CN220857929U - 一种直流母线电压采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流母线电压采集电路，用于采集反激式开关电源的直流母线电压，包括：滤波整流电路，所述滤波整流电路将输入的交流电压进行滤波稳压得到直流母线电压；高频变压器，所述高频变压器与滤波整流电路电连接，所述高频变压器用于隔离直流母线电压和电压采样输出电压，所述采样输出电压作为所述直流母线采集电压电路的最终输出信号；开关电源控制电路，所述开关电源控制电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与高频变压器电连接；电压采集单元，所述电压采集单元与高频变压器电连接，通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管开通与关断来控制所述电压采集单元采集直流母线电压。

Description

一种直流母线电压采集电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种直流母线电压采集电路。

背景技术

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。所谓“反激”，具体是指开关管开通，电感存储能量，开关管关断电感释放能量，存储和释放不同步。

如图1所示：P-N为伺服驱动器直流母线端，对于输入电源电压为单相220V的伺服驱动器，稳定情况下其直流母线端电压约为310V，电气上属于高压侧。随着伺服驱动器输出端接入电机设备使用，直流母线端P-N电压波动，为控制电机设备提高控制性能和进行过电压保护，因此有必要对直流母线电压进行检测，并将采集到的信号传输到伺服驱动器控制端进行处理。然而图2的电路高压侧直流母线端P-N与低压侧之间无电气隔离，高压侧干扰可通过电阻线路传导到低压侧，存在EMC干扰风险。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种直流母线电压采集电路，旨在降低直流母线电压采集电路的EMC干扰风险。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种直流母线电压采集电路，用于采集反激式开关电源的直流母线电压，包括：

滤波整流电路，所述滤波整流电路将输入的交流电压进行滤波稳压得到直流母线电压；

高频变压器，所述高频变压器与滤波整流电路电连接，所述高频变压器用于隔离直流母线电压和电压采样输出电压，所述采样输出电压作为所述直流母线采集电压电路的最终输出信号；

开关电源控制电路，所述开关电源控制电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与高频变压器电连接；

电压采集单元，所述电压采集单元与高频变压器电连接，通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管开通与关断来控制所述电压采集单元采集直流母线电压。

在一实施例中，所述电压采集单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、二极管、第一电容、第二电容，所述第一电阻与高频变压器连接，所述二极管的正极与第一电阻连接，所述二极管的负极与第二电阻、第一电容连接，所述第三电阻的一端与第一电容连接，所述第三电阻的另一端与第二电阻连接，所述第二电容与第三电阻并联。

在一实施例中，所述开关电源控制电路还包括开关电源控制芯片、第二MOS管，所述开关电源控制芯片与所述高频变压器电连接，所述第二MOS管与所述开关电源控制芯片电连接，所述开关电源控制芯片控制所述第二MOS管的导通。

在一实施例中，所述高频变压器包括辅助绕组，所述第二MOS管的导通后，所述辅助绕组用于给所述开关电源控制芯片供电。

在一实施例中，所述高频变压器包括次级绕组，所述开关电源控制芯片的PIN 6脚输出PWM波信号控制第一MOS管交替开通与关断，使能量传输到高频变压器的次级绕组。

在一实施例中，所述第一MOS管开通时，所述二极管导通，通过所述第一电阻对所述第一电容充电，并通过第二电阻和第三电阻分压得到检测电压值。

在一实施例中，所述高频变压器还包括初级绕组，所述第一MOS管关断时，所述初级绕组的PIN3脚为正，所述次级绕组的PIN10脚为负，所述二极管关断。

在一实施例中，所述检测电压值计算公式为：

检测电压值CVD＝第三电阻的阻值/(第二电阻的阻值+第三电阻的阻值)*次级绕组的电压值。

在一实施例中，所述滤波整流电路包括整流桥和母线电容，所述直流母线电压采集电路设置有P-N直流母线端，所述母线电容接在所述P-N直流母线端之间，所述整流桥与所述母线电容连接，所述整流桥将输入交流电压转换为直流母线电压。

在一实施例中，所述直流母线电压采集电路还包括降压电路，所述降压电路与开关电源控制电路电连接，所述降压电路用于对所述滤波整流电路滤波稳压后的直流母线电压进行降压。

本实用新型技术方案通过采用滤波整流电路、高频变压器、开关电源控制电路、电压采集单元来实现降低直流母线电压采集电路的EMC干扰风险，通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管开通与关断来控制所述电压采集单元采集直流母线电压，再将直流母线电压和电压采样输出电压经过高频变压器隔离，实现了强弱电之间的电磁隔离，使得干扰降低，因此可以降低直流母线电压采集电路的EMC干扰风险。

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为背景技术中存在EMC干扰风险的电路；

图2为一种直流母线电压采集电路图。

附图标号说明：

1-滤波整流电路、2-电压采集单元。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，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，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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直流母线电压采集电路，用于采集反激式开关电源的直流母线电压，包括：滤波整流电路1，所述滤波整流电路1将输入的交流电压进行滤波稳压得到直流母线电压；高频变压器TR1，所述高频变压器TR1与滤波整流电路1电连接，所述高频变压器TR1用于隔离直流母线电压和电压采样输出电压，所述采样输出电压作为所述直流母线采集电压电路的最终输出信号；开关电源控制电路，所述开关电源控制电路包括第一MOS管Q2，所述第一MOS管Q2的漏极与高频变压器TR1电连接；电压采集单元2，所述电压采集单元2与高频变压器TR1电连接，通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管Q2开通与关断来控制所述电压采集单元2采集直流母线电压。

在本实用新型实施例中，如图2所示，该直流母线电压采集电路通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管Q2开通与关断来控制所述电压采集单元2采集直流母线电压，再将直流母线电压和电压采样输出电压经过高频变压器TR1隔离，实现了强弱电之间的电磁隔离，使得干扰降低，因此可以降低直流母线电压采集电路的安规风险和EMC干扰风险；

所述电压采集单元2包括第一电阻R17、第二电阻R19、第三电阻R20、二极管D7、第一电容C11、第二电容C12，所述第一电阻R17与高频变压器TR1连接，所述二极管D7的正极与第一电阻R17连接，所述二极管D7的负极与第二电阻R19、第一电容C11连接，所述第三电阻R20的一端与第一电容C11连接，所述第三电阻R20的另一端与第二电阻R19连接，所述第二电容C12与第三电阻R20并联，第一电阻R17用于限制所在支路电流的大小，以防电流过大烧坏所串联的元器件，同时限流电阻也能起分压作用。

图2中为伺服驱动器所必须的反激式开关电源，驱动器硬件电路方案决定，需要具备多路电源输出(+5V、+15V、-15V、+24V、+16V等)，所述开关电源控制电路还包括开关电源控制芯片U2、第二MOS管Q1，所述开关电源控制芯片U2与所述高频变压器TR1电连接，所述第二MOS管Q1与所述开关电源控制芯片U2电连接，所述开关电源控制芯片U2控制所述第二MOS管Q1的导通。

所述高频变压器TR1包括辅助绕组NP2，当反激式开关电源控制电路的第二MOS管Q1的导通后，所述辅助绕组NP2用于给所述开关电源控制芯片U2供电。所述高频变压器TR1包括次级绕组NS3，所述开关电源控制芯片U2的PIN 6脚输出PWM波信号控制第一MOS管Q2交替开通与关断，使能量传输到高频变压器TR1的次级绕组NS3；

当反激式开关电源控制电路的第一MOS管Q2开通时，高频变压器TR1的初级绕组NP1的PIN3脚为负,高频变压器TR1的次级绕组NS3的PIN10脚为正，所述二极管D7导通，通过所述第一电阻R17对所述第一电容C11充电，第一电容C11两端的电压为VDC3，并通过第二电阻R19和第三电阻R20分压得到检测电压值；

在本实施例中，所述高频变压器TR1还包括初级绕组NP1，所述第一MOS管Q2关断时，所述初级绕组NP1的PIN3脚为正，所述次级绕组NS3的PIN10脚为负，所述二极管D7关断，且次级绕组NS3为-15V输出电压的绕组，本次实现直流母线电压采集功能，共用该次级绕组NS3；

此时第一电容C11会通过电阻第二电阻R19和第三电阻R20进行放电，由于实际设计中，第二电阻R19和第三电阻R20电阻值很大，因此放电速度很慢，实现了良好的保持性，提高了电压的采样精度。

所述检测电压值计算公式为：

检测电压值CVD＝第三电阻R20的阻值/(第二电阻R19的阻值+第三电阻R20的阻值)*次级绕组NS3的电压值。

所述滤波整流电路1包括整流桥BD3和母线电容E1，所述直流母线电压采集电路设置有P-N直流母线端，所述母线电容E1接在所述P-N直流母线端之间，所述整流桥BD3与所述母线电容E1连接，所述整流桥BD3将输入交流电压转换为直流母线电压。本实施例高压侧伺服驱动器直流母线端P-N，通过母线电容E1连接，避免漏电流，有效解决安规风险。

所述直流母线电压采集电路还包括降压电路，所述降压电路与开关电源控制电路电连接，所述降压电路用于对所述滤波整流电路1滤波稳压后的直流母线电压进行降压，所述降压电路包括第四电阻R7，所述第四电阻R7与第二MOS管Q1的漏极连接。

220V交流电压通过直流母线L1、直流母线L2输入到整流桥BD3，后经过母线电容E1进行滤波、稳压，得到直流母线电压VDC1(VDC1电压在图2中表示为电源符号P、N之间的电压)；

直流母线电压VDC1经第四电阻R7降压后，施加到开关电源控制芯片U2的供电端VCC，如果直流母线电压VDC1大于开关电源控制芯片U2的启动电压阀值，开关电源控制芯片U2则启动；

开关电源控制芯片U2的PIN8脚输出一个基准参考电压VREF，导通第二MOS管Q1，断开启动回路，后续由高频变压器TR1输出的辅助绕组NP2对开关电源控制芯片U2进行供电；

开关电源控制芯片U2的PIN6脚输出PWM波，控制第一MOS管Q2交替开通关断，使能量通过高频变压器TR1传输到次级绕组NS3，再经过整流、滤波、稳压得到恒定电压输出。

此外，本实施例为开关电源实现需要，设计高频变压器TR1初级绕组NP1匝数为：72匝，本实施例涉及的母线电压采集的次级绕组NS3匝数为：11匝；

初级绕组NP1的直流母线电压(VDC1)与次级绕组NS3的电压(VDC2)之比等于初级绕组NP1与次级绕组NS3线圈匝数之比；

即：VDC1/VDC2＝NP1/NS3；

因此VDC2＝VDC1*NS3/NP1＝VDC1*11/72＝0.153*VDC1。

在图2中，检测电压值CVD＝R20/(R19+R20)*VDC2

二极管D7压降和第一电阻R17压降很低，计算中忽略；

实例计算：设计R20＝740R，R19＝10K；

因此检测电压值CVD＝740/(10000+740)*VDC2＝0.0689*VDC2

代入VDC2＝0.153VDC1，因此检测电压值CVD＝0.01VDC1，因此通过参数设计，让直流母线电压VDC1与检测电压值CVD比例为100/1。

最后将检测电压值CVD信号传输到伺服驱动器控制端ADC端口进行处理。

本直流母线电压采集电路简单，所涉及的元器件之少，成本较低。

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发明构思下，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 (10)

1.一种直流母线电压采集电路，用于采集反激式开关电源的直流母线电压，其特征在于，包括：

滤波整流电路，所述滤波整流电路将输入的交流电压进行滤波稳压得到直流母线电压；

高频变压器，所述高频变压器与滤波整流电路电连接，所述高频变压器用于隔离直流母线电压和电压采样输出电压，所述采样输出电压作为所述直流母线采集电压电路的最终输出信号；

开关电源控制电路，所述开关电源控制电路包括第一MOS管，所述第一MOS管的漏极与高频变压器电连接；

电压采集单元，所述电压采集单元与高频变压器电连接，通过所述开关电源控制电路控制第一MOS管开通与关断来控制所述电压采集单元采集直流母线电压。

2.如权利要求1所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述电压采集单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、二极管、第一电容、第二电容，所述第一电阻与高频变压器连接，所述二极管的正极与第一电阻连接，所述二极管的负极与第二电阻、第一电容连接，所述第三电阻的一端与第一电容连接，所述第三电阻的另一端与第二电阻连接，所述第二电容与第三电阻并联。

3.如权利要求2所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述开关电源控制电路还包括开关电源控制芯片、第二MOS管，所述开关电源控制芯片与所述高频变压器电连接，所述第二MOS管与所述开关电源控制芯片电连接，所述开关电源控制芯片控制所述第二MOS管的导通。

4.如权利要求3所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述高频变压器包括辅助绕组，所述第二MOS管的导通后，所述辅助绕组用于给所述开关电源控制芯片供电。

5.如权利要求3所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述高频变压器包括次级绕组，所述开关电源控制芯片的PIN 6脚输出PWM波信号控制第一MOS管交替开通与关断，使能量传输到高频变压器的次级绕组。

6.如权利要求2所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述第一MOS管开通时，所述二极管导通，通过所述第一电阻对所述第一电容充电，并通过第二电阻和第三电阻分压得到检测电压值。

7.如权利要求5所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述高频变压器还包括初级绕组，所述第一MOS管关断时，所述初级绕组的PIN3脚为正，所述次级绕组的PIN10脚为负，所述二极管关断。

8.如权利要求6所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述检测电压值计算公式为：

检测电压值CVD＝第三电阻的阻值/(第二电阻的阻值+第三电阻的阻值)*次级绕组的电压值。

9.如权利要求1所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述滤波整流电路包括整流桥和母线电容，所述直流母线电压采集电路设置有P-N直流母线端，所述母线电容接在所述P-N直流母线端之间，所述整流桥与所述母线电容连接，所述整流桥将输入交流电压转换为直流母线电压。

10.如权利要求1所述的直流母线电压采集电路，其特征在于，所述直流母线电压采集电路还包括降压电路，所述降压电路与开关电源控制电路电连接，所述降压电路用于对所述滤波整流电路滤波稳压后的直流母线电压进行降压。