CN218415810U - 电流采样电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电流采样电路及开关电源，通过滤波模块的输出端与电流采样模块的输入端相接，电流采样电路通过滤波模块的输入端连接到电流采样电阻的两端，通过滤波模块对电流采样电阻传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将第二电压信号发送至电流采样模块中，由电流采样模块对第二电压信号进行处理后输出电流采样值，基于滤波模块能够过滤高频噪声的作用，提升滤波模块对接入的电压信号中的存在的高频噪声的滤除效率，使其在高频噪声较大的情况下，也能对高频噪声起到高滤除的作用，避免滤除异常导致的电流采样值存在偏差，实现对开关电源中电流的精准采样。

Description

电流采样电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及电流采样技术领域，特别涉及一种电流采样电路及开关电源。

背景技术

目前，对于许多开关电源的拓扑电路来说采样并检测电流是其工作的必要条件，对于开关电源来说，根据采样并检测到电流采样值确定开关管的状态，从而限制浪涌电流，防止输出电压过冲，而在某些开关电源的拓扑电路中，电流采集点具有较高的高频噪声，如果接入该电流采集点的电流采样电路无法对该高频噪声进行很好的滤除时，会使得基于高电流采样电路采集并输出的电流采样值存在采样偏差，从而导致的采样精度偏低的情况，因此一种能够进行高共模抑制比的电流采样电路对于开关电源的拓扑电路来说是十分重要的。

而传统的电流采样电路大多通过电阻和电容对高频噪声进行滤除，这种高频噪声滤除方式只能用于高频噪声较小的场合，当高频噪声较大时，基于传统的电流采样电路采样并检测到的电流采样值则会出现明显的偏差，不能够对开关电源起到限制浪涌电流和调节输出电压，进而导致的开关电源过流和输出短路的现象。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种电流采样电路及开关电源，旨在解决传统的电流采样电路被用于高频噪声较大的场合时，存在的采样并检测到的电流采样值出现明显偏差，采样精度低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电流采样电路，所述电流采样电路包括：滤波模块和电流采样模块；

所述滤波模块的输出端与所述电流采样模块的输入端相接；

所述电流采样电路通过所述滤波模块的输入端连接到电流采样电阻的两端；

所述滤波模块对所述电流采样电阻传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述电流采样模块中，由所述电流采样模块对所述第二电压信号进行处理后输出电流采样值。

可选地，所述滤波模块包括：第一电阻、第二电阻、第一共模电感、第一电容和第二电容，其中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一共模电感、所述第一电容和所述第二电容组成的回路形成共模滤波回路；

所述第一电阻和所述第二电阻各自的第一端分别连接在所述电流采样电阻的两端，所述第一电阻的第二端与所述第一共模电感的1引脚相接，所述第二电阻的第二端与所述第一共模电感的3引脚相接，所述第一共模电感的2引脚接在所述电流采样模块的正输入端上，所述第一共模电感的4引脚接在所述电流采样模块的负输入端上；

所述第一电容的第一端接在所述第一共模电感的2引脚和所述电流采样模块的正输入端的连接点上，所述第二电容的第一端接在所述第一共模电感的4引脚和所述电流采样模块的负输入端的连接点上，所述第一电容和所述第二电容各自的第二端分别接地。

可选地，所述滤波模块还包括第三电容，其中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一共模电感和所述第三电容组成的回路形成差模滤波回路；

所述第三电容接在所述第一共模电感的2引脚和4引脚之间。

可选地，所述滤波模块中包含若干第一电阻、若干第二电阻和若干第一共模电感；

若干个串联的所述第一电阻与若干个串联的所述第一共模电感的单边绕组串联接入所述电流采样模块的正输入端；

若干个串联的所述第二电阻与若干个串联的所述第一共模电感的另一单边绕组串联接入所述电流采样模块的负输入端。

可选地，所述第一电阻和所述第二电阻采用1206大封装柱状电阻。

可选地，所述电流采样模块包括：运算放大器、仪表放大器、电流采样芯片，或，隔离电流采样芯片。

可选地，所述电流采样电阻属于BUCK变换器。

可选地，所述电流采样模块的输出端与控制器的开关管电流检测输入端相接，以将处理后的第二电压信号传入所述控制器；

所述控制器根据所述处理后的第二电压信号确定所述BUCK变换器的电流采样值。

本实施例还提出一种开关电源，所述开关电源包括如上所述电流采样电路，所述电流采样电路包括：滤波模块和电流采样模块；

所述滤波模块的输出端与所述电流采样模块的输入端相接；

所述电流采样电路通过所述滤波模块的输入端连接到电流采样电阻的两端；

所述滤波模块对所述电流采样电阻传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述电流采样模块中，由所述电流采样模块对所述第二电压信号进行处理后输出电流采样值。

本实用新型技术方案通过对传统的电流采样电路中的滤波模块进行改进，提高滤波模块的共模抑制比，在接入的电压信号存在高频噪声时，能够对其进行高滤除的效果，避免滤除不充分导致的电流采样电路采样低精度的情况，进而保证对开关电源的限制浪涌电流和调节输出电压的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电流采样电路的模块示意图；

图2为本实用新型电流采样电路的内部结构示意图；

图3为本实用新型差模滤波回路的结构示意图；

图4为本实用新型共模滤波回路的结构示意图；

图5为本实用新型基于实际应用情况进行变形的滤波模块的结构示意图；

图6为本实用新型接入了BUCK变换器的实施例结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	滤波模块	40	共模滤波回路
20	电流采样模块	Q1-Q2	开关管
				R1-R2	电阻	Cin，Co	直流滤波电容
L1	共模电感	U1	控制器
				C1-C4	电容	Rs	电流采样电阻
30	差模滤波回路	50	BUCK变换器

本实用新型目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种电流采样电路。

在本实用新型一实施例中，如图1所示，所述电流采样电路包括：滤波模块10和电流采样模块20；

所述滤波模块10的输出端与所述电流采样模块20的输入端相接；

所述电流采样电路通过所述滤波模块10的输入端连接到电流采样电阻Rs的两端；

所述滤波模块10对所述电流采样电阻Rs传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述电流采样模块20中，由所述电流采样模块20对所述第二电压信号进行处理后输出电流采样值。

基于传统的电流采样电路对开关电源的拓扑电路的电流进行采样的过程中发现，传统的电流采样电路一旦应用在接入的电压信号中的高频噪声较大的场景中，则通过传统的电流采样电路采样并检测到的电流采样值会出现明显的偏差，即存在电流采样精度偏低的问题，进而不能为开关电源提供很好的限制浪涌电流和调节输出电压的效果。

因此基于上述异常情况，本实施例提出对传统的电流采样电路中的滤波模块10进行更新，提高其共模抑制比，使其能够对接入的高频噪声较大的第一电压信号起到高效的滤除作用，以提升输出至电流采样模块20中进行处理后的第二电压信号的采样精度，使得下一模块，例如控制器U1能够基于电流采样模块20输出的高精度处理后的第二电压信号输出精准的电流采样值，提升电流采样电路对开关电源进行限制浪涌电流和调节输出电压的可靠性。

如图2所示，所述滤波模块10包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一共模电感L1、第一电容C1和第二电容C2，其中，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第一共模电感L1、所述第一电容C1和所述第二电容C2组成的回路形成共模滤波回路；

所述第一电阻R1和所述第二电阻R2各自的第一端分别连接在所述电流采样电阻Rs的两端，所述第一电阻R1的第二端与所述第一共模电感L1的1引脚相接，所述第二电阻R2的第二端与所述第一共模电感L1的3引脚相接，所述第一共模电感L1的2引脚接在所述电流采样模块20的正输入端上，所述第一共模电感L1的4引脚接在所述电流采样模块20的负输入端上；所述第一电容C1的第一端接在所述第一共模电感L1的2引脚和所述电流采样模块20的正输入端的连接点上，所述第二电容C2的第一端接在所述第一共模电感L1的4引脚和所述电流采样模块20的负输入端的连接点上，所述第一电容C1和所述第二电容C2各自的第二端分别接地。

进一步地，所述滤波模块10还包括第三电容C3，其中，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第一共模电感L1和所述第三电容C3组成的回路形成差模滤波回路；

所述第三电容接在所述第一共模电感的2引脚和4引脚之间。

与传统的电流采样电路中的滤波模块10相比，本实施中通过传统的滤波模块10中的电阻和电容之间接入了共模电感，基于共模电感能够过滤共模和差模的电磁干扰信号的作用，提升滤波模块10的滤波效率。

根据图2可知，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3串联接在第一共模电感L1的2引脚和4引脚上，其中第三电容C3接在2引脚和4引脚之间，第二电容C2和第一电容C1则分别接在4引脚和2引脚上。

基于此接法，以滤波模块10接在电流采样电阻Rs两端为例，滤波模块10接入电流采样电阻Rs的正电压值信号(即Vin+)和负电压信号(Vin-)，其中正电压值信号和负电压信号即第一电压信号，滤波模块10接入电流采样模块20的正信号输入端(即IN+)和负信号输入端(即IN-)，用于向电流采样模块20输入滤除高频信号后的第二电压信号。

①由图3可知，当第一电压信号的高频噪声为差模噪声时，此时基于第一电阻R1、第二电阻R2、第一共模电感L1和第三电容C3形成的回路，而该回路中的第一共模电感L1的2引脚和4引脚都接入同一电容(即第三电容C3)，使得此时的第一共模电感L1的绕线方式类似于单向绕线，基于此时的绕线方式能够滤除第一电压信号中的差模噪声，因此，此时的回路形成了差模滤波回路30，基于差模滤波回路30能够滤除第一电压信号中的差模噪声，从而避免差模噪声引起的采样精度低的问题。

②由图4可知，当第一电压信号的高频噪声为共模噪声时，此时基于第一电阻R1、第二电阻R2、第一共模电感L1、第一电容C1和第二电容C2形成回路，而该回路中的第一共模电感L1的2引脚和4引脚上分别接入了不同的电容，(即第一电容C1和第二电容C2)，使得此时的第一共模电感L1的绕线方式为双线双向，基于此时的绕线方式能够滤除第一电压信号中的共模噪声，因此，此时的回路形成了共模滤波回路40，基于共模滤波回路40能够滤除第一电压信号中的共模噪声，从而避免共模噪声引起的采样精度低的问题。

因此，基于本实施例中的滤波模块10能够滤除共模噪声和差模噪声的特性，有效提高了电流采样电路的共模抑制比。

如图5所示，所述滤波模块10中包含若干第一电阻R1、若干第二电阻R2和若干第一共模电感L1；

若干个串联的所述第一电阻R1与若干个串联的所述第一共模电感L1的单边绕组串联接入所述电流采样模块20正输入端；若干个串联的所述第二电阻R2与若干个串联的所述第一共模电感L1的另一单边绕组串联接入所述电流采样模块20的负输入端。

在实际应用中，可根据开关电源的实际需求对滤波模块10中第一电阻R1、第二电阻R2和第一共模电感L1的数量进行适当的改进，具体参照图5所示，需要注意的是，第一电阻R1和第二电阻R2的数量需相同(即都为n个)，避免电阻数不同导致的对接入的正电压值信号和负电压信号中的高频噪声的抑制效果不一，进而导致的采样错乱的问题，而第一共模电感L1的个数则可以根据实际需求进行设置(即个数为i个)，其中，n和i都为整数。

在一实施例中，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2采用高精度、抗冲击的1206大封装柱状电阻。

在另一实施例中，所述电流采样模块20包括运算放大器、仪表放大器、电流采样芯片，或，隔离电流采样芯片，其中，电流采样芯片可以采用例如型号为INA240的电流采样芯片，隔离电流采样芯片可以采用例如型号为AMC1300的隔离电流采样芯片。

参照图6所示，当所述电流采样电路的输入端接入BUCK变换器50时，因为BUCK变换器50中的第一开关管Q1和第二开关管Q2的连接点(即图6中的“Q”点)处存在高频跳变的电压，因此此时接在连接点处的电流采样电阻Rs存在较大的高频噪声，通过在电流采样电阻Rs的两端上接入设置有第一共模电感L1的滤波模块10，基于第一共模电感L1能够滤除高频噪声的特性，提升滤波模块10对高频噪声的滤除效率，进而使得滤波模块10能够对通过电流采样电阻Rs接入的第一电压信号中的高频噪声起到高滤除的效果，进而使得基于滤波模块10输出至电流采样模块20中进行处理的第二电压信号具备高精准性。

另外，BUCK变换器50中的输入直流滤波电容Cin和输出直流滤波电容Co起到稳定BUCK变换器50中的直流电压的作用，第四电容C4用于储能。

进一步地，当所述电流采样电路的输出端接在控制器U1上时，所述电流采样模块20的正输出端与所述控制器U1的开关管电流检测输入端Isense相接，电流采样模块20的负输出端接地；

所述控制器U1根据所述第三电压信号确定所述BUCK变换器50的电流采样值。

电流采样模块20的输出端上接入用于确定输出电流采样值的下一模块，例如控制器U1，通过控制器U1对电流采样电路输出的处理后的第二电压信号进行检测，确定输出电流采样值，根据电流采样值对BUCK变换器50中的第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关状态进行判断后，控制器U1根据判断结果对BUCK变换器50中的第一开关管Q1和第二开关管Q2进行调整，从而对开关电源起到限制浪涌电流和调节输出电压，防止开关电源过流和输出短路。

由此可知，电流采样值的精准与否，对开关电源至关重要。

本实用新型还提出一种开关电源，所述开关电源包括如上所述的电流采样电路，所述电流采样电路包括：滤波模块10和电流采样模块20；

所述滤波模块10的输出端与所述电流采样模块20的输入端相接；

所述电流采样电路通过所述滤波模块10的输入端连接到电流采样电阻Rs的两端；

所述滤波模块10对所述电流采样电阻Rs传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述电流采样模块20中，由所述电流采样模块20对所述第二电压信号进行处理后输出电流采样值。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：滤波模块和电流采样模块；

所述滤波模块的输出端与所述电流采样模块的输入端相接；

所述电流采样电路通过所述滤波模块的输入端连接到电流采样电阻的两端；

所述滤波模块对所述电流采样电阻传入的第一电压信号中的高频噪声进行滤除得到第二电压信号，并将所述第二电压信号发送至所述电流采样模块中，由所述电流采样模块对所述第二电压信号进行处理后输出电流采样值。

2.如权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述滤波模块包括：第一电阻、第二电阻、第一共模电感、第一电容和第二电容，其中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一共模电感、所述第一电容和所述第二电容组成的回路形成共模滤波回路；

所述第一电阻和所述第二电阻各自的第一端分别连接在所述电流采样电阻的两端，所述第一电阻的第二端与所述第一共模电感的1引脚相接，所述第二电阻的第二端与所述第一共模电感的3引脚相接，所述第一共模电感的2引脚接在所述电流采样模块的正输入端上，所述第一共模电感的4引脚接在所述电流采样模块的负输入端上；

所述第一电容的第一端接在所述第一共模电感的2引脚和所述电流采样模块的正输入端的连接点上，所述第二电容的第一端接在所述第一共模电感的4引脚和所述电流采样模块的负输入端的连接点上，所述第一电容和所述第二电容各自的第二端分别接地。

3.如权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述滤波模块还包括第三电容，其中，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一共模电感和所述第三电容组成的回路形成差模滤波回路；

所述第三电容接在所述第一共模电感的2引脚和4引脚之间。

4.如权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述滤波模块中包含若干第一电阻、若干第二电阻和若干第一共模电感；

若干个串联的所述第一电阻与若干个串联的所述第一共模电感的单边绕组串联接入所述电流采样模块的正输入端；

若干个串联的所述第二电阻与若干个串联的所述第一共模电感的另一单边绕组串联接入所述电流采样模块的负输入端。

5.如权利要求2-4中任一项所述的电流采样电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻采用1206大封装柱状电阻。

6.如权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样模块包括：运算放大器、仪表放大器、电流采样芯片，或，隔离电流采样芯片。

7.如权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样电阻属于BUCK变换器。

8.如权利要求7所述的电流采样电路，其特征在于，所述电流采样模块的输出端与控制器的开关管电流检测输入端相接，以将处理后的第二电压信号传入所述控制器；

所述控制器根据所述处理后的第二电压信号确定所述BUCK变换器的所述电流采样值。

9.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括如权利要求1至8任意一项所述的电流采样电路。

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