CN113759198A - 用于电源适配器的检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电源适配器的检测电路及方法，该检测电路包括低压电源、第一开关电路、第二开关电路、限流电路和采样电路；低压电源的正极端连接有第一检测接头，第一开关电路和限流电路依次串联连接在低压电源的正极端；低压电源负极端连接有第二检测接头，第二开关电路的一端与第一开关电路和限流电路之间的节点连接，第二开关电路的另一端与低压电源的负极端和第二检测接头连接；采样电路与所述限流电路连接用于采集限流电路的电流。该申请通过对电源适配器加低压直流电，然后根据输出电流的各种波形，判断该电源适配器是否适合直流供电系统；能够在保证不损坏电源适配器的前提下，有效地检测出该电源适配器是否适合直流供电系统。

Description

用于电源适配器的检测电路及方法

技术领域

本发明涉及一种用于电源适配器的检测电路及方法。

背景技术

为满足设备本身对电源的需求，现有除感应电机外的设备都采用交流电源适配器或自带开关电源，将220V交流电转化为设备需要的直流电源。现在，直流供电技术得到蓬勃发张，在部分场合需要进行直流配电。但现有设备的电源适配器都是基于交流50Hz 220V工作环境开发，对直流供电不一定适合，就需要有检测方法检测现有的电源适配器是否能直接使用直流供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电源适配器的检测电路及方法，以解决现有目前没有用于检测电源适配器是否适用于直流配电系统的检测技术的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电源适配器的检测电路及方法，包括低压电源、第一开关电路、第二开关电路、限流电路和采样电路；

低压电源的正极端连接有第一检测接头，所述第一开关电路和限流电路依次串联连接在低压电源的正极端；低压电源负极端连接有第二检测接头，所述第二开关电路的一端与第一开关电路和限流电路之间的节点连接，第二开关电路的另一端与低压电源的负极端和第二检测接头连接；所述采样电路与所述限流电路连接用于采集限流电路的电流。

进一步地，所述第一开关电路为第一场效应管，所述第一场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第一场效应管的漏极分别与第二开关和所述限流电路连接，第一场效应管的栅极与开关控制信号连接。

进一步地，所述第二开关电路为第二场效应管，所述第二场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第二场效应管的漏极分别与第一开关和所述限流电路连接，第二场效应管的栅极与开关控制信号连接。

进一步地，该检测电路还包括分别与所述第一开关电路和第二开关电路连接的控制器，所述控制器用于向第一开关电路和第二开关电路发送开关控制信号控制所述第一开关电路和第二开关电路的导通和关断。

进一步地，所述采样电路与所述控制器连接，所述控制器用于获取采样电路采集到的电流信号，并根据所述电流信号自动判断电源适配器是否适用于于直流配电系统。

进一步地，该系统还包括与所述控制器连接的人机交互单元。

进一步地，该系统还包括与所述控制器连接的通信接口。

此外，本发明还提供了一种上述检测电路检测电源适配器是否适用于直流配电系统的检测方法，包括以下步骤：

S1：将上述检测电路接入所述待检测电源适配器；

S2：使第一点开关导通，断开第二开关，采集流过限流电路的动态电流值i₁；

S3：使第二点开关导通，断开第一开关，采集流过限流电路的动态电流值i₂；

S4：根据动态电流值i₁和动态电流值i₂判断待检测电源适配器是否适用于直流配电系统。

进一步地，该检测方法还包括对所述动态电流值i₁进行验证，动态电流值i₁的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第一开关电路导通，第二开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₁’然后将所述参考动态电流值i₁’与动态电流值i₁进行比较，对动态电流值i₁进行验证。

进一步地，该检测方法还包括对所述动态电流值i₂进行验证，动态电流值i₂的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第二开关电路导通，第一开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₂’然后将所述参考动态电流值i₂’与动态电流值i₂进行比较，对动态电流值i₂进行验证。

本发明的有益效果为：该检测系统和检测方法为无损检测，能够在保证不损坏电源适配器的前提下，有效地检测出该电源适配器是否适合直流供电系统。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的检测电路图；

图2为本发明另一个实施例的检测电路结构框图；

图3为交流侧变压、直流侧线性电源典型原理图；

图4为开关电源型式电源适配器原理图；

图5为带隔离变压器的电源适配器；

图6为采用阻容降压的电源适配器原理图；

图7为输入侧为变压器的电源适配器的检测原理图；

图8为图7中的K在位置1时等效电路图；

图9为图7中的K在位置2时等效电路图；

图10为图7中的K在位置1时R0上电流波形图；

图11为图7中的K在位置2时R0上电流波形图；

图12为输入侧为阻容降压的电源适配器的检测原理图；

图13为图12中的K在位置1时等效电路；

图14为图12中的K在位置1时R0上电流波形图；

图15为采用开关电源的电源适配器的检测原理图；

图16为图15中的K在位置1时的等效电路；

图17为图15中的K在位置1时R0上电流波形图。

具体实施方式

如图1所示的用于电源适配器的检测电路及方法，包括低压电源、第一开关电路、第二开关电路、限流电路和采样电路；所述低压电源的正极端连接有第一检测接头，所述第一开关电路和限流电路依次串联连接在低压电源的正极端；低压电源负极端连接有第二检测接头，所述第二开关电路的一端与第一开关电路和限流电路之间的节点连接，第二开关电路的另一端与低压电源的负极端和第二检测接头连接；所述采样电路与所述限流电路连接用于采集限流电路的电流。

检测过程中，通过将第一检测接头和第二检测接头分别与电源适配器的正负输入端连接，然后检测第一开关电路和第二开关电路的分别在导通和关断时，采样电路检测到流经限流电路的电流值，然后根据电流值判断电源适配器是否适用于直流配电系统；该检测系统和检测方法为无损检测，能够在保证不损坏电源适配器的前提下，有效地检测出该电源适配器是否适合直流供电系统。

根据本申请的一个实施例，所述第一开关电路为第一场效应管，所述第一场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第一场效应管的漏极分别与第二开关和所述限流电路连接，第一场效应管的栅极与开关控制信号连接。其中，所述第一场效应管为NMOS(N型金属氧化物半导体)管。

根据本申请的一个实施例，所述第二开关电路为第二场效应管，所述第二场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第二场效应管的漏极分别与第一开关和所述限流电路连接，第二场效应管的栅极与开关控制信号连接。其中，所述第二场效应管为NMOS(N型金属氧化物半导体)管。

根据本申请的一个实施例，如图2所示，该检测电路还包括分别与所述第一开关电路和第二开关电路连接的控制器，所述控制器用于向第一开关电路和第二开关电路发送开关控制信号控制所述第一开关电路和第二开关电路的导通和关断。其中，所述控制器可采用32单片机，其采样周期不高于1us，并能记录每次采样数据，对每个电源适配器是否适合直流配电使用做记录。

根据本申请的一个实施例，所述采样电路与所述控制器连接，所述控制器用于获取采样电路采集到的电流信号，并根据所述电流信号自动判断电源适配器是否适用于于直流配电系统。采样电路将流经限流电路(电阻R0)的电流值经控制器(单片机)的AD采样接口传输到控制器，控制器将接收到的电流值与参考值进行比较，即可判断自动判断电源适配器是否适用于于直流配电系统。

根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述控制器连接的人机交互单元。其中，所述交互单元包括触摸屏，触摸显示屏可显示每次采样电流波形，也可便于用户设置控制器参数。

根据本申请的一个实施例，该系统还包括与所述控制器连接的通信接口；控制器可通过通信接口将检测结果传输到其他设备。

此外，本发明还提供了一种上述检测电路检测电源适配器是否适用于直流配电系统的检测方法，包括以下步骤：

S1：将上述检测电路接入所述待检测电源适配器；

S2：使第一点开关导通，断开第二开关，采集流过限流电路的动态电流值i₁；

S3：使第二点开关导通，断开第一开关，采集流过限流电路的动态电流值i₂；

S4：根据动态电流值i₁和动态电流值i₂判断待检测电源适配器是否适用于直流配电系统。

根据本申请的一个实施例，该检测方法还包括对所述动态电流值i₁进行验证，动态电流值i₁的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第一开关电路导通，第二开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₁’然后将所述参考动态电流值i₁’与动态电流值i₁进行比较，对动态电流值i₁进行验证。

根据本申请的一个实施例，该检测方法还包括对所述动态电流值i₂进行验证，动态电流值i₂的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第二开关电路导通，第一开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₂’然后将所述参考动态电流值i₂’与动态电流值i₂进行比较，对动态电流值i₂进行验证。

本申请通过对动态电流值i₁和动态电流值i₂进行验证，可验证对上述检测电路和检测方法的监测计国进行验证，以保证检测结果的准确性。

下面以现有设备电源适配器为例，对上述检测原理进行详细说明：

1、现有设备电源适配器分析如下

(1)交流侧变压、直流侧线性电源。

这类交流侧设置降压变压器，变压器输出功率和电压与最后直流输出电压匹配。这类电源适配器典型原理图如图3所示。这类电源不能用于直流供电系统。

(2)典型开关电源。这类电源适配器原理图如图4所示。

(3)部分设备为了电气安全和减小谐波影响，在电源适配器输入侧增加了隔离变压器，这类电源适配器不能使用直流供电。原理图如图5所示。

(4)采用阻容降压的电源适配器。部分低成本电源采用阻容降压模式，这类电源适配器对直流分压过大，使用直流供电不能达到使用要求，这类电源不能使用直流供电。采用阻容降压的电源适配器原理图如图6所示。

2、检测原理为：

(1)对于图3和图5所示的电源适配器，交流侧等效为电阻和电感，检测原理图如图5所示。U_s为低压直流电压电源，i为电流，R0为检测采样电阻，R为电源适配器交流侧等效电阻，L为交流侧等效电感，K为开关，可放置在位置1和位置2。

当K开关在位置1时，等效电路见图8。

可得到一阶微分方程：

由i(0)＝0，i(∞)＝Us/(R+R₀)，解方程(1)，可得：

这时流过R0的电流波形见图10。

当K在位置2时，等效电路见图9。

可得到一阶微分方程：

由i(0)＝Us/(R+R₀)，i(∞)＝0，解方程(3)可得：

流过R0的电流波形见图11。

由于R值一般较小，在开关K在位置1时，电流稳态值较大。根据上述分析，如检测开关在位置1和2时，采样电阻上电流波形如图10和图11，则该电源适配器不能直接使用直流供电。

(2)针对采用阻容降压的电源适配器

对于图6的电源适配器，交流侧等效为电阻和电容，检测原理图如图12所示。U_s为低压直流电压电源，i为电流，R0为检测采样电阻，R1和C1为电源适配器阻容降压电阻和电容，C2和R2为电源适配器交流侧等效电容和电阻，D为等效整流二极管，K为开关，可放置在位置1和位置2。

当开关K在位置1时，等效电路见图13，可以得到方程组：

采用拉普拉斯变化方法，可得到：

其中

电流i(t)的波形图如图14所示。

当开关K在位置2时，由于二极管的反向截至功能，电容并不能放电，i＝0。

根据上述分析，如检测开关在位置1和2时，采样电阻上电流波形如图11和电流为零，则该电源适配器不能直接使用直流供电。

(3)针对采用开关电源的电源适配器

对于图2的电源适配器，交流侧等效为电阻和电容，检测原理图如图13所示。U_s为低压直流电压电源，i为电流，R0为检测采样电阻，D为等效整流二极管，R1和C1为电源适配器交流侧等效电容和电阻，K为开关，可放置在位置1和位置2。

当开关K在位置1时，检测等效电路见图14，可得到一阶微分方程：

由u_c1(0)＝0，可得：

这时流过R0的电流i(t)波形见图17。

当开关K在位置2时，由于二极管的反向截至功能，电容并不能放电，i＝0。

根据上述分析，如检测开关在位置1和2时，采样电阻上电流波形如图15和电流为0，则该电源适配器能够直接使用直流供电。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于检测电源适配器是否适用于直流配电系统的检测电路，其特征在于，包括低压电源、第一开关电路、第二开关电路、限流电路和采样电路；

所述低压电源的正极端连接有第一检测接头，所述第一开关电路和限流电路依次串联连接在低压电源的正极端；低压电源负极端连接有第二检测接头，所述第二开关电路的一端与第一开关电路和限流电路之间的节点连接，第二开关电路的另一端与低压电源的负极端和第二检测接头连接；所述采样电路与所述限流电路连接用于采集限流电路的电流。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一开关电路为第一场效应管，所述第一场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第一场效应管的漏极分别与第二开关和所述限流电路连接，第一场效应管的栅极与开关控制信号连接。

3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第二开关电路为第二场效应管，所述第二场效应管的源极与低压电源的正极端连接，第二场效应管的漏极分别与第一开关和所述限流电路连接，第二场效应管的栅极与开关控制信号连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的检测电路，其特征在于，该检测电路还包括分别与所述第一开关电路和第二开关电路连接的控制器，所述控制器用于向第一开关电路和第二开关电路发送开关控制信号控制所述第一开关电路和第二开关电路的导通和关断。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于，所述采样电路与所述控制器连接，所述控制器用于获取采样电路采集到的电流信号，并根据所述电流信号自动判断电源适配器是否适用于于直流配电系统。

6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于，该系统还包括与所述控制器连接的人机交互单元。

7.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于，该系统还包括与所述控制器连接的通信接口。

8.一种利用权利要求1-7任一所述的检测电路检测电源适配器是否适用于直流配电系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将1-7任一所述的检测电路接入所述待检测电源适配器；

S2：使第一点开关导通，断开第二开关，采集流过限流电路的动态电流值i₁；

S3：使第二点开关导通，断开第一开关，采集流过限流电路的动态电流值i₂；

S4：根据动态电流值i₁和动态电流值i₂判断待检测电源适配器是否适用于直流配电系统。

9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，该检测方法还包括对所述动态电流值i₁进行验证，动态电流值i₁的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第一开关电路导通，第二开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₁’然后将所述参考动态电流值i₁’与动态电流值i₁进行比较，对动态电流值i₁进行验证。

10.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，该检测方法还包括对所述动态电流值i₂进行验证，动态电流值i₂的验证方法为：

获取待检测电源适配器的等效电路；

根据基尔霍夫定律，得到当第二开关电路导通，第一开关关断时，检测电路与待检测电源适配器的等效电路形成的回路的微分方程；

求解所述微分方程，得到所述参考动态电流值i₂’然后将所述参考动态电流值i₂’与动态电流值i₂进行比较，对动态电流值i₂进行验证。

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