CN114325037A - 谐振变换器的励磁电流检测装置、电源和智慧灯杆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及谐振变换器的励磁电流检测装置、电源和智慧灯杆，包括：输入电路、初级电路、次级电路以及励磁电流检测电路；输入电路接入LLC谐振变换器的直流变换电路，接入直流变换电路的输出电压，并对输出电压进行滤波处理，以输出稳定的电压信号；初级电路与输入电路连接，对电压信号进行转换处理后形成初级信号；次级电路与初级电路对应设置，基于初级信号进行处理，并输出次级信号至后级电路；励磁电流检测电路与初级电路连接，对初级电路上的励磁电流进行检测，并输出励磁电流检测信号。本发明通过励磁电流检测电路可以直接检测LLC谐振变换器的励磁电流，不需要采用复杂的软件算法和硬件结构，检测方式简单高效，从而有效降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及灯杆的技术领域，更具体地说，涉及一种谐振变换器的励磁电流检测装置、电源和智慧灯杆。
背景技术
随着科技的发展，对灯杆的技术要求越来越高，如需要对灯杆中的LLC谐振变换器的电流进行检测，以满足相应的控制需求。
然而，现有用于LLC谐振变换器的电流检测方式存在以下弊端：
1、不检测LLC谐振变换器电流，使用电压控制方式，其环路响应速度慢，逐周期保护性能不好，电源可靠性差。
2、电流检测装置串联在LLC谐振变换器回路中，通过间接的方式得出励磁电流，使用软硬件结合，控制系统复杂，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有的缺陷，提供一种谐振变换器的励磁电流检测装置、电源和智慧灯杆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种谐振变换器的励磁电流检测装置，包括：输入电路、初级电路、次级电路以及励磁电流检测电路；
所述输入电路接入LLC谐振变换器的直流变换电路，用于接入所述直流变换电路的输出电压，并对所述输出电压进行滤波处理，以输出稳定的电压信号；
所述初级电路与所述输入电路连接，用于对所述电压信号进行转换处理后形成初级信号；
所述次级电路与初级电路对应设置，用于基于所述初级信号进行处理，并输出次级信号至后级电路；
所述励磁电流检测电路与所述初级电路连接，用于对所述初级电路上的励磁电流进行检测，并输出励磁电流检测信号。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述初级电路包括：开关电路和谐振电路；
所述开关电路与所述输入电路连接，用于根据所接收的开关信号控制所述电压信号的通断；
所述谐振电路与所述开关电路连接，用于在所述电压信号流入时，对所述电压信号进行转换处理，形成所述初级信号。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述开关电路包括：第一开关管和第二开关管；所述谐振电路包括：谐振电感、谐振电容以及变压器的初级绕组；
所述第一开关管的第一端连接所述输入电路，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端并连接至所述谐振电感的输入端，所述第一开关管的控制端接收所述开关信号；
所述第二开关管的第二端与所述谐振电容的第二端连接，所述第二开关管的控制端接收所述开关信号，所述谐振电感的输出端连接所述变压器的初级绕组的输入端，所述变压器的初级绕组的输出端连接所述谐振电容的第一端；
所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端还连接至所述励磁电流检测电路。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述励磁电流检测电路包括：电流采样电路和励磁整流电路；
所述电流采样电路的输入端连接所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端，所述电流采样电路的输出端连接所述励磁整流电路的输入端，所述励磁整流电流的输出端输出所述励磁电流检测信号。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述电流采样电路包括：第一电阻和电流互感器；所述励磁整流电路包括：整流桥和第二电阻；
所述第一电阻的第一端作为所述电流采样电路的输入端连接所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端，所述第一电阻的第二端连接所述电流互感器的第一端，所述电流互感器的第二端连接所述变压器的初级绕组的输出端，所述电流互感器的第三端连接所述整流桥的第一端，所述电流互感器的第四端连接所述整流桥的第二端；
所述整流桥的第三端连接所述谐振电容的第二端，所述整流桥的第四端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述谐振电容的第二端；所述整流桥的第四端与所述第二电阻的第一端的连接端输出所述励磁电流检测信号。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述次级电路包括：输出电路和次级整流电路；
所述输出电路用于感应所述变压器的初级绕组输出的初级信号，并根据所述初级信号产生所述次级信号；
所述次级整流电路与所述输出电路连接，用于对所述次级信号进行整流处理后，输出至所述后级电路。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述输出电路包括：变压器的第一次级绕组和变压器的第二次级绕组；所述次级整流电路包括：第五二极管和第六二极管；
所述变压器的第二次级绕组的第一端连接所述第五二极管的阳极，所述第五二极管的阴极连接所述后级电路，所述变压器的第二次级绕组的第二端连接所述变压器的第一次级绕组的第一端并连接至地，所述变压器的第一次级绕组的第二端连接所述第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极连接所述第五二极管的阴极。
在本发明所述的谐振变换器的励磁电流检测装置中，所述变压器的漏感小于其励磁电感；
所述电流互感器的励磁电感大于所述变压器的励磁电感。
本发明还提供一种电源，包括以上所述的谐振变换器的励磁电流检测装置。
本发明还提供一种智慧灯杆，包括以上所述的电源。
实施本发明的谐振变换器的励磁电流检测装置、电源和智慧灯杆，具有以下有益效果：包括：输入电路、初级电路、次级电路以及励磁电流检测电路；输入电路接入LLC谐振变换器的直流变换电路，接入直流变换电路的输出电压，并对输出电压进行滤波处理，以输出稳定的电压信号；初级电路与输入电路连接，对电压信号进行转换处理后形成初级信号；次级电路与初级电路对应设置，基于初级信号进行处理，并输出次级信号至后级电路；励磁电流检测电路与初级电路连接，对初级电路上的励磁电流进行检测，并输出励磁电流检测信号。本发明通过励磁电流检测电路可以直接检测LLC谐振变换器的励磁电流，不需要采用复杂的软件算法和硬件结构，检测方式简单高效，从而有效降低成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例提供的谐振变换器的励磁电流检测装置的原理框图；
图2是本发明实施例提供的谐振变换器的励磁电流检测装置的电路图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1，为本发明提供的谐振变换器的励磁电流检测装置一可选实施例的原理框图。
可选的，本发明实施例中，该谐振变换器可以为LLC谐振变换器。即该谐振变换器的励磁电流检测装置可以用于检测LLC谐振变换器的励磁电流。具体的，如图1所示，该谐振变换器的励磁电流检测装置可以包括：输入电路10、初级电路20、次级电路30以及励磁电流检测电路40。
输入电路10接入LLC谐振变换器的直流变换电路，用于接入直流变换电路的输出电压(如图2中的VPFC)，并对输出电压进行滤波处理，以输出稳定的电压信号。
可选的，本发明实施例中，该直流变换电路可以为DC/DC电路，包括但不限于功率因数校正电路(APFC电路)、PFC电路等。只要是可以稳定输出电压的直流转换电路即可。
初级电路20与输入电路10连接，用于对电压信号进行转换处理后形成初级信号。
次级电路30与初级电路20对应设置，用于基于初级信号进行处理，并输出次级信号至后级电路。
励磁电流检测电路40与初级电路20连接，用于对初级电路20上的励磁电流进行检测，并输出励磁电流检测信号。
可选的，本发明实施例中，输入电路10可以包括：输入电容CE1。其中该输入电容CE1的第一端接入LLC谐振变换器的直流变换电路，以对直流变换电路的输出电压进行滤波处理，以得到一个稳定的电压，保证后级接收的电压信号的稳定性和可靠性。
可选的，本发明实施例中，该初级电路20包括：开关电路201和谐振电路202。
开关电路201与输入电路10连接，用于根据所接收的开关信号控制电压信号的通断。谐振电路202与开关电路201连接，用于在电压信号流入时，对电压信号进行转换处理，形成初级信号。
在一个具体实施例中，如图2所示，该开关电路201包括：第一开关管Q1和第二开关管Q2；谐振电路202包括：谐振电感LR1、谐振电容CR1以及变压器的初级绕组T1-A。
第一开关管Q1的第一端连接输入电路10，第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端并连接至谐振电感LR1的输入端，第一开关管Q1的控制端接收开关信号。第二开关管Q2的第二端与谐振电容CR1的第二端连接，第二开关管Q2的控制端接收开关信号，谐振电感LR1的输出端连接变压器的初级绕组T1-A的输入端，变压器的初级绕组T1-A的输出端连接谐振电容CR1的第一端；变压器的初级绕组T1-A的输入端与谐振电感LR1的输出端的连接端还连接至励磁电流检测电路40。
可选的，本发明实施例中，第一开关管Q1和第二开关管Q2可以为MOS管。其中，第一开关管Q1的第一端为MOS管的漏极，第一开关管Q1的第二端为MOS管的源极，第一开关管Q1的控制端为MOS管的栅极。同理，第二开关管Q2的第一端为MOS管的漏极，第二开关管Q2的第二端为MOS管的源极，第二开关管Q2的控制端为MOS管的栅极。
可选的，本发明实施例中，该励磁电流检测电路40包括：电流采样电路401和励磁整流电路402。
其中，电流采样电路401的输入端连接变压器的初级绕组T1-A的输入端与谐振电感LR1的输出端的连接端，电流采样电路401的输出端连接励磁整流电路402的输入端，励磁整流电流的输出端输出励磁电流检测信号。
在一个具体实施例中，如图2所示，该电流采样电路401包括：第一电阻R1和电流互感器L2；励磁整流电路402包括：整流桥和第二电阻R2。
第一电阻R1的第一端作为电流采样电路401的输入端连接变压器的初级绕组T1-A的输入端与谐振电感LR1的输出端的连接端，第一电阻R1的第二端连接电流互感器L2的第一端，电流互感器L2的第二端连接变压器的初级绕组T1-A的输出端，电流互感器L2的第三端连接整流桥的第一端，电流互感器L2的第四端连接整流桥的第二端。
整流桥的第三端连接谐振电容CR1的第二端，整流桥的第四端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接谐振电容CR1的第二端；整流桥的第四端与第二电阻R2的第一端的连接端输出励磁电流检测信号。
具体的，如图2所示，整流桥由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成，其中，第一二极管的阴极和第二二极管的阳极的连接端为整流桥的第一端，第一二极管的阳极和第四二极管的阳极的连接端为整流桥的第三端，第四二极管的阴极和第三二极管的阳极的连接端为整流桥的第二端，第三二极管的阴极和第二二极管的阴极的连接端为整流桥的第四端。
可选的，本发明实施例中，次级电路30包括：输出电路301和次级整流电路302。
输出电路301用于感应变压器的初级绕组T1-A输出的初级信号，并根据初级信号产生次级信号；次级整流电路302与输出电路301连接，用于对次级信号进行整流处理后，输出至后级电路。
在一个具体实施例中，如图2所示，输出电路301包括：变压器的第一次级绕组T1-C和变压器的第二次级绕组T1-B。次级整流电路302包括：第五二极管D5和第六二极管D6。
变压器的第二次级绕组T1-B的第一端连接第五二极管D5的阳极，第五二极管D5的阴极连接后级电路，变压器的第二次级绕组T1-B的第二端连接变压器的第一次级绕组T1-C的第一端并连接至地，变压器的第一次级绕组T1-C的第二端连接第六二极管D6的阳极，第六二极管D6的阴极连接第五二极管D5的阴极。
可以理解地，本发明实施例中，变压器的初级绕组T1-A为变压器的励磁电感。
进一步地，本发明实施例中，变压器的漏感小于其励磁电感。其中，变压器的漏感需远小于其励磁电感，一般地，变压器的励磁电感为其漏感的50～100倍。在实际应用中，可以通过变压器绕法实现。
进一步地，本发明实施例中，电流互感器L2的励磁电感大于变压器的励磁电感。其中，电流互感器L2的励磁电感需远大于变压器的励磁电感，一般地，电流互感器L2的励磁电感为变压器的励磁电感的50～100倍。可选的，电流互感器L2的匝比根据实际应用情况适当调整。
进一步地，本发明实施例中，在选取电流互感器L2时，若电流互感器L2的内阻较小，则可以通过在电流互感器L2上串联电阻，以阻止LLC谐振变换器回路的电流渡过电流互感器L2，同时也让电流互感器L2的励磁电感和变压器的励磁电感组成的回路收敛。可选的，在一些实施例中，串联的电阻阻值一般可取10～1000欧姆。
具体的，如图2所示，本发明通过在变压器的初级绕组T1-A上并联电流互感器L2，并结合串联的第一电阻R1实现对LLC谐振变换器的励磁电流的直接采样。
如图2所示，当变压器的次级输出电压产生的反射电压施加在变压器初级的励磁电感(初级绕组)上时，由于电流互感器L2与变压器的初级绕组T1-A并联，次级的反射电压通过第一电阻R1同时施加在电流互感器L2的绕组励磁电感上，产生励磁电流并通过电流互感器L2传送到其另外一外绕组，再通过整流桥整流后，在第二电阻R2上产生一个锯齿波的电压信号，该电压信号即为励磁电流信号对应转换得到的，因此，通过检测该锯齿波的电压信号，即可实现对LLC谐振变换器的变压器的砺磁电流的直接检测。例如，该励磁电流检测信号可直接输送给电流模式控制芯片(如UC3846系列等)，可轻松应用在LLC谐振变换器不，不受制于专用芯片厂的技术限制。
或者，在其他一些实施例中，本发明还提供一种电源，包括本发明实施例公开的谐振变换器的励磁电流检测装置。其中，该电源可以包括但不限于LED驱动电源、其他照明装置等。
或者，在其他一些实施例中，本发明还提供一种智慧灯杆，该智慧灯杆可包括本发明实施例公开的电源。
本发明通过使用并联的电流互感器L2直接检测LLC谐振变换器的变压器的初级的励磁电流，不需要通过复杂的软件算法和硬件结构，采用通用的电流模式控制芯片(如UC3846)即可实现，大大降低了LLC谐振变换器系统的设计难度和成本，提高了LLC谐振变换器系统的响应速度和可靠性，而且也不受限于专用芯片的技术限制，可广泛应用于不同的场合。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，包括：输入电路、初级电路、次级电路以及励磁电流检测电路；
所述输入电路接入LLC谐振变换器的直流变换电路，用于接入所述直流变换电路的输出电压，并对所述输出电压进行滤波处理，以输出稳定的电压信号；
所述初级电路与所述输入电路连接，用于对所述电压信号进行转换处理后形成初级信号；
所述次级电路与初级电路对应设置，用于基于所述初级信号进行处理，并输出次级信号至后级电路；
所述励磁电流检测电路与所述初级电路连接，用于对所述初级电路上的励磁电流进行检测，并输出励磁电流检测信号。
2.根据权利要求1所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述初级电路包括：开关电路和谐振电路；
所述开关电路与所述输入电路连接，用于根据所接收的开关信号控制所述电压信号的通断；
所述谐振电路与所述开关电路连接，用于在所述电压信号流入时，对所述电压信号进行转换处理，形成所述初级信号。
3.根据权利要求2所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述开关电路包括：第一开关管和第二开关管；所述谐振电路包括：谐振电感、谐振电容以及变压器的初级绕组；
所述第一开关管的第一端连接所述输入电路，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端并连接至所述谐振电感的输入端，所述第一开关管的控制端接收所述开关信号；
所述第二开关管的第二端与所述谐振电容的第二端连接，所述第二开关管的控制端接收所述开关信号，所述谐振电感的输出端连接所述变压器的初级绕组的输入端，所述变压器的初级绕组的输出端连接所述谐振电容的第一端；
所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端还连接至所述励磁电流检测电路。
4.根据权利要求3所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述励磁电流检测电路包括：电流采样电路和励磁整流电路；
所述电流采样电路的输入端连接所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端，所述电流采样电路的输出端连接所述励磁整流电路的输入端，所述励磁整流电流的输出端输出所述励磁电流检测信号。
5.根据权利要求4所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述电流采样电路包括：第一电阻和电流互感器；所述励磁整流电路包括：整流桥和第二电阻；
所述第一电阻的第一端作为所述电流采样电路的输入端连接所述变压器的初级绕组的输入端与所述谐振电感的输出端的连接端，所述第一电阻的第二端连接所述电流互感器的第一端，所述电流互感器的第二端连接所述变压器的初级绕组的输出端，所述电流互感器的第三端连接所述整流桥的第一端，所述电流互感器的第四端连接所述整流桥的第二端；
所述整流桥的第三端连接所述谐振电容的第二端，所述整流桥的第四端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述谐振电容的第二端；所述整流桥的第四端与所述第二电阻的第一端的连接端输出所述励磁电流检测信号。
6.根据权利要求3所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述次级电路包括：输出电路和次级整流电路；
所述输出电路用于感应所述变压器的初级绕组输出的初级信号，并根据所述初级信号产生所述次级信号；
所述次级整流电路与所述输出电路连接，用于对所述次级信号进行整流处理后，输出至所述后级电路。
7.根据权利要求6所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述输出电路包括：变压器的第一次级绕组和变压器的第二次级绕组；所述次级整流电路包括：第五二极管和第六二极管；
所述变压器的第二次级绕组的第一端连接所述第五二极管的阳极，所述第五二极管的阴极连接所述后级电路，所述变压器的第二次级绕组的第二端连接所述变压器的第一次级绕组的第一端并连接至地，所述变压器的第一次级绕组的第二端连接所述第六二极管的阳极，所述第六二极管的阴极连接所述第五二极管的阴极。
8.根据权利要求5所述的谐振变换器的励磁电流检测装置，其特征在于，所述变压器的漏感小于其励磁电感；
所述电流互感器的励磁电感大于所述变压器的励磁电感。
9.一种电源，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的谐振变换器的励磁电流检测装置。
10.一种智慧灯杆，其特征在于，包括权利要求9所述的电源。
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