CN113162442A - 一种基于电流检测的同步整流控制电路 - Google Patents

一种基于电流检测的同步整流控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电流检测的同步整流控制电路，属于电源技术领域，包括将电流互感器CT串联接入同步整流侧，由CT对同步整流侧的电流进行采样，并通过过零检测电路获得电流过零检测信号，并将电流过零检测信号输出到控制电路，由电流过零检测信号对控制电路进行控制，得到输出的同步整流管控制信号，解决了对同步整流管的高精度、高速控制的技术问题，本发明利用CT多绕组侧电流is流向与桥式整流器中的二极管的导通同步的特点来实现对同步整流管的控制，并利用二极管的压降来实现高速翻转，实现了高精度的高速控制，且电路简单，成本较，本发明应用广泛，且能根据二极管的压降自动形成死区，防止直通。

Description

一种基于电流检测的同步整流控制电路
技术领域
本发明属于电源技术领域，涉及一种基于电流检测的同步整流控制电路。
背景技术
目前，同步整流技术广泛应用于各类高效率电源应用中，其对效率的提升及损耗的减小十分关键，尤其是大电流的应用领域。但是同步整流的控制相对复杂，获得高效率的同时容易带来可靠性的风险。
现有技术的缺陷和不足：
现有技术的主要控制方式是基于原边开关管的时序对相应的同步整流管进行控制，这种控制方式控制实施，需要对原边时序进行精准采样，一般需要用数字信号处理器进行信号处理，并发送的同步整流侧，设计上复杂，且需要隔离驱动电路，成本较高。
现有技术中，还有基于同步整流管DS端的压降来做同步整流控制，这种控制方式需要对DS端压降进行较准确的采样，还需要滤波电路对同步整流管DS端产生的干扰进行处理，另外这种实施方式中，线路板布局产生的寄生参数会对控制产生干扰，需要补偿电路抵消这种影响，电路上设计复杂，布板上要求很高，且成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电流检测的同步整流控制电路，解决了对同步整流管的高精度、高速控制的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于电流检测的同步整流控制电路，包括将电流互感器 CT串联接入同步整流侧，由CT对同步整流侧的电流进行采样，并通过过零检测电路获得电流过零检测信号，并将电流过零检测信号输出到控制电路，由电流过零检测信号对控制电路进行控制，得到输出的同步整流管控制信号。
根据本发明的一个实施例，所述的同步整流侧包括变压器T、 IGBT驱动桥电路，IGBT驱动桥电路的输入端连接变压器T的副边、变压器T的原边连接外部电源，电容C1为IGBT驱动桥电路的输出端的滤波电容，所述的电流互感器CT设于变压器T的副边，用于对变压器T的副边的电流进行采样。
根据本发明的一个实施例，所述的过零检测电路包括二极管 D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、二极管D5、二极管D6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1和三极管Q2，二极管D1的正极连接所述的电流互感器CT的正输出端、负极连接二极管D2的负极，二极管D2的负极连接地线，二极管 D4的负极连接地线、正极连接所述的电流互感器CT的负输出端，二极管D3的正极连接所述的电流互感器CT的负输出端、负极连接二极管D1的负极，二极管D3的负极通过电阻R1连接地线；
二极管D5的负极连接所述的电流互感器CT的正输出端、正极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地线、集电极通过电阻R3连接电源VCC的正极，电源VCC的负极连接地线，三极管 Q1的基极通过电阻R2连接所述的电源VCC的正极；
三极管Q1的集电极输出电压Vo1；
二极管D6的负极连接所述的电流互感器CT的负输出端、正极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接地线、集电极通过电阻R5连接电源VCC的正极，三极管Q2的基极通过电阻R4连接电源VCC的正极，三极管Q2的集电极输出电压Vo2。
根据本发明的一个实施例，所述的IGBT驱动桥电路由IGBT管 Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4和电容C1，IGBT管Q1、 IGBT管Q2、IGBT管Q3和IGBT管Q4构成全桥驱动电路，IGBT管 Q1的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器T的副边的 1脚；
IGBT管Q2的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器 T的副边的1脚；
IGBT管Q3的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器 T的副边的2脚；
IGBT管Q4的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器 T的副边的2脚；
IGBT管Q2的S极和IGBT管Q4的S极连接构成了第一输出端；
IGBT管Q1的D极和IGBT管Q3的D极连接构成了第二输出端；
第一输出端和第二输出端构成了IGBT驱动桥电路的输出端。
根据本发明的一个实施例，所述的二极管D1、所述的二极管 D2、所述的二极管D3和所述的二极管D4构成了一个桥式整流器。
根据本发明的一个实施例，所述的电压Vo1和所述的电压 Vo2为互补驱动电压。
根据本发明的一个实施例，所述的同步整流侧为全桥驱动电路或半桥驱动电路。
根据本发明的一个实施例，所述的变压器T为带中间抽头的变压器。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，解决了对同步整流管的高精度、高速控制的技术问题，本发明利用CT多绕组侧电流is流向与桥式整流器中的二极管的导通同步的特点来实现对同步整流管的控制，并利用二极管的压降来实现高速翻转，实现了高精度的高速控制，且电路简单，成本较，本发明应用广泛，且能根据二极管的压降自动形成死区，防止直通。
附图说明
图1为本实施例1的电路图；
图2为本实施例1的当CT少匝数侧电流ip由负到正过零时的电流流向图；
图3为本实施例1的当CT大电流侧ip电流由正到负过零时的电流流向图；
图4为本实施例1中的同步整流侧的电路图；
图5为本实施例2中的同步整流侧的电路图；
图6为本实施例3中的同步整流侧的电路图；
图7为本发明的电压波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-图4所示的一种基于电流检测的同步整流控制电路，包括将电流互感器CT串联接入同步整流侧，由CT对同步整流侧的电流进行采样，并通过过零检测电路获得电流过零检测信号，并将电流过零检测信号输出到控制电路，由电流过零检测信号对控制电路进行控制，得到输出的同步整流管控制信号。
所述控制电路为外部控制器，外部控制器为ARM控制器或 FPGA控制器。
优选的，所述的同步整流侧包括变压器T(图中的Main Transformer为主变压器)、IGBT驱动桥电路，IGBT驱动桥电路的输入端连接变压器T的副边、变压器T的原边连接外部电源，电容 C1为IGBT驱动桥电路的输出端的滤波电容，所述的电流互感器 CT设于变压器T的副边，用于对变压器T的副边的电流进行采样。
优选的，所述的过零检测电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、二极管D5、二极管D6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1和三极管Q2，所述二极管 D1的正极连接所述的电流互感器CT的正输出端、负极连接所述二极管D2的负极，所述二极管D2的负极连接地线，所述二极管 D4的负极连接地线、正极连接所述的电流互感器CT的负输出端，所述二极管D3的正极连接所述的电流互感器CT的负输出端、负极连接所述二极管D1的负极，所述二极管D3的负极通过所述电阻 R1连接地线；
所述二极管D5的负极连接所述的电流互感器CT的正输出端、正极连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接地线、集电极通过所述电阻R3连接电源VCC的正极，电源VCC的负极连接地线，所述三极管Q1的基极通过所述电阻R2连接所述的电源VCC的正极；
所述三极管Q1的集电极输出电压Vo1；
所述二极管D6的负极连接所述的电流互感器CT的负输出端、正极连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极连接地线、集电极通过所述电阻R5连接电源VCC的正极，所述三极管Q2的基极通过所述电阻R4连接电源VCC的正极，所述三极管Q2的集电极输出电压Vo2。
优选的，所述的IGBT驱动桥电路由IGBT管Q1、IGBT管Q2、 IGBT管Q3、IGBT管Q4和电容C1，所述IGBT管Q1、所述IGBT管 Q2、所述IGBT管Q3和所述IGBT管Q4构成全桥驱动电路，所述 IGBT管Q1的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器T的副边的1脚；
所述IGBT管Q2的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器T的副边的1脚；
所述IGBT管Q3的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器T的副边的2脚；
所述IGBT管Q4的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器T的副边的2脚；
所述IGBT管Q2的S极和所述IGBT管Q4的S极连接构成了第一输出端；
所述IGBT管Q1的D极和所述IGBT管Q3的D极连接构成了第二输出端；
第一输出端和第二输出端构成了所述IGBT驱动桥电路的输出端。
优选的，所述的二极管D1、所述的二极管D2、所述的二极管 D3和所述的二极管D4构成了一个桥式整流器。
优选的，所述的电压Vo1和所述的电压Vo2为互补驱动电压。
优选的，所述的同步整流侧为全桥驱动电路或半桥驱动电路。
优选的，所述的变压器T为带中间抽头的变压器。
本实施例中，所述电流互感器CT将大电流侧的电流ip通过互感器的匝比变为较小的电流is，进而对电流进行检测。
当电流互感器CT少匝数侧电流ip由负到正过零时，电流互感器 CT中采样出的电流信号is沿图2所示回路流动时，即由所述二极管 D1的正极输入，经过所述电阻R1流到所述电流互感器CT的负输出端，此时所述二极管D6导通，所述三极管Q2关断，所述电压 Vo2输出为高电平，而此时所述二极管D2关断，所述二极管D5关断，所述三极管Q1导通，所述电压Vo1输出为低电平，这样用两个电路输出了互补驱动信号，即所述电压Vo2和所述电压Vo1互补。
当所述电流互感器CT大电流侧ip电流由正到负过零时，所述电流互感器CT中采样出的电流信号is沿图3所示回路流动时，所述二极管D6关断，所述三极管Q1导通，所述电压Vo2输出低电平，而此时所述二极管D2开通，所述二极管D5开通，所述三极管Q1关断，所述电压Vo1输出高电平，这样用两个输出信号进行了反转，且由于二极管导通有压降存在，自然形成了两个互补信号的死区，如果驱动桥式电路，可以防止直通。
如图7为本发明的电压波形图，由图中可以看出，电压Vo1和电压Vo2在时序上互补。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处在于：
如图5所示，所述的同步整流侧包括IGBT管Q5、IGBT管Q6和电容C2，IGBT管Q5的D极连接变压器T的副边的1脚、S极连接 IGBT管Q6的S极，IGBT管Q6的D极连接变压器T的副边的2脚，变压器T的3脚，即中间抽头连接电容C3的正极，电容C3的负极连接变压器T的副边的2脚；
电流互感器CT设于变压器T的副边的1脚处，用于采集变压器 T的副边的1脚的电流。
在实施例2中，过零检测电路的电路结构和原理均与实施例1相同。
实施例3：
如图6所示，实施例3与实施例1的不同之处在于，所述的同步整流侧包括IGBT管Q5、IGBT管Q6和电容C2，IGBT管Q5的D极连接变压器T的副边的1脚、S极连接IGBT管Q6的S极，IGBT管 Q6的D极连接变压器T的副边的2脚，变压器T的3脚，即中间抽头连接电容C3的正极，电容C3的负极连接变压器T的副边的2脚；
电流互感器CT设于变压器T的副边的3脚处，用于采集变压器 T的副边的3脚的电流，即采集变压器T的中间抽头的电流信号。
在实施例3中，过零检测电路的电路结构和原理均与实施例1相同。
本发明所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，解决了对同步整流管的高精度、高速控制的技术问题，本发明利用CT多绕组侧电流is流向与桥式整流器中的二极管的导通同步的特点来实现对同步整流管的控制，并利用二极管的压降来实现高速翻转，实现了高精度的高速控制，且电路简单，成本较，本发明应用广泛，且能根据二极管的压降自动形成死区，防止直通。
在本发明中描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本发明中描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(ePROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述的程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述的程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA) 等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述的集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：包括将电流互感器CT串联接入同步整流侧，由CT对同步整流侧的电流进行采样，并通过过零检测电路获得电流过零检测信号，并将电流过零检测信号输出到控制电路，由电流过零检测信号对控制电路进行控制，得到输出的同步整流管控制信号。
2.如权利要求1所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的同步整流侧包括变压器T、IGBT驱动桥电路，IGBT驱动桥电路的输入端连接变压器T的副边、变压器T的原边连接外部电源，电容C1为IGBT驱动桥电路的输出端的滤波电容，所述的电流互感器CT设于变压器T的副边，用于对变压器T的副边的电流进行采样。
3.如权利要求1所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的过零检测电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、二极管D5、二极管D6、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1和三极管Q2，二极管D1的正极连接所述的电流互感器CT的正输出端、负极连接二极管D2的负极，二极管D2的负极连接地线，二极管D4的负极连接地线、正极连接所述的电流互感器CT的负输出端，二极管D3的正极连接所述的电流互感器CT的负输出端、负极连接二极管D1的负极，二极管D3的负极通过电阻R1连接地线；
二极管D5的负极连接所述的电流互感器CT的正输出端、正极连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接地线、集电极通过电阻R3连接电源VCC的正极，电源VCC的负极连接地线，三极管Q1的基极通过电阻R2连接所述的电源VCC的正极；
三极管Q1的集电极输出电压Vo1；
二极管D6的负极连接所述的电流互感器CT的负输出端、正极连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接地线、集电极通过电阻R5连接电源VCC的正极，三极管Q2的基极通过电阻R4连接电源VCC的正极，三极管Q2的集电极输出电压Vo2。
4.如权利要求2所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的IGBT驱动桥电路由IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4和电容C1，IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3和IGBT管Q4构成全桥驱动电路，IGBT管Q1的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器T的副边的1脚；
IGBT管Q2的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器T的副边的1脚；
IGBT管Q3的G极连接外部控制信号、S极连接所述的变压器T的副边的2脚；
IGBT管Q4的G极连接外部控制信号、D极连接所述的变压器T的副边的2脚；
IGBT管Q2的S极和IGBT管Q4的S极连接构成了第一输出端；
IGBT管Q1的D极和IGBT管Q3的D极连接构成了第二输出端；
第一输出端和第二输出端构成了IGBT驱动桥电路的输出端。
5.如权利要求3所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的二极管D1、所述的二极管D2、所述的二极管D3和所述的二极管D4构成了一个桥式整流器。
6.如权利要求3所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的电压Vo1和所述的电压Vo2为互补驱动电压。
7.如权利要求1所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的同步整流侧为全桥驱动电路或半桥驱动电路。
8.如权利要求2所述的一种基于电流检测的同步整流控制电路，其特征在于：所述的变压器T为带中间抽头的变压器。
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