第四电阻R4构成；第一分压电路T1的两端分别与反激隔离电源2的驱动信号输出端和地连接，第一电阻R1和第二电阻R2之间的第一分压点经数字隔离电路U1与开关器件Q1的控制端S连接；第二分压电路T2并联在第一二极管D1两侧，且连接第一二极管D1阳极的一端接地，第三电阻R3和第四电阻R4之间的第二分压点依次与开关器件Q1、滤波电路RC串接后接地。通过两个串联的电阻构成分压电路，既能够实现分压检测，又可使整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

进一步地，如图4所示，数字隔离电路U1包括：数字隔离器U4、第一线性稳压器SVC1和第二线性稳压器SVC2；

数字隔离器U4的信号输入端(IN1)与第一分压点连接，数字隔离器U4的信号输出端(OUT1)与开关器件Q1的控制端S连接；数字隔离器U4的输入侧供电输入端(VDD)经第一线性稳压器SVC1与电源芯片的供电输入端(VDD)连接，数字隔离器U4的输出侧供电输入端(VCC)经第二线性稳压器SVC2与反激隔离电源2的副边的高电压侧连接。

具体地，第一线性稳压器SCV1和第二线性稳压器SCV2均可以为低压差线性稳压器(LDO)，其中第一线性稳压器SCV1可提供3.3V供电，第二线性稳压器SCV2可提供5V供电。数字隔离器U4具备电气隔离能力，可提供原边(一次侧)PWM输入，副边(二次侧)PWM信号输出。

进一步地，根据GATE-OUT高电平时开关器件Q1导通，GATE-OUT低电平时开关器件Q1截至，以保证采样电路U2所采样的电压(具体也是第二分压点所分压取样的电压)为第一二极管D1处于反向偏置状态下的电压的原则，可设置数字隔离电路U1(具体也是数字隔离器U4)的信号输入端和信号输出端的电压相位，和开关器件Q1的导通类型组合如下：

数字隔离电路U1的信号输入端和信号输出端的电压相位相同，且开关器件Q1为NMOS管；或者，数字隔离电路U1的信号输入端和信号输出端的电压相位相反，且开关器件Q1为PMOS管。

具体地，在数字隔离电路U1的信号输入端和信号输出端的电压相位相同，且开关器件Q1为NMOS管的情况下：

当GATE-OUT信号为高电平，第一二极管D1反向偏置，GATE-OUT信号经过第一分压电路T1降压后，进入数字隔离电路U1的信号输入端，数字隔离电路U1的信号输出端输出的高电平信号可控制NMOS管导通。此时第二分压电路T2可采集第一二极管D1的反向偏置电压信号。当GATE-OUT信号为低电平，第一二极管D1正向偏置，第二分压电路T2上产生负压信号。并且此时NMOS管受依次经过第一分压电路T1、数字隔离电路U1处理后的GATE-OUT信号为低电平，NMOS管关断，第二分压电路T2不会采样第一二极管D1的正向偏置电压信号。

在数字隔离电路U1的信号输入端和信号输出端的电压相位相反，且开关器件Q1为PMOS管的情况下：

当GATE-OUT信号为高电平，第一二极管D1反向偏置，GATE-OUT信号经过第一分压电路T1降压后，进入数字隔离电路U1的信号输入端，数字隔离电路U1的信号输出端输出的低电平信号可控制PMOS管导通。此时第二分压电路T2可采集第一二极管D1的反向偏置电压信号。当GATE-OUT信号为低电平，第一二极管D1正向偏置，第二分压电路T2上产生负压信号。并且此时PMOS管受依次经过第一分压电路T1、数字隔离电路U1处理后的GATE-OUT信号为高电平，PMOS管关断，第二分压电路T2不会采样第一二极管D1的正向偏置电压信号。

进一步地，如图4所示，上述滤波电路RC包括相互串联的第五电阻R5和第一电容C1；微处理单元U3连接在第五电阻R5和第一电容C1之间的通路上。

具体地，在开关器件Q1导通时，第二分压电路T2所分压取样的电压即为第四电阻R4上的压降，该电压经滤波电路RC滤波后得到的电压信号(采样电压信号)，实时的反映市电(电网)电压。在开关器件Q1截止时，第二分压电路T2不会分压取样第四电阻R4上的电压信号。第一电容C1上存储上一周期(GATE-OUT信号为高电平)时的充电电荷，该存储状态直到下一次GATE-OUT信号为高电平时结束。

与现有技术相比，本发明实施方式通过两个串联的电阻构成分压电路，既能够实现分压检测，又可使整个检测电路结构简单、设计难度小、易于实现。

通过利用反激隔离电源的原边和副边的电能为数字隔离器的两个供电输入端供电，可实现对电源电路的有效资源利用，同时利用第一线性稳压器和第二线性稳压器可以在保证供电电压要求的情况下，减少压降损耗。

通过设定合适的数字隔离电路的信号输入、输出相位关系，与开关器件的导通特性组合，使检测电路能够有效采集到第一二极管的反向偏置电压。

通过阻容滤波器构建滤波电路，滤波后的电压信号可在整个周期内维持稳定，且电路结构易于实现。

本发明的第四实施方式涉及一种市电电压检测方法，该市电电压检测方法适用于如上任一实施方式中所涉及的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路。

如图5所示，本实施方式中的市电电压检测方法，具体包括：

步骤501：采用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，得到第一分压信号；

步骤502：基于第一分压信号控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样，得到采样电压信号；

步骤503：根据采样电压信号，获取第一二极管的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

本实施方式中的各步骤的执行过程可参见前述实施方式中的相应内容，在此步骤赘述。

与现有技术相比，本发明实施方式利用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并基于第一分压信号控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样得到采样电压信号；最后，根据采样电压信号得到第一二极管的反向偏置电压，进而根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压，实现在反激隔离电源中对市电电压的检测，检测过程简单、易于实现。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，包括：第一二极管，和依次连接的第一分压电路、数字隔离电路、采样电路和微处理单元；所述第一二极管反向串联在反激隔离电源的副边的低电压侧；

所述第一分压电路，用于对反激隔离电源的驱动信号进行分压，并将得到的第一分压信号通过所述数字隔离电路传递至所述采样电路，以控制所述采样电路对所述第一二极管的反向偏置电压进行采样，并将得到的采样电压信号传递给所述微处理单元；

所述微处理单元，用于根据所述采样电压信号，获取所述第一二极管的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

2.根据权利要求1所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述采样电路包括：开关器件、第二分压电路和滤波电路；所述开关器件的控制端与所述数字隔离电路的信号输出端连接；所述滤波电路的输出端与所述微处理单元连接；

所述第二分压电路，用于受控所述开关器件，将对所述第一二极管的反向偏置电压进行分压所得到的第二分压信号经所述滤波电路处理得到所述采样电压信号。

3.根据权利要求2所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述第一分压电路由相互串联的第一电阻和第二电阻构成；所述第二分压电路由相互串联的第三电阻和第四电阻构成；

所述第一分压电路的两端分别与所述反激隔离电源的驱动信号的输出端和地连接，所述第一电阻和第二电阻之间的第一分压点经所述数字隔离电路与所述开关器件的控制端连接；

所述第二分压电路并联在所述第一二极管两侧，且连接所述第一二极管阳极的一端接地，所述第三电阻和第四电阻之间的第二分压点依次与所述开关器件、所述滤波电路串接后接地。

4.根据权利要求3所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述数字隔离电路包括：数字隔离器、第一线性稳压器和第二线性稳压器；

所述数字隔离器的信号输入端与所述第一分压点连接，所述数字隔离器的信号输出端与所述开关器件的控制端连接；所述数字隔离器的输入侧供电输入端经所述第一线性稳压器与所述电源控制芯片的供电输入端连接，所述数字隔离器的输出侧供电输入端经所述第二线性稳压器与所述反激隔离电源的副边的高电压侧连接。

5.根据权利要求4所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述数字隔离电路的信号输入端和信号输出端的电压相位相同，且所述开关器件为NMOS管；或者，所述数字隔离电路的信号输入端和信号输出端的电压相位相反，且所述开关器件为PMOS管。

6.根据权利要求1所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括相互串联的第五电阻和第一电容；

所述微处理单元连接在所述第五电阻和第一电容之间的通路上。

7.一种市电电压检测方法，适用于所述权利要求1-6中任一项所述的应用于反激隔离电源中的市电电压检测电路，其特征在于，所述方法包括：

采用第一分压电路对反激隔离电源的驱动信号进行分压，得到第一分压信号；

基于所述第一分压信号控制采样电路对第一二极管的反向偏置电压进行采样，得到采样电压信号；

根据所述采样电压信号，获取所述第一二极管的反向偏置电压，并根据该反向偏置电压与市电电压的预定比例关系计算市电电压。

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