CN116111806A - 基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统，所述方法包括如下步骤：获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；基于次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。本发明实施例利用反激拓扑结构次级侧参数实现输出电流的计算，无需增设检流电阻，避免增设检流电阻引起的功率损耗，并避免检流电阻的阻值偏差引起的检测的输出电流的偏差，提高输出电流检测的准确性。

Description

基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统
技术领域
本发明涉及电子器件检测技术领域，特别是涉及一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统。
背景技术
在各类电子产品中，适配器几乎是必备的配件，而市面上主流的适配器产品大多都使用反激拓扑结构。在使用适配器充电过程期间，适配器的输出电流需要处于实时监测状态，以保证充电电流处于安全范围内，保证设备及使用人员的安全。传统输出电流的检测方法是于输出路径上串入检流电阻，采集检流电阻两端的差模电压。最后使用欧姆定律计算输出电流，根据所计算的输出电流的大小做出相应的保护动作。
但现如今各类产品对其安全性能愈发重视，单点失效及车规级高要求已屡见不鲜。同时，电源产品也十分注重LPS（Limited Power Source，限功率电源）的要求。传统的输出电流检流方法过于依赖检流电阻。因检流电阻串联在输出路径上，为降低检流电阻的压降引起的额外的功率损耗，一般检流电阻的阻值较小。故当检流电阻的阻值产生偏差时，所检的输出电流也会有所偏差。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统，以在无需增设检流电阻的条件下实现输出电流的获得，避免增设检流电阻引起的功率损耗，并避免检流电阻的阻值偏差引起的检测的输出电流的偏差，提高输出电流检测的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
在一方面，本发明提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，所述方法包括如下步骤：
获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；
获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；
基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
可选的，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集次级侧同步整流管的驱动波形；
确定次级侧同步整流管的驱动波形的单个高电平持续时间作为次级侧同步整流管的导通时间；
确定次级侧同步整流管的驱动波形的周期作为所述次级侧同步整流管的开关周期。
可选的，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集反激拓扑结构的次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的顶峰脉宽，作为次级侧同步整流管的关断时间；
计算次级侧同步整流管的开关周期和次级侧同步整流管的关断时间的差，作为次级侧同步整流管的导通时间。
可选的，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集反激拓扑结构的次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的底部脉宽，作为次级侧同步整流管的导通时间。
可选的，所述确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期，之前还包括：
利用上升斜率、下降斜率或脉宽对次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压进行滤波。
可选的，基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流的公式为：
；
其中，Io_est为计算得到的输出电流，N为反激拓扑结构的变压器初级侧次级侧的匝比，L为反激拓扑结构的变压器的励磁电感，Vout为反激拓扑结构的次级侧输出电压，Ton_s为次级侧同步整流管的导通时间，Tsw为次级侧同步整流管的开关周期。
一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定系统，所述系统应用于上述的方法，所述系统包括：
第一参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；
第二参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；
计算模块，用于基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明实施例提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统，所述方法包括如下步骤：获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。本发明实施例利用反激拓扑结构次级侧参数实现输出电流的计算，无需增设检流电阻，避免增设检流电阻引起的功率损耗，并避免检流电阻的阻值偏差引起的检测的输出电流的偏差，提高输出电流检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的低边整流的反激拓扑结构示意图；
图2中的本发明实施例提供的高边整流的反激拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例提供的反激拓扑结构的工作波形图；
图4为本发明实施例提供的低边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管驱动波形检测原理图；
图5为本发明实施例提供的高边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管驱动波形检测原理图；
图6为本发明实施例提供的低边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管漏-源极之间的电压检测原理图；
图7为本发明实施例提供的高边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管漏-源极之间的电压检测原理图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法及系统，以在无需增设检流电阻的条件下实现输出电流的获得，避免增设检流电阻引起的功率损耗，并避免检流电阻的阻值偏差引起的检测的输出电流的偏差，提高输出电流检测的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，所述方法包括如下步骤：
步骤101，获取反激拓扑结构的次级侧输出电压。
步骤102，获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期。
步骤103，基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
本发明实施例1的实现原理为：
首先，反激拓扑结构如图1和图2所示，变压器原边部分电路称为初级侧，变压器副边电路部分称为次级侧，设置在初级侧的功率开关管为初级侧功率开关管，设置在次级测的整流管为次级测同步整流管，其中，图1所示的为低边整流的反激拓扑结构，图2所示的为高边整流的反激拓扑结构。
反激拓扑结构的工作波形如图3所示，VDS_s为次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压，Is为变压器次级侧电流，Ip为变压器初级侧电流，Vg_s为次级侧同步整流管的驱动波形。Is_peak为变压器次级侧电流的峰值，Ip_peak为变压器初级侧电流的峰值。Ton_p为初级侧功率开关管的导通时间，Ton_s为次级侧同步整流管的导通时间，Tsw为初级侧功率开关管的开关周期。
根据变压器初次级电流的关系，变压器初级侧电流的峰值与次级侧电流的峰值成比例关系，比例为变压器初级侧与次级侧的变比，故有：
               (1)
其中，N为变压器初级侧次级侧的匝比。
根据初级侧电感的基本公式，有：
          (2)
其中，Vac_in为该反激拓扑结构输入的交流电压，L为变压器的励磁电感，i为初级侧电流，t为时间变量。
又如图3所示，该拓扑结构中变压器理想的初级侧电流为规律的三角波，故上述公式可转化为：
     (3)
再根据变压器的伏秒平衡，有，Vout为此时的输出电压：
    (4)
其中， Vout为次级侧输出电压。
由次级侧三角波，根据面积等效估算输出电流，有：
          (5)
其中，Io_est为输出电流的估算值。
联立公式（3）、（4）和（5），有：
         (6)
根据公式（6），在次级只需要测量Vout、Ton_s和Tsw就可初步估算出输出电流，N与L则是不同方案设计过程中已知的固定值。同理可通过公式（3）把Ton_p与Ton_s进行转换。即只要知道Tsw/Ton_p/Ton_s/占空比/频率其中一个，外加Vout即可估算输出电流的大小。一般在适配器中Vout都属于必须的监控对象，Vout可通过电压采样电路采集或通过协议读取。
其中，Ton_s和Tsw的确定方式具体为：
如图4和图5所示，采集次级侧同步整流管驱动波形（低边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管驱动波形的采集点的设置如图4所示，高边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管驱动波形的采集点的设置如图5所示），此时获得的次级侧同步整流管驱动波形即为图3中Vg_s波形。通过采集的波形，可得出Ton_s、Tsw、频率和Ton_p的占空比，结合Vout，由公式（6），可估算输出电流。
如图6和图7所示，采集次级侧同步整流管漏-源极之间的电压（低边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管漏-源极之间的电压的采集点的设置如图6所示，高边整流的反激拓扑结构的次级侧同步整流管漏-源极之间的电压的采集点的设置如图7所示），此时获得的次级侧同步整流管漏-源极之间的电压的波形即为图3中VDS_s波形。通过采集VDS_s的顶峰脉宽（即Ton_p部分），可得Ton_p、Tsw、频率和Ton_p的占空比，但采集需区分谐振部分（即Tsw - Ton_p - Ton_s部分）的干扰。该干扰可运用上升/下降斜率或脉宽进行滤除。本发明实施例还可通过采集VDS_s的底部脉宽（即Ton_s部分），可得Ton_s、Tsw、频率和Ton_s的占空比，结合Vout，由公式（6），可计算出输出电流。
实施例2
本发明实施例2提供一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定系统，所述系统应用于实施例1中的方法，所述系统包括：
第一参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；
第二参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；
计算模块，用于基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
实施例3
本发明实施例3提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
实施例4
本发明实施例4提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的方法。
实施例5
本发明实施例1提供的方法，可单独用于输出电流计算，也可与传统的检测的输出电流的方法结合，具体为：可采用实施例1的方法根据反激拓扑结构次级侧参数推算出此时的输出电流，作为二级输出过流保护的依据，从而增加电路整体的可靠性。同时，若一级检流方案（传统的检测的输出电流的方法）所得电流与二级（备用）检流方案所得电流相差较大时，可认为电路产生故障，从而及时停止工作，防止电路进一步损坏。
本发明实施例利用反激拓扑结构次级侧参数实现输出电流的计算，无需增设检流电阻，避免增设检流电阻引起的功率损耗，并避免检流电阻的阻值偏差引起的检测的输出电流的偏差，提高输出电流检测的准确性。
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。对于实施例公开的系统而言，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。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；
获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；
基于次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
2.根据权利要求1所述的基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集次级侧同步整流管的驱动波形；
确定次级侧同步整流管的驱动波形的单个高电平持续时间作为次级侧同步整流管的导通时间；
确定次级侧同步整流管的驱动波形的周期作为所述次级侧同步整流管的开关周期。
3.根据权利要求1所述的基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集反激拓扑结构的次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的顶峰脉宽，作为次级侧同步整流管的关断时间；
计算次级侧同步整流管的开关周期和次级侧同步整流管的关断时间的差，作为次级侧同步整流管的导通时间。
4.根据权利要求1所述的基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，所述获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，具体包括：
采集反激拓扑结构的次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期；
确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的底部脉宽，作为次级侧同步整流管的导通时间。
5.根据权利要求3或4所述的基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，所述确定次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压的周期，作为次级侧同步整流管的开关周期，之前还包括：
利用上升斜率、下降斜率或脉宽对次级侧同步整流管的漏-源极之间的电压进行滤波。
6.根据权利要求1所述的基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定方法，其特征在于，基于次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流的公式为：
；
其中，Io_est为计算得到的输出电流，N为反激拓扑结构的变压器初级侧次级侧的匝比，L为反激拓扑结构的变压器的励磁电感，Vout为反激拓扑结构的次级侧输出电压，Ton_s为次级侧同步整流管的导通时间，Tsw为次级侧同步整流管的开关周期。
7.一种基于反激拓扑结构次级侧参数的输出电流确定系统，其特征在于，所述系统应用于权利要求1-6任一项所述的方法，所述系统包括：
第一参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧输出电压；
第二参数获取模块，用于获取反激拓扑结构的次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期；
计算模块，用于基于所述次级侧输出电压、次级侧同步整流管的导通时间和次级侧同步整流管的开关周期，采用面积等效方法计算输出电流。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。
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