CN205027804U - 一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路 - Google Patents

一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型实施例提供了一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路，用以采样图腾柱电路中的电感上的电流波形，从而对图腾柱电路进行包括如THD，均流等性能指标的调节。该电路包括驱动电路、控制电路和N个电流采样电路，N为非零自然数；当N＝1时，电流采样电路连接在图腾柱电路中的电感与交流模块之间，或者连接在所述电感以及与所述电感构成回路的两个开关管相连的连接点之间；当N大于1时，每个电流采样电路分别连接在交流模块与所述图腾柱电路中的一个电感之间；每个电流采样电路，用于采样自身连接的电感上的电流信号的波形；控制电路和驱动电路，用于根据各个电流采样电路采样到的电流信号的波形，控制所述图腾柱电路中的开关管。

Description

一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路。
背景技术
为了满足高效率的需求，在开关电源变换电路拓扑方面，由于在传统有桥功率因数校正(PFC，PowerFactorCorrection)电路中，导通器件多为压降高的半导体元件，导通损耗较大，不适合应用，因此，无桥PFC电路逐渐取代了有桥PFC电路，在某些无桥PFC电路，在采用有源功率因数校正(APFC，ActivePowerFactorCorrection)控制时需要对交流输入电流进行采样，并根据采样到的电流来控制无桥PFC电路中的开关管。
图腾柱PFC电路是一种导通损耗较低的无桥PFC电路，单路的图腾柱PFC电路中，其结构如图1或图2所示，输入电源AC、PFC电感LPFC、第一桥臂、第二桥臂和至少一个滤波电容CPFC，第二桥臂为开关管Q1和开关管Q2串联的结构。在图1中，第一桥臂为二极管D1和二极管D2串联的结构，在图2中，第一桥臂为开关管Q3和开关管Q4的串联结构。
在图腾柱PFC电路中，目前的电流采样技术主要有以下两种：
第一种是在输入的交流电的N线上串联分流器，从而采样PFC电感上的电流，并将采样到的电流信号经过隔离运算放大器或者霍尔器件处理后送入控制单元，但是由于隔离运算放大器或者霍尔器件的带宽较低，并存在较长的传输延迟，因此，只能采样到PFC电感上的平均电流，无法对PFC电感上的电流进行精确的波形控制，从而无法调节图腾柱PFC电路的总谐波失真(THD，TotalHarmonicDistortion)、均流等性能指标。
第二种是通过在图腾柱PFC电路的交流正半周回路中串联交流正半周分流器单元，在该图腾柱PFC电路的交流负半周回路中串联交流负半周分流器单元，并分别检测两个分流器单元两端的电压，从而计算无桥PFC电路的输入电流。由于这种方法只能分别采样交流正半周回路中的电流和交流负半周回路中的电流，不能对PFC电感上的电流进行精确的波形控制，从而无法调节图腾柱PFC电路的THD、均流等性能指标。
综上所述，采用现有的方法对图腾柱PFC电路进行电流采样时，由于无法采样到PFC电感上的电流的波形，因此，无法对PFC电感上的电流进行精确并快速的波形控制，从而无法调节图腾柱PFC电路的THD、均流等性能指标。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路，用以解决采用现有的方法对图腾柱PFC电路进行电流采样时，由于无法精确并快速采样到PFC电感上的电流的波形，因此，无法精确控制PFC电感上的电流的波形，从而无法调节图腾柱PFC电路的THD、均流等性能指标的问题。
基于上述问题，本实用新型实施例提供的一种图腾柱电路的电流检测电路，包括驱动电路、控制电路和N个电流采样电路，N为非零自然数；
当N＝1时，电流采样电路连接在图腾柱电路中的电感与交流模块之间，或者连接在所述电感以及与所述电感构成回路的两个开关管相连的连接点之间；
当N大于1时，每个电流采样电路分别连接在交流模块与所述图腾柱电路中的一个电感之间；
每个电流采样电路采样自身连接的电感上的电流信号的波形；
所述控制电路根据各个电流采样电路采样到的电流信号的波形，生成控制信号；
所述驱动电路放大所述控制信号，并利用放大后的控制信号驱动所述PFC电路中的开关管；
其中，当图腾柱电路为整流电路时，所述交流模块为交流源，所述电感为输入电感；当图腾柱电路为逆变电路时，所述交流模块为交流负载，所述电感为输出电感；
每个电流采样电路均与控制电路共地。
本实用新型实施例提供的一种电源电路，包括本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路。
本实用新型实施例的有益效果包括：
本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路和电源电路，由于每个电流采样电路可以分别采样图腾柱电路中的各个电感上的电流信号的波形，而非电感上的平均电流，因此，控制电路可以根据电流采样电路采样到的电感上的电流信号的波形来生成控制信号，驱动电路将该控制信号放大，并采用放大后的控制信号来驱动所述图腾柱电路中的开关管，从而达到控制电感上的电流波形目的，进而调节图腾柱电路的THD、均流等性能指标。
附图说明
图1为现有技术中的图腾柱PFC电路的结构示意图之一；
图2为现有技术中的图腾柱PFC电路的结构示意图之二；
图3a为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之一；
图3b为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之二；
图3c为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之三；
图3d为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之四；
图3e为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之五；
图3f为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之六；
图4a为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之七；
图4b为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之八；
图4c为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之九；
图4d为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之十；
图4e为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之十一；
图4f为本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路的结构示意图之十二。
具体实施方式
本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路和电源电路，由每个电流采样电路分别采样图腾柱电路中的各个电感上的电流信号的波形，控制电路和驱动电路可以根据电流采样电路采样到的电流信号的波形控制所述图腾柱电路中的开关管，从而达到控制电感电流形状的目的，进而调节图腾柱电路的THD、均流等性能指标，例如在图腾柱电路中包括多相交错并联结构时，可以实现每相单独控制，在保证输入电流的性能指标的情况下，实现每相均流目的。
下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的一种图腾柱电路的电流检测电路和电源电路的具体实施方式进行说明。
本实用新型实施例提供的一种图腾柱电路的电流检测电路，如图3a-图3f所示，包括N个电流采样电路31和控制电路32，N为非零自然数。
图3a和图3b中以N＝1、图腾柱电路为整流电路、电感为输入电感，即PFC电感、交流模块为交流源，即AC源为例进行说明，其中，PFC电感为电感L1，与电感L1构成整流回路的两个开关管为开关管Q11和开关管Q12。图3a或者图3b中仅有一个电流采样电路。在图3a中，电流采样电路31连接在AC源和电感L1之间。在图3b中，电流采样电路31连接在电感L1以及开关管Q11和开关管Q12相连接的连结点之间。
图3c中仅以N＝2，即PFC电路中包含两相交错并联结构为例进行说明，在图3c中图腾柱电路为整流电路、电感为输入电感，即PFC电感、交流模块为交流源，即AC源。其中，两个PFC电感分别为电感L1和电感L2，其中，一相交错并联结构由开关管Q11和开关管Q12构成，该相交错并联结构与电感L1相连，开关管Q11和开关管Q12与电感L1构成一个整流回路；另一相交错并联结构由开关管Q21和开关管Q22构成，该相交错并联结构与电感L2相连；开关管Q21和开关管Q22与电感L2构成另一个整流回路；每个电流采样电路31分别连接在AC源与整流电路中的一个PFC电感之间，即一个电流采样电路31连接在AC源与电感L1之间，另一个电流采样电路31连接在AC源与电感L2之间，因此，这两个电流采样电路31有公共端，它们的参考地的电位相同。
图3d和图3e中以N＝1、图腾柱电路为逆变电路、电感为输出电感、交流模块为交流负载，即AC负载为例进行说明，其中，输出电感为电感L1，与电感L1构成整流回路的两个开关管为开关管Q11和开关管Q12。图3d或者图3e中仅有一个电流采样电路。在图3d中，电流采样电路31连接在AC负载和电感L1之间。在图3e中，电流采样电路31连接在电感L1以及开关管Q11和开关管Q12相连接的连结点之间。
图3f中仅以N＝2，即图腾柱电路中包含两相交错并联结构为例进行说明，在图3f中图腾柱电路为逆变电路、电感为输出电感、交流模块为交流负载，即AC负载。其中，两个输出电感分别为电感L1和电感L2，其中，一相交错并联结构由开关管Q11和开关管Q12构成，该相交错并联结构与电感L1相连，开关管Q11和开关管Q12与电感L1构成一个逆变回路；另一相交错并联结构由开关管Q21和开关管Q22构成，该相交错并联结构与电感L2相连；开关管Q21和开关管Q22与电感L2构成另一个逆变回路；每个电流采样电路31分别连接在AC负载与逆变电路中的一个输出电感之间，即一个电流采样电路31连接在AC负载与电感L1之间，另一个电流采样电路31连接在AC负载与电感L2之间，因此，这两个电流采样电路31有公共端，它们的参考地的电位相同。
图3a-图3f中的每个电流采样电路31，用于采样自身连接的电感上的电流信号的波形；控制电路32，用于根据各个电流采样电路31采样到的电流信号的波形，生成控制信号；驱动电路33，用于放大所述控制信号，并利用放大后的控制信号驱动所述图腾柱电路中的开关管。
图3a、图3b和图3c中还包括滤波电容CPFC，图3d、图3e和图3f中还包括储能电容Cs，图3a-图3f中的第一桥臂可以采用图1所示的第一桥臂的结构，也可以采用图2所示的第一桥臂的结构，还可以采用其它结构。
较佳地，本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路中的控制电路与各个电流采样电路共地，即控制电路与各个电流采样电路共用参考地信号，这样可以解决电流采样电路与控制电路之间有隔离元器件时，信号延迟较大所导致的不能及时控制图腾柱电路中的开关管，从而使得图腾柱电路的THD、均流等性能指标较低的问题。另外，控制电路与各个电流采样电路共地，可以减少图腾柱电路的电流检测电路中的隔离元器件的数量，降低成本。同时，还可以避免因使用隔离元器件造成PCB占板面积过大的问题。
在图3a-图3f所示的电流检测电路中，控制电路可以对各个电流采样电路31采样到的电流信号的波形进行处理，得到各个电流信号的参数，如过零点时刻、峰值等，并利用得到的各个电流信号的参数以及各个电流信号的波形，生成控制信号。
较佳地，本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路中的电流采样电路可以使用分流器来实现。
本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路中的驱动电路与开关管之间可以共地，也可以有隔离电路。
可选地，本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路如图4a-图4f所示，还包括信号处理电路41；
信号处理电路41，用于将每个电流采样电路31采样到的电流信号的波形进行处理得到各个电流信号的参数；
控制电路32具体用于，根据各个电流采样电路31采样到的电流信号的波形以及信号处理电路41得到的各个电流信号的参数，如过零点时刻、峰值等，生成控制信号。
在图4a-图4f所示的图腾柱电路的电流检测电路中，控制电路32不需要再对各个电流采样电路31采样到的电流信号的波形进行处理，得到各个电流信号的参数。
对于上述N大于1时的图腾柱电路的电流检测电路均以N＝2的N相交错并联的图腾柱电路为例进行说明，当然，N也可以为大于2的自然数。
当N大于等于2时，图腾柱电路中包括的N相交错并联结构中的每相交错并联结构连接的PFC电感之间可以相互独立(上述N大于1时的图腾柱电路的电流检测电路均以电感L1和电感L2相互独立为邻进行说明)，也可以存在耦合，这包括了两种情况：一是仅m相(m为小于N的非零自然数)交错并联结构连接的电感之间相互耦合，N-m相交错并联结构连接的电感之间相互独立；二是各相交错并联结构连接的电感之间都是相互耦合的。
本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路能够简单的精确并快速采样到图腾柱电路中的各个电感上的电流波形，而不是现有技术中仅能得到电感上的平均电流，这样可以根据采样到的电感上的电流信号的波形控制该图腾柱电路中的开关管，从而达到控制图腾柱电路中的电感电流形状的目的，进而调节图腾柱电路的THD、均流等性能指标。
本实用新型实施例提供的电源电路包括本实用新型实施例提供的图腾柱电路的电流检测电路。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种图腾柱电路的电流检测电路，其特征在于，包括驱动电路、控制电路和N个电流采样电路，N为非零自然数；
当N＝1时，电流采样电路连接在图腾柱电路中的电感与交流模块之间，或者连接在所述电感以及与所述电感构成回路的两个开关管相连的连接点之间；
当N大于1时，每个电流采样电路分别连接在交流模块与所述图腾柱电路中的一个电感之间；
每个电流采样电路均与控制电路共地，并且每个电流采样电路均通过控制电路连接驱动电路。
2.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流采样电路为分流器。
3.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流检测电路还包括信号处理电路；
所述信号处理电路，用于将每个电流采样电路采样到的电流信号的波形进行处理得到各个电流信号的参数；
所述控制电路具体用于，根据各个电流采样电路采样到的电流信号的波形以及所述信号处理电路得到的各个电流信号的参数，生成控制信号。
4.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，当N大于等于2时，所述图腾柱电路中的不同相交错并联结构连接的电感之间相互独立。
5.如权利要求1所述的电流检测电路，其特征在于，当N大于等于2时，所述图腾柱电路中的不同相交错并联结构连接的电感之间存在耦合。
6.一种电源电路，其特征在于，所述电源电路包括如权利要求1～5任一所述的电流检测电路。
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