CN115219770A - 电压检测装置、电压采样电路及隔离电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电压检测装置、电压采样电路及隔离电源,该电压检测装置包括:采样电路,用于对正极输出端与负极输出端的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号;控制单元,用于根据单端输出信号确定输出电压的电压值,并根据输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动输出开关导通或者关断;控制单元与采样电路不共地。本发明通过设置不共地采样电路,检测隔离电源的输出电压,电路结构简单,且只占用一个控制单元引脚,有利于节约硬件成本。
Description
技术领域
本发明涉及电压检测技术领域,尤其涉及一种电压检测装置、电压采样电路及隔离电源。
背景技术
隔离电源是指输入电路和输出电路通过变压器等磁性元器件实现电气连接的电源设备,隔离电源的输入电路和输出电路是不共地的,可靠性高,多应用于大功率和对地干扰防护要求较高的场景。
在采用隔离电源对外充电过程中,需要检测输出端口的电压,根据输出端口的电压检测结果控制充电回路启停,避免发生反接等问题。
在现有技术中,通常在变压器添加辅助绕组的方式构成独立检测回路,采用该辅助绕组所在的检测回路检测输出端口的电压,其存在以下问题:添加辅助绕组会增加变压器的绕线空间,使用不便,且检测成本较高。
发明内容
本发明提供了一种电压检测装置、电压采样电路及隔离电源,以解决现有的输出电压检测方式成本高、使用不便的问题,电路结构简单,成本低。
根据本发明的一方面,提供了一种电压检测装置,用于检测隔离电源的输出电压,所述隔离电源的电压输出回路设有输出开关、正极输出端和负极输出端;所述电压检测装置包括:采样电路,用于对所述正极输出端与所述负极输出端的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号;控制单元,用于根据所述单端输出信号确定所述输出电压的电压值,并根据所述输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动所述输出开关导通或者关断;所述控制单元与所述采样电路不共地。
可选地,所述正极输出端或者所述负极输出端中的任一项为所述采样电路的等效采样地端。
可选地,所述采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和开关管;所述第一电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第一电阻与所述第二电阻之间设有第一节点;所述第二电阻的第二端与所述负极输出端电连接;所述第三电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第三电阻的第二端与所述开关管的输入端电连接;所述开关管的控制端与所述第一节点电连接,所述开关管的输出端与所述第四电阻的第一端电连接;所述第四电阻的第二端与所述控制单元的信号地端电连接。
可选地,所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻的阻值满足:所述开关管工作在放大区。
可选地,所述开关管为下述任一项: P沟道型MOS管或者PNP型三极管。
可选地,所述电压检测装置还包括滤波电路,所述滤波电路设置在所述采样电路的差分输出端,所述滤波电路用于对所述采样电路的输出信号进行稳压滤波,得到所述单端输出信号。
可选地,所述电压输出回路还包括采样电阻和电解电容;所述电解电容的正极端与所述正极输出端电连接,所述电解电容的负极端经所述输出开关与所述负极输出端电连接;所述采样电阻电连接于所述电解电容的负极端与所述输出开关之间,所述采样电阻用于获取所述电压输出回路的充电电流;所述控制单元还用于,根据所述充电电流和所述输出电压的电压值对所述电解电容进行稳压调节。
根据本发明的另一方面,提供了一种电压采样电路,用于上述电压检测装置,所述电压采样电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和开关管;所述第一电阻的第一端与所述电压检测装置的正极输出端电连接,所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第一电阻与所述第二电阻之间设有第一节点;所述第二电阻的第二端与所述电压检测装置的负极输出端电连接;所述第三电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第三电阻的第二端与所述开关管的输入端电连接;所述开关管的控制端与所述第一节点电连接,所述开关管的输出端与所述第四电阻的第一端电连接;所述第四电阻的第二端与所述控制单元的信号地端电连接。
可选地,所述正极输出端或者所述负极输出端中的任一项为所述采样电路的等效采样地端。
根据本发明的另一方面,提供了一种隔离电源,包括:上述电压检测装置;或者,上述电压采样电路。
本发明实施例的技术方案,设置采样电路和控制单元,通过采样电路对正极输出端与负极输出端的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号;控制单元根据单端输出信号确定输出电压的电压值,并根据输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动输出开关导通或者关断;控制单元与采样电路不共地,通过设置不共地采样电路,检测不共地电源输出端口的电压,解决现有的输出电压检测方式成本高、使用不便的问题,电路结构简单,硬件电路检测响应速度高,且只占用一个控制单元引脚,有利于节约硬件成本。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电压检测装置的结构示意图;
图2为本发明提供的一种电压检测装置的电路原理图;
图3为本发明提供的一种隔离电源的结构示意图;
图4为本发明提供的另一种隔离电源的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本发明提供的一种电压检测装置的结构示意图,本实施例可适用于检测隔离电源的输出端口电压的应用场景,该隔离电源的输出端口与主电源不共地。
如图1所示,该隔离电源设有变压器T1,以实现主电源与电压输出回路之间的不共地电气连接。该隔离电源的电压输出回路设有输出开关Q1、正极输出端B+和负极输出端SGND,当输出开关Q1导通时,电压输出回路导通,隔离电源对用电负载进行充电;当输出开关Q1关断时,电压输出回路断开,隔离电源停止对用电负载充电。典型地,该用电负载可为电池组件。
如图1所示,该电压检测装置00包括:采样电路110,用于对正极输出端B+与负极输出端SGND的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号Sout;控制单元U1,用于根据单端输出信号Sout确定输出电压的电压值,并根据输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动输出开关Q1导通或者关断;控制单元U1与采样电路110不共地。
其中,控制单元U1可为MCU芯片,控制单元U1输出的开关驱动信号可为高电平信号或者低电平信号。
在本发明的实施例中,控制单元U1的接地端可与变压器T1的副边绕组的接地端共地,即言,若定义变压器T1的副边绕组的接地端为GND,则控制单元U1的接地端可为GND;接地端GND不作为采样电路110的采样地端,以实现控制单元U1与采样电路110之间的不共地。
一实施例中,采样电路110可为差分放大电路,该差分放大电路用于将正极输出端B+的电压采样信号与负极输出端SGND的电压采样信号转换为电流信号,并将电流信号转换为单端输出信号Sout,该单端输出信号Sout可为模拟电压信号。
具体而言,在采用隔离电源对用电负载充电时,将正极输出端B+与用电负载的正极端+电连接,并将负极输出端SGND与用电负载的负极端-电连接。采样电路110持续检测正极输出端B+的电压采样信号与负极输出端SGND的电压采样信号,将两个电压采样信号转换为电流信号,并将电流信号转换为单端输出信号Sout,使控制单元U1根据单端输出信号Sout计算输出电压的电压值,若输出电压的电压值满足充电电压需求,则控制单元U1输出第一开关驱动信号(例如为高电平信号),驱动输出开关Q1导通,使电压输出回路导通,隔离电源经导通的电压输出回路对用电负载进行充电;若输出电压的电压值不满足充电电压需求,例如,输出电压的电压值低于充电电压值,则控制单元U1输出第二开关驱动信号(例如为低电平信号),驱动输出开关Q1关断,使电压输出回路断开,隔离电源停止对用电负载供电。
由此,本申请的技术方案,通过设置不共地采样电路,检测不共地电源输出端口的电压,解决了现有的输出电压检测方式成本高、使用不便的问题,电路结构简单,硬件电路检测响应速度高,且只占用一个控制单元引脚,有利于节约硬件成本。
一实施例中,正极输出端B+或者负极输出端SGND中的任一项为采样电路110的等效采样地端。
具体而言,控制单元U1的接地端可与变压器T1的副边绕组的接地端共地,控制单元U1与采样电路110之间不共地,由此,可定义采样电路110的接地端为等效采样地端,在检测正极输出端B+的电压采样信号与负极输出端SGND的电压采样信号之时,可将正极输出端B+或者负极输出端SGND中的任一项作为等效采样地端,例如,可将正极输出端B+视为相对于负极输出端SGND的参考地,采集正极输出端B+与负极输出端SGND之间的电压差值,将该电压差值转换为电流信号,并将该电流信号转换为单端输出信号Sout。由此,通过设置等效采样地端,将正极输出端B+与负极输出端SGND之间的差分输入信号转换为单端输出信号Sout,仅占用一个芯片引脚即可实现电压输出端口的电压采样,电路结构简单,使用方便。
一实施例中,采样电路110可为三极管差分放大电路或者MOS管差分放大电路。
可选地,图2为本发明提供的一种电压检测装置的电路原理图。
如图2所示,该采样电路110包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和开关管Q2;第一电阻R1的第一端与正极输出端B+电连接,第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端电连接,第一电阻R1与第二电阻R2之间设有第一节点;第二电阻R2的第二端与负极输出端SGND电连接;第三电阻R3的第一端与正极输出端B+电连接,第三电阻R3的第二端与开关管Q2的输入端电连接;开关管Q2的控制端与第一节点电连接,开关管Q2的输出端与第四电阻R4的第一端电连接;第四电阻R4的第二端与控制单元U1的信号地端电连接,其中,控制单元U1的信号地端可表示为GND。
可选地,第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值满足:开关管Q2工作在放大区。在本申请中,本领域技术人员可根据实际需要,调整第一电阻R1至第四电阻R4的电阻值,使开关管Q2工作在放大区,对其具体数值不作限制。
可选地,开关管Q2为下述任一项: P沟道型MOS管或者PNP型三极管,在本实施例中,以开关管Q2为PNP型三极管为例,对电压检测装置00的工作过程进行说明。
结合参考2所示,控制单元U1可采用具有六引脚的MCU芯片,控制单元U1的电源引脚VDD与供电电源Vin电连接,控制单元U1的接地引脚VSS与接地端GND电连接,控制单元U1的输入引脚IN与采样电路110电连接,控制单元U1的输出引脚OUT与输出开关Q1的控制端电连接。
具体而言,第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和开关管Q2组成三极管差分放大电路,该三极管差分放大电路用于采集正极输出端B+与负极输出端SGND的电压,通过调整电阻第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的电阻值,使开关管Q2工作在放大区。将正极输出端B+或者负极输出端SGND中的任一项为采样电路110的等效采样地端,第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电路,开关管Q2的控制端电压由第一电阻R1和第二电阻R2分压所得,开关管Q2的控制端电压(即基极电压)可表示为:。
结合三极管导通原理,当开关管Q2工作在放大区时,射极电压等于基极电压与开关管内置二极管管压降(例如为0.3V)之和,由此,可根据第三电阻R3的电阻值和开关管Q2的射极电压计算出射极电流,集电极电流可视作和射极电流相等,控制单元U1的输入引脚IN通过检测第四电阻R4的电压即可得到输出端口的电压值,此时控制单元U1可以根据检测到第四电阻R4的电压确定控制单元U1输出的开关驱动信号(例如为高/低电平信号),从而控制输出开关Q1的导通与关断。由此,通过电压采样的方式,即使在输出开关Q1关断的时候也可以准确输出端口的电压值,且只占用一个芯片引脚,电路结构简单,使用便捷。
可选地,如图2所示,电压检测装置00还包括滤波电路120,典型地,该滤波电路120可包括滤波电容C1。滤波电容C1的正极端与控制单元U1和采样电路110之间的节点电连接,滤波电容C1的负极端与接地端GND电连接,实现将滤波电路120设置在采样电路的差分输出端,对采样电路的输出信号进行稳压滤波,得到稳定的单端输出信号,有利于提高系统可靠性。
如图2所示,电压输出回路还包括采样电阻R5和电解电容C0;电解电容C0的正极端与正极输出端B+电连接,电解电容C0的负极端经输出开关Q1与负极输出端SGND电连接;采样电阻R5电连接于电解电容C0的负极端与输出开关Q1之间,采样电阻R5用于获取电压输出回路的充电电流;控制单元U1还用于,根据充电电流和输出电压的电压值对电解电容C0进行稳压调节。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种电压采样电路,用于上述电压检测装置。
结合参考图2所示,采样电路110包括:第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和开关管Q2;第一电阻R1的第一端与正极输出端B+电连接,第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端电连接,第一电阻R1与第二电阻R2之间设有第一节点;第二电阻R2的第二端与负极输出端SGND电连接;第三电阻R3的第一端与正极输出端B+电连接,第三电阻R3的第二端与开关管Q2的输入端电连接;开关管Q2的控制端与第一节点电连接,开关管Q2的输出端与第四电阻R4的第一端电连接;第四电阻R4的第二端与控制单元U1的信号地端电连接,其中,控制单元U1的信号地端可表示为GND。
可选地,第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值满足:开关管Q2工作在放大区。
可选地,开关管Q2为下述任一项: P沟道型MOS管或者PNP型三极管。
一实施例中,该采样电路110可为三极管差分放大电路或者MOS管差分放大电路。
一实施例中,该采样电路110可采用正极输出端或者负极输出端中的任一项作为等效采样地端。
由此,本发明提供的电压采样电路,与控制芯片不共地连接,通过电压采样的方式,检测不共地电源的输出端口的电压值,只占用一个芯片引脚,硬件成本低,电路结构简单,硬件电路检测响应速度高,使用便捷。
基于同一发明构思,本申请还提供了一种隔离电源。
图3为本发明提供的一种隔离电源的结构示意图。
如图3所示,该隔离电源100包括:上述电压检测装置00,该电压检测装置的控制单元与采样电路不共地,具备上述电压检测装置的有益效果。
图4为本发明提供的另一种隔离电源的结构示意图。
如图4所示,该隔离电源100包括:上述采样电路110,该采样电路110与控制芯片不共地连接,具备上述电压采样电路的有益效果。
由此,本发明实施例的技术方案,设置采样电路和控制单元,通过采样电路对正极输出端与负极输出端的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号;控制单元根据单端输出信号确定输出电压的电压值,并根据输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动输出开关导通或者关断;控制单元与采样电路不共地,通过设置不共地采样电路,检测不共地电源输出端口的电压,解决现有的输出电压检测方式成本高、使用不便的问题,电路结构简单,硬件电路检测响应速度高,且只占用一个控制单元引脚,有利于节约硬件成本。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电压检测装置,其特征在于,用于检测隔离电源的输出电压,所述隔离电源的电压输出回路设有输出开关、正极输出端和负极输出端;
所述电压检测装置包括:
采样电路,用于对所述正极输出端与所述负极输出端的电压进行差分采样,并将差分输入信号转换为单端输出信号;
控制单元,用于根据所述单端输出信号确定所述输出电压的电压值,并根据所述输出电压的电压值输出开关驱动信号,驱动所述输出开关导通或者关断;
所述控制单元与所述采样电路不共地。
2.根据权利要求1所述的电压检测装置,其特征在于,所述正极输出端或者所述负极输出端中的任一项为所述采样电路的等效采样地端。
3.根据权利要求1所述的电压检测装置,其特征在于,所述采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和开关管;
所述第一电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第一电阻与所述第二电阻之间设有第一节点;
所述第二电阻的第二端与所述负极输出端电连接;
所述第三电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第三电阻的第二端与所述开关管的输入端电连接;
所述开关管的控制端与所述第一节点电连接,所述开关管的输出端与所述第四电阻的第一端电连接;
所述第四电阻的第二端与所述控制单元的信号地端电连接。
4.根据权利要求3所述的电压检测装置,其特征在于,所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和所述第四电阻的阻值满足:所述开关管工作在放大区。
5.根据权利要求3所述的电压检测装置,其特征在于,所述开关管为下述任一项: P沟道型MOS管或者PNP型三极管。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电压检测装置,其特征在于,还包括滤波电路,所述滤波电路设置在所述采样电路的差分输出端,所述滤波电路用于对所述采样电路的输出信号进行稳压滤波,得到所述单端输出信号。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的电压检测装置,其特征在于,所述电压输出回路还包括采样电阻和电解电容;
所述电解电容的正极端与所述正极输出端电连接,所述电解电容的负极端经所述输出开关与所述负极输出端电连接;
所述采样电阻电连接于所述电解电容的负极端与所述输出开关之间,所述采样电阻用于获取所述电压输出回路的充电电流;
所述控制单元还用于,根据所述充电电流和所述输出电压的电压值对所述电解电容进行稳压调节。
8.一种电压采样电路,其特征在于,用于权利要求1-7中任一项所述的电压检测装置,所述电压采样电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和开关管;
所述第一电阻的第一端与所述电压检测装置的正极输出端电连接,所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第一电阻与所述第二电阻之间设有第一节点;
所述第二电阻的第二端与所述电压检测装置的负极输出端电连接;
所述第三电阻的第一端与所述正极输出端电连接,所述第三电阻的第二端与所述开关管的输入端电连接;
所述开关管的控制端与所述第一节点电连接,所述开关管的输出端与所述第四电阻的第一端电连接;
所述第四电阻的第二端与所述控制单元的信号地端电连接。
9.根据权利要求8所述的电压采样电路,其特征在于,所述正极输出端或者所述负极输出端中的任一项为所述采样电路的等效采样地端。
10.一种隔离电源,其特征在于,包括:权利要求1-7中任一项所述的电压检测装置;或者,权利要求8或9中任一项所述的电压采样电路。
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