CN115296511A - 一种适用于电力领域的输出电压采样方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了一种适用于电力领域的输出电压采样方法及电路，本发明中，电压采样时刻并非精确的膝点时刻，而是利用当前开关周期电容电压占前一开关周期去磁结束时刻电容电压的占比来确定采样时刻，这样过程中对膝点检测时刻的精度要求相对较低，所以使用简单的RC微分电路即可满足要求。同时，根据前一周期去磁时间来计算本周期采样时间，通过简单比较即可实现计算，避免了复杂运算，保证了芯片的低功耗。

Description

一种适用于电力领域的输出电压采样方法及电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种适用于电力领域的输出电压采样方法及电路。
背景技术
传统的反激电源中，需要在初、次级增加光耦和431芯片以进行输出电压反馈，成本相对较高。为了降低成本，通过对辅助绕组的电压进行采样来间接确定输出电压的PSR（原边反馈）控制芯片应运而生。
PSR芯片控制方案中的电压采样时间是设计难点。其他方案中常在去磁完成时刻的膝点进行电压采样，这时由于去磁完成之后电压变化速度很快，所以对膝点的检测时刻的精度要求很高，这就需要复杂的电路结构来实现。也有方案根据本周期电流信息或前一周期的电压信息来判断本周期电压采样时间，需要进行比较复杂的计算，会增大芯片功耗。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于PSR芯片的输出电压采样方法及电路，根据前一周期去磁时间来计算本周期采样时间，通过简单比较即可实现计算，避免了复杂运算，过程中对膝点检测时刻的精度要求相对较低，电路易于实现。
一种适用于电力领域的输出电压采样方法，在采用了PSR控制芯片的反激电源电路中，建立变压器去磁时间与采样电容电压的线性对应关系：
当电路负载率大于预设值时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的3/4时，实施电压采样；
当电路负载率在预设值以下时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的1/2时，实施电压采样。
优选地，一个MOS管开关周期内存在如下具体流程：
S1：MOS管关断，开始当前MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源开始持续给电容充电，充电过程中，采样/保持电路实时记录采样电容电压VT；
S2：电容开始充电后，采样/保持持续检测变压器辅助绕组的膝点，若检测到膝点，则说明变压器去磁结束，采样/保持记录去磁结束时刻的采样电容电压VCT，同时第二电流源开始给电容放电，跳转S3；
S3：MOS管导通，第二电流源继续给采样电容放电；在下个MOS管开关周期开始前完全放电结束；
S4：跳转S1，即MOS管关断，当前MOS管开关周期结束，开始下一个MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源开始持续给电容充电，充电过程中，采样电路实时记录采样电容电压。
优选地，所述电路负载率预设值的取值范围为5%~20%。
一种适用于电力领域的输出电压采样电路，电路模块包括DC电源、第一电流源、单刀双掷开关、二极管、第二电流源、采样电容、第一采样/保持电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、电平脉冲转换电路、第二采样/保持电路；
其连接关系为：DC电源的正极连接电源端子+5V与第一电流源的正极，第一电流源的负极连接单刀双掷开关的第一不动端、采样电容的一端、第一采样/保持电路的In端、第一运算放大器的正极输入端、第二运算放大器的正极输入端，单刀双掷开关的第二不动端连接驱动模块的去磁检测驱动端，单刀双掷开关的动端连接二极管的负极与第二电流源的正极，第一采样/保持电路的Gate端连接驱动模块的膝点检测驱动端，第一采样/保持电路的Out端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端与第一运算放大器的负极输入端，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端与第二运算放大器的负极输入端，DC电源的负极、二极管的正极、第二电流源的负极、第三电阻的另一端共同接地，第一、第二运算放大器的输出端连接电平脉冲转换电路，电平脉冲转换电路分别连接驱动模块的膝点检测驱动端与第二采样/保持电路的Gate端，第二采样/保持电路的In端连接驱动模块的DEM口。
本发明的有益技术效果：本发明中，电压采样时刻并非精确的膝点时刻，而是利用当前开关周期电容电压占前一开关周期去磁结束时刻电容电压的占比来确定采样时刻，这样过程中对膝点检测时刻的精度要求相对较低，所以使用简单的RC微分电路即可满足要求。同时，根据前一周期去磁时间来计算本周期采样时间，通过简单比较即可实现计算，避免了复杂运算，保证了芯片的低功耗。
附图说明
图1为本发明的电路结构图。
图2为本发明实施例中的反激电源电路整体结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例：
如图1所示，一种基于PSR芯片的输出电压采样电路，电路模块包括DC电源、第一电流源I1、单刀双掷开关SPDT1、二极管D1、第二电流源I2、采样电容C1、第一采样/保持电路、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运算放大器Cmp1、第二运算放大器Cmp2、电平脉冲转换电路、第二采样/保持电路。
其连接关系为：DC电源的正极连接电源端子+5V与第一电流源I1的正极，第一电流源I1的负极连接单刀双掷开关SPDT1的第一不动端、采样电容C1的一端、第一采样/保持电路的In端、第一运算放大器Cmp1的正极输入端、第二运算放大器Cmp2的正极输入端，单刀双掷开关SPDT1的第二不动端连接驱动模块的去磁检测驱动端，单刀双掷开关SPDT1的动端连接二极管D1的负极与第二电流源I2的正极，第一采样/保持电路的Gate端连接驱动模块的膝点检测驱动端，第一采样/保持电路的Out端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端与第一运算放大器Cmp1的负极输入端，第二电阻R2的另一端连接第三电阻R3的一端与第二运算放大器Cmp2的负极输入端，DC电源的负极、二极管D1的正极、第二电流源I2的负极、第三电阻R3的另一端共同接地，第一、第二运算放大器Cmp1、Cmp2的输出端连接电平脉冲转换电路，电平脉冲转换电路分别连接驱动模块的膝点检测驱动端与第二采样/保持电路的Gate端，第二采样/保持电路的In端连接驱动模块的DEM口。
单刀双掷开关SPDT1用于控制采样电容C1的充放电。
二极管D1用于防止I2电压反向。
第一、第二、第三电阻R1、R2、R3起分压作用。
第一、第二运算放大器Cmp1、Cmp2用于输出电平脉冲。
第一采样/保持电路用于膝点检测采样与采样电容电压采样。
第二采样/保持电路用于输出电压采样及保持电压。
基于上述电路实现一种基于PSR芯片的输出电压采样方法，适用于采用了PSR控制芯片的反激电源电路中，如图2所示。建立变压器去磁时间与采样电容电压的线性对应关系，通过采样电容C1来记录变压器去磁时间，根据反激电源相邻两个周期的变压器去磁时间不会相差很大的特点：
当电路处于正常负载状态，即负载率大于预设值10%时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的3/4时，实施电压采样；
当电路处于轻载状态，即负载率在预设值10%以下时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的1/2时，实施电压采样。
注意采样电容C1的容量要足够大，要确保变压器去磁时间最长的情况下，C1电压不会达到5V。
在一个MOS管开关周期内，存在如下具体流程：
S1：MOS管关断，开始当前MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源I1开始持续给电容C1充电，充电过程中，第一采样/保持电路实时记录采样电容电压VT。
第一电流源I1要求电流恒定，以保证变压器去磁时间与采样电容电压的线性对应关系。
S2：电容开始充电后，第一采样/保持电路持续检测变压器辅助绕组的膝点，若检测到膝点，则说明变压器去磁结束，第一采样/保持电路记录去磁结束时刻的采样电容电压VCT，同时第二电流源I2开始给电容C1放电，跳转S3。I2电流远大于I1电流。
S3：MOS管导通，第二电流源I2继续给采样电容C1放电；在下个MOS管开关周期开始前完全放电结束。
S4：跳转S1，即MOS管关断，当前MOS管开关周期结束，开始下一个MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源I1开始持续给电容C1充电，充电过程中，第一采样/保持电路实时记录采样电容电压。
实施电压采样后，根据采样电压调整PSR芯片输出驱动的占空比，稳定输出电压。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于电力领域的输出电压采样方法，其特征在于，在采用了PSR控制芯片的反激电源电路中，建立变压器去磁时间与采样电容电压的线性对应关系：
当电路负载率大于预设值时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的3/4时，实施电压采样；
当电路负载率在预设值以下时，在当前MOS管开关周期T+1内的采样电容电压VT+1达到前一MOS管开关周期T内的去磁结束时刻采样电容电压VCT的1/2时，实施电压采样。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的输出电压采样方法，其特征在于，一个MOS管开关周期内存在如下具体流程：
S1：MOS管关断，开始当前MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源开始持续给电容充电，充电过程中，采样/保持电路实时记录采样电容电压VT；
S2：电容开始充电后，采样/保持持续检测变压器辅助绕组的膝点，若检测到膝点，则说明变压器去磁结束，采样/保持记录去磁结束时刻的采样电容电压VCT，同时第二电流源开始给电容放电，跳转S3；
S3：MOS管导通，第二电流源继续给采样电容放电；在下个MOS管开关周期开始前完全放电结束；
S4：跳转S1，即MOS管关断，当前MOS管开关周期结束，开始下一个MOS管开关周期；在变压器去磁开始时，第一电流源开始持续给电容充电，充电过程中，采样电路实时记录采样电容电压。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电力领域的输出电压采样方法，其特征在于，所述电路负载率预设值的取值范围为5%~20%。
4.一种适用于电力领域的输出电压采样电路，其特征在于，包括DC电源、第一电流源、单刀双掷开关、二极管、第二电流源、采样电容、第一采样/保持电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器、第二运算放大器、电平脉冲转换电路、第二采样/保持电路；
其连接关系为：DC电源的正极连接电源端子+5V与第一电流源的正极，第一电流源的负极连接单刀双掷开关的第一不动端、采样电容的一端、第一采样/保持电路的In端、第一运算放大器的正极输入端、第二运算放大器的正极输入端，单刀双掷开关的第二不动端连接驱动模块的去磁检测驱动端，单刀双掷开关的动端连接二极管的负极与第二电流源的正极，第一采样/保持电路的Gate端连接驱动模块的膝点检测驱动端，第一采样/保持电路的Out端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端与第一运算放大器的负极输入端，第二电阻的另一端连接第三电阻的一端与第二运算放大器的负极输入端，DC电源的负极、二极管的正极、第二电流源的负极、第三电阻的另一端共同接地，第一、第二运算放大器的输出端连接电平脉冲转换电路，电平脉冲转换电路分别连接驱动模块的膝点检测驱动端与第二采样/保持电路的Gate端，第二采样/保持电路的In端连接驱动模块的DEM口。
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