CN115932380A - 开关电路的功率检测电路、检测方法及开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电路的功率检测电路、检测方法及开关电路，所述开关电路接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，所述功率检测电路包括：电流获取单元，用于根据所述电流参考信号或者所述电流采样信号得到表征开关电路输入电流的第一电流信号；输入电压获取电路，用于获取表征输入电压的第一电压信号；运算处理单元，用于根据所述第一电流信号和所述第一电压信号得到所述开关电路的输入功率和/或输出功率。本发明不用检测开关电路输入端电流和输出端信息，即可检测输入功率和输出功率，可实现对开关电路进行能耗计算和工作状态监控。

Description

开关电路的功率检测电路、检测方法及开关电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种开关电路的功率检测电路、检测方法及开关电路。

背景技术

目前，开关电路广泛应用在电力电子技术领域，特别是在智能电源时代，需要及时向用户反馈电路工作状态。在使用开关电路时，对开关电路的功率进行检测，可实时掌握开关电路能耗大小及工作状态，以便设备的故障检测和维修，避免不必要的紧急情况发生。然而，如今使用的开关电源功率检测电路需要检测输入端的电流和输出端的信息，需要使用的是电流或电压传感器，大大的增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电路的功率检测电路、检测方法及开关电路，可在不增加峰值电流控制的基础上，不用检测开关电路的输入电流和输出信息即可检测开关电路的功率，便于对开关电路进行能耗计算和工作状态监控。

为实现上述目的，本发明提供了一种开关电路的功率检测电路，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，所述功率检测电路包括：

电流获取单元，用于根据所述电流参考信号或者所述电流采样信号得到表征开关电路输入电流的第一电流信号；

输入电压获取电路，用于获取表征输入电压的第一电压信号；

运算处理单元，用于根据所述第一电流信号和所述第一电压信号得到所述开关电路的输入功率和/或输出功率。

可选的，所述运算处理单元计算所述输入功率与修正系数的乘积得到开关电路的输出功率；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

可选的，所述第一电流信号表征所述输入电流的平均值。

可选的，所述电流获取单元接收所述电流参考信号时，所述电流参考信号为开关电路电感电流的上限参考值。

可选的，所述电流获取单元还接收所述主功率管的开关时间，根据所述电流参考信号和开关时间得到所述第一电流信号。

可选的，还包括电流参考信号获取电路，将第一基准电压和开关电路的输出反馈信号进行运算放大得到所述电流参考信号。

可选的，还包括电流参考信号获取电路，根据开关电路的预期输出电流得到所述电流参考信号。

可选的，所述电流获取单元接收所述电流采样信号时，所述电流获取单元获取电流采样信号的峰值，还接收所述主功率管的开关时间，根据所述电流采样信号的峰值和开关时间计算得到所述第一电流信号。

可选的，所述电流获取单元接收所述电流采样信号时，所述电流获取单元包括滤波电路，所述滤波电路接收电流采样信号得到所述第一电流信号。

可选的，所述电流获取单元连接所述主功率管的开关节点获得节点采样信号，所述节点采样信号经过电压跟随器处理后传输给所述滤波电路。

可选的，所述运算处理单元还包括模数转换电路和数字运算单元，所述模数转换电路用于将所述第一电流信号和所述第一电压信号转化为相应的数字信号输出给所述数字运算单元，所述数字运算单元用于根据所述第一电流信号和所述第一电压信号对应的数字信号运算得到所述输入功率对应的数字信号。

本发明还提供一种开关电路的功率检测电路，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，所述功率检测电路包括：

输入电压获取电路，用于获取表征输入电压的第一电压信号；

模数转换电路，用于将所述电流参考信号和所述电流采样信号之一、所述第一电压信号转化为相应的数字输入信号；

数字运算单元，接收所述数字输入信号、所述开关电路的开关时间和修正系数，用于根据所述电流参考信号和所述电流采样信号之一对应的数字输入信号和所述开关时间得到表征输入电流的数字信号；用于根据所述输入电压对应的数字输入信号和表征输入电流的数字信号运算得到表征输入功率的数字信号；用于根据表征输入功率的数字信号和所述修正系数运算得到表征输出功率的数字信号；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

本发明还提供一种开关电路的功率检测方法，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，所述功率检测方法：

根据所述电流参考信号或者所述电流采样信号得到表征开关电路输入电流的第一电流信号；

检测开关电路输入电压得到表征输入电压的第一电压信号；

根据所述第一电流信号和所述第一电压信号得到所述开关电路的输入功率和/或输出功率。

可选的，根据所述输入功率与修正系数的乘积得到开关电路的输出功率；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

可选的，所述第一电流信号表征所述输入电流的平均值。

可选的，所述电流参考信号为开关电路电感电流的上限参考值。

一种开关电路，包括电流反馈环路和以上任意一种所述的功率检测电路，所述电流反馈环路接收电流参考信号和功率回路的电流采样信号，输出开关控制信号控制开关电路的主功率开关管。

可选的，包括输入电压检测端口，接收表征输入电压的第一电压信号，根据所述第一电压信号的大小判断开关电路输入端是否需要开路保护；所述功率检测电路连接所述输入电压检测端口，接收所述第一电压信号。

可选的，所述开关电路为降压电路、升降压电路或者反激变换器。

与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明不用检测输入电流和输出信息，根据现有的电流控制环路的输入信号和输入电压检测信号通过模拟或者数字运算计算得到开关电路的输入功率和输出功率，本发明可复用开关电路中已有的电路结构获取输入电压检测信号，不用再因计算功率而单独再设置输入电压检测电路；本发明得到输入/输出功率后，便于对开关电路进行能耗计算和工作状态监控，以及时发现电路故障。

附图说明

图1为本发明开关电路的功率检测电路的一种原理图；

图2为图1的一种实施例原理图；

图3为图1的另一种实施例原理图；

图4为本发明开关电路的功率检测电路的另一种原理图；

图5为本发明峰值参考信号获取电路原理图。

实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，示意了本发明开关电路的功率检测电路的一种原理图，本发明的开关电路可以为降压电路、升降压电路和反激电路等，本发明的开关电路包括电流反馈环路，接收开关电路功率回路中的电流采样信号和电流参考信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态；本发明的功率检测电路包括电流参考信号获取电路02，用于获取电流参考信号Vref，该电流参考信号为开关电路电感电流的上限参考值，该电流参考信号可以根据开关电路的预期输出电流设置或者根据开关电路的输出反馈信号和参考电压误差放大产生；

本发明功率检测电路还包括电流采样电路01，用于采样开关电路功率回路的电流得到电流采样信号Vcs，一般通过连接在功率回路中采样电阻Rcs采样得到，采样电阻Rcs通常连接在主功率管和地之间，采样电阻Rcs上的电压即为电流采样信号Vcs；还包括电流获取单元03，用于根据电流参考信号Vref或者电流采样信号Vcs得到表征输入电流Iin的第一电流信号I1，进一步的，这里的第一电流信号表征的是输入电流的平均值，在输入电流变化时，第一电流信号也能准确表征整个周期内输入电流大小；还包括输入电压获取电路05，连接开关电路输入电压检测端口，获取表征输入电压Vin的第一电压信号V1；在开关电路中，根据第一电压信号的大小可判断开关电路的输入端是否开路，本发明的功率检测电路复用该端口就可获取表征输入电压的第一电压信号V1，不用再一次检测开关电路的输入电压Vin；

本发明功率检测电路还包括运算处理单元04，用于根据输入电流Iin和输入电压Vin的乘积得到输入功率Pin，用于根据输入功率Pin和修正系数的乘积得到输出功率Pout，其中，根据开关电路的功率转换效率设置修正系数，该修正系数一般内置在运算处理单元04中；该运算处理单元04在一种实施例中为模拟的运算电路，在另一种实施例中包括模数转换电路和数字运算单元，模数转换电路将第一电流信号I1、第一电压信号V1转化为相应的数字信号输出给数字运算单元，经数字运算单元运算后得到输入功率Pin和输出功率Pout对应的数字信号。

电流获取单元的获取原理如下：可通过对电流采样信号Vcs进行滤波处理得到表征输入电流Iin的第一电流信号I1，一般通过RC低通滤波器来对电流采样信号Vcs进行滤波，根据开关时间设置RC滤波电路的R、C大小；

也可以通过对电流参考信号Vref进行运算得到输入电流，电流参考信号Vref为电感电流上限参考值时，在断续导通模式DCM和临界导通模式BCM中，Iin=1/2·Ipk·duty，其中，Ipk=Vref/Rcs，duty=Ton/Ts，Rcs为采样电阻值；在连续导通模式CCM中还需要采样电感谷值电流的大小，根据电流参考信号Vref和谷值电流采样信号Vva可进一步得到输入信号，即Iin=1/2·(Ipk-Iva)·duty，Ipk-Iva=(Vref-Vva)/Rcs；电流参考信号为电感电流上限参考值Vp1和下限参考值Vp2时，下限参考值为0时，即开关电路工作DCM和BCM模式，下限参考值不为0零，即开关电路工作在CCM模式，满足Iin=1/2·((Vp1-Vp2)/Rcs)·duty；

也可以通过获取电流采样信号Vcs的峰值进行运算得到，通过电流采样信号Vcs的峰值得到输入电流的原理与上述通过电流参考信号Vref得到输入电流的原理一致，电流采样信号Vcs的峰值相当于电流参考信号Vref。

如图2所示，示意了图1的一种实施例电路原理图，开关电路为降压电路，在开关电路的高电位输入端和低电位输入端连接有串联的采样电阻R1和R2，采样电阻R1和R2之间的电压为第一电压信号V1，表征输入电压Vin大小，在开关电路中，通过判断第一电压信号V1的大小可判断开关电路的输入端是否开路，采样电阻R1和R2的连接端为输入电压的检测端口，本发明复用该检测端口即可获取表征输入电压Vin的第一电压信号V1，不需要再单独检测输入电压；该实例中，采样电阻Rcs连接在开关电路的主功率管M0和对地端之间，采样电阻Rcs上的电压Vcs为电流采样信号；该实施例中电流反馈环路包括比较器06，将电流参考信号Vref和电流采样信号Vcs进行比较，控制开关电路的开关状态；该实施例中还包括电流参考信号获取电路02，用于获取电流参考信号Vref；电流获取单元03，接收电流参考信号Vref或者采样信号Vcs、开关电路的开关时间，得到表征输入电流的第一电流信号I1；运算处理单元04接收第一电流信号I1和第一电压信号V1得到输入功率Pin或/和输出功率Pout，该运算处理单元可以为模拟运算单元，也可以包括模数转换器和数字运算单元，模数转换器将第一电流信号I1和第一电压信号V1转化为相应的数字信号给数字运算单元，数字运算单元经过运算得到输入功率Pin或/和输出功率Pout相对应的数字信号；该实施例的具体原理参照对图1的说明，这里不再赘述。该实例中，电流获取单元可以有多种实现方式，例如可采用滤波电路或者运算电路来实现；开关电路在不同的工作模式下可采用不同的实现方式以便于获取电流信号，例如CCM工作模式下，可通过滤波电路来获取电流信号，不用获取电感峰值电流和谷值电流，DCM和CCM工作模式下由于电感谷值电流为0，只获取电感峰值电流并进行简单运算就可以获取电流信号。

如图3所示，示意了图1的另一种实施例电路原理图，与图2相同部分不再赘述，该实施例中电流获取单元通过滤波电路对电流采样信号Vcs进行滤波得到表征输入电流Iin的第一电流信号I1，具体的，电流获取单元03包括电压跟随器和滤波电路，电压跟随器输入端连接采样电阻Rcs和主功率管M0的公共连接端，其输出端连接滤波电路，滤波电路输出信号为第一电流信号I1；运算处理单元04接收第一电流信号I1和表征输入电压的第一电压信号V1，计算输入功率Pin及输出功率Pout。本实施例中，通过滤波电路获得表征输入电流的第一电流信号，不用区分开关电路工作在何种工作模式（CCM、DCM和BCM），也不需要进行运算即可获得表征输入电流的信号。

如图4所示，示意了本发明开关电路的功率检测电路的另一种原理图，本发明开关电路的电流反馈环路根据电流参考信号和功率回路的电流采样信号，产生开关控制信号控制开关电路的开关状态，本发明的功率检测电路包括电流参考信号获取电路02、电流采样电路03、输入电压获取电路05、模数转换电路03和数字运算单元 04，电流参考信号获取电路02获取电流参考信号Vref，电流采样电路03采样功率回路电流得到电流采样信号Vcs，输入电压获取电路05获取表征输入电压Vin的第一电压信号V1，模数转换电路03将电流参考信号Vref和电流采样信号Vcs之一、第一电压信号V1转化为相应的数字信号给数字运算单元，数字运算单元用于根据电流参考信号和电流采样信号之一对应的数字输入信号和开关时间得到表征输入电流的数字信号；用于根据输入电压对应的数字输入信号和表征输入电流的数字信号运算得到表征输入功率的数字信号；用于根据表征输入功率的数字信号和修正系数运算得到表征输出功率的数字信号；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。该实施例的数字运算单位可以为MCU或者其他类型的数字控制器，通过数字运算得到开关电路的输入、输出功率，计算运行速度快且准确，运算过程不易受影响。

如图5所示，示意了电流参考信号获取电路原理图，包括运算放大器，该运算放大器将第一基准电压Vref1与输出反馈信号FB误差放大得到电流参考信号Vpk。在另一种实施例中，电流参考信号可以根据预期输出电流的大小直接设定。

除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种开关电路的功率检测电路，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，其特征在于，包括：

电流获取单元，用于根据所述电流参考信号或者所述电流采样信号得到表征开关电路输入电流的第一电流信号；

输入电压获取电路，用于获取表征输入电压的第一电压信号；

运算处理单元，用于根据所述第一电流信号和所述第一电压信号得到所述开关电路的输入功率和/或输出功率。

2.根据权利要求1所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述运算处理单元计算所述输入功率与修正系数的乘积得到开关电路的输出功率；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

3.根据权利要求1所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述第一电流信号表征所述输入电流的平均值。

4.根据权利要求1所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述电流获取单元接收所述电流参考信号时，所述电流参考信号为开关电路电感电流的上限参考值。

5.根据权利要求4所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述电流获取单元还接收所述主功率管的开关时间，根据所述电流参考信号和开关时间得到所述第一电流信号。

6.根据权利要求4所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：还包括电流参考信号获取电路，将第一基准电压和开关电路的输出反馈信号进行运算放大得到所述电流参考信号。

7.根据权利要求4所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：还包括电流参考信号获取电路，根据开关电路的预期输出电流得到所述电流参考信号。

8.根据权利要求1所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述电流获取单元接收所述电流采样信号时，所述电流获取单元获取电流采样信号的峰值，还接收所述主功率管的开关时间，根据所述电流采样信号的峰值和开关时间计算得到所述第一电流信号。

9.根据权利要求1所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述电流获取单元接收所述电流采样信号时，所述电流获取单元包括滤波电路，所述滤波电路接收电流采样信号得到所述第一电流信号。

10.根据权利要求9所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述电流获取单元连接所述主功率管的开关节点获得节点采样信号，所述节点采样信号经过电压跟随器处理后传输给所述滤波电路。

11.根据权利要求5、7或9所述的开关电路的功率检测电路，其特征在于：所述运算处理单元还包括模数转换电路和数字运算单元，所述模数转换电路用于将所述第一电流信号和所述第一电压信号转化为相应的数字信号输出给所述数字运算单元，所述数字运算单元用于根据所述第一电流信号和所述第一电压信号对应的数字信号运算得到所述输入功率对应的数字信号。

12.一种开关电路的功率检测电路，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，其特征在于，包括：

输入电压获取电路，用于获取表征输入电压的第一电压信号；

模数转换电路，用于将所述电流参考信号和所述电流采样信号之一、所述第一电压信号转化为相应的数字输入信号；

数字运算单元，接收所述数字输入信号、所述开关电路的开关时间和修正系数，用于根据所述电流参考信号和所述电流采样信号之一对应的数字输入信号和所述开关时间得到表征输入电流的数字信号；用于根据所述输入电压对应的数字输入信号和表征输入电流的数字信号运算得到表征输入功率的数字信号；用于根据表征输入功率的数字信号和所述修正系数运算得到表征输出功率的数字信号；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

13.一种开关电路的功率检测方法，所述开关电路包括电流反馈环路，接收电流参考信号和开关电路功率回路中的电流采样信号，输出开关控制信号以控制开关电路中主功率管的开关状态，其特征在于：

根据所述电流参考信号或者所述电流采样信号得到表征开关电路输入电流的第一电流信号；

检测开关电路输入电压得到表征输入电压的第一电压信号；

根据所述第一电流信号和所述第一电压信号得到所述开关电路的输入功率和/或输出功率。

14.根据权利要求13所述的开关电路的功率检测方法，其特征在于：根据所述输入功率与修正系数的乘积得到开关电路的输出功率；其中，根据开关电路的功率转化效率设置所述修正系数。

15.根据权利要求13所述的开关电路的功率检测方法，其特征在于：所述第一电流信号表征所述输入电流的平均值。

16.根据权利要求13所述的开关电路的功率检测方法，其特征在于：所述电流参考信号为开关电路电感电流的上限参考值。

17.一种开关电路，其特征在于：包括电流反馈环路和权利要求1-12任意一种所述的功率检测电路，所述电流反馈环路接收电流参考信号和功率回路的电流采样信号，输出开关控制信号控制开关电路的主功率开关管。

18.根据权利要求17所述的开关电路，其特征在于：包括输入电压检测端口，接收表征输入电压的第一电压信号，根据所述第一电压信号的大小判断开关电路输入端是否需要开路保护；所述功率检测电路连接所述输入电压检测端口，接收所述第一电压信号。

19.根据权利要求17所述的开关电路，其特征在于：所述开关电路为降压电路、升降压电路或者反激变换器。

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