CN221667906U - 直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及供电电源技术领域，尤其涉及一种直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源，该电路包括直流电压采样电路、直流电流采样电路和控制单元；直流电压采样电路与控制单元连接，直流电压采样电路用于获取电源的直流电压参考值，并发送至控制单元；直流电流采样电路与控制单元连接，直流电流采样电路用于获取电源的直流电流参考值，并发送至控制单元；控制单元根据直流电压参考值和直流电流参考值，确定供电电压值和供电电流值。本实用新型成本更低，电子元件可制作在同一个PCB板上，使其与保护电路的连接更容易；另外，可根据不同的场合调整输出功率的限制范围，可拓展电源的使用场合，从而实现一机多用，使其具有更高的通用性。

Description

直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源

技术领域

本实用新型涉及供电电源技术领域，尤其涉及一种用于直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源。

背景技术

开关电源又称交换式电源、开关变换器，属于电源供应器的一种，其是一种高频化电能转换装置。目前，多类电子电器设备都需要使用开关电源将市电转换后进行供电。实际使用过程中，开关电源的输出功率需要限制在额定功率范围内，若出现输出功率超出额定功率的情况，开关电源会出现发热、工作异常、甚至损坏等问题。因此，为了保证开关电源工作的安全可靠，就需要对开关电源增加输出功率异常的保护功能，以防止出现电源负载功率超出额定功率范围而损坏的情况发生。

开关电源若有输出功率异常的保护功能，就需要先检测实际的输出功率，再将实际输出功率与额定输出功率范围进行比较，若超出限制范围，则认为输出功率异常，并做相应的保护动作(停止输出或调整输出功率等)。现有的保护电路通常采用功率检测单元直接检测实际输出功率或者实际输入功率，再间接的计算得出实际输出功率，而功率检测单元大多选用功率计或者电压和电流检测模块。

但是，功率计、电压和电流检测模块的功率获取方式，普遍存在成本高、与其他控制电路结合不便等问题，进而导致产品成本增加，且会额外增加安装、维护工作。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的至少以上技术问题，本实用新型提供了一种用于直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源。

本实用新型一方面提供一种直流供电电源的输入功率采集电路，包括直流电压采样电路、直流电流采样电路和控制单元；所述直流电压采样电路与所述控制单元连接，所述直流电压采样电路用于获取电源的直流电压参考值，并发送至所述控制单元；所述直流电流采样电路与所述控制单元连接，所述直流电流采样电路用于获取电源的直流电流参考值，并发送至所述控制单元；所述控制单元根据所述直流电压参考值和所述直流电流参考值，确定供电电压值和供电电流值。

在一些实施例中，所述直流电压采样电路包括串联的第一电阻结构和第二电阻结构；所述第一电阻结构的一端与电路的输入端正极连接，所述第二电阻结构的一端与电路的输出端负极连接，所述第二电阻结构的电压为所述直流电压参考值。

在一些实施例中，所述直流电流采样电路包括电流采样电阻结构和放大电路；所述电流采样电阻结构的一端与所述电路的输入端负极连接，另一端与输出端负极连接；所述放大电路用于对所述电流采样电阻结构的电压进行设定倍数的放大，被放大的所述电流采样电阻结构电压的数值为所述直流电流参考值。

在一些实施例中，所述放大电路包括第四电阻结构、第五电阻结构、第四电容结构和放大器；所述第四电阻结构的一端与所述电流采样电阻结构的一端连接，所述第四电阻结构的另一端与所述放大器的反向输入端连接；所述第四电容结构和所述第五电阻结构并联，并且所述第四电容结构和所述第五电阻结构的一端与所述第四电阻结构的一端连接，所述第四电容结构和所述第五电阻结构的另一端与所述放大器的输出端连接。

在一些实施例中，所述直流电压采样电路、所述直流电流采样电路和所述放大电路分别包括滤波电路；所述滤波电路包括滤波电容结构，或者所述滤波电路包括滤波电容及滤波电阻结构。

在一些实施例中，所述第一电阻结构、所述第二电阻结构、所述电流采样电阻结构、所述第四电阻结构、所述第五电阻结构、所述第四电容结构、所述放大器、所述滤波电容结构或所述滤波电容及滤波电阻结构包括一个电子元件或者包括多个串联和/或并联的电子元件。

在一些实施例中，所述控制单元包括计算模块；所述计算模块被配置为根据所述直流电压参考值和所述直流电流参考值获得直流输入电压和直流输入电流；所述计算模块还被配置为根据所述直流输入电压和所述直流输入电流获得实际输出功率。

在一些实施例中，所述控制单元还包括对比模块；所述对比模块被配置为对比所述实际输出功率和所述额定输出功率，并输出对比结果信号。

在一些实施例中，所述控制单元还包括输出模块；所述输出模块被配置为根据所述对比结果信号输出控制信号。

本实用新型另一方面还提供一种直流供电电源，包括电路板，所述电路板包括上述输入功率采集电路。

本实用新型提供的一种直流供电电源的输入功率采集电路、直流供电电源，利用增加的电子元件，可采集直流电压参考值及直流电流参考值，再利用已有的控制芯片，可确定供电电压值和供电电流值，进一步计算实际输出功率，以判断输出功率是否异常。本实用新型技术方案，无需额外使用功率计或者电压和电流检测模块，其成本更低，并且电子元件可制作在同一个PCB板上，使其与保护电路的连接更容易；另外，可根据不同的场合调整输出功率的限制范围，可拓展电源的使用场合，从而实现一机多用，使其具有更高的通用性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1为本实用新型实施例提供的直流供电电源的输入功率采集电路的电路图；

图2为本实用新型实施例提供的直流供电电源的输入功率采集电路中控制单元的结构框图。

图中：

U2：控制单元；10：计算模块；20：对比模块；30：输出模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

目前，一些开关电源的输入为交流市电，会经过整流、滤波电路将交流市电先转换成直流，再通过变换电路转换输出；一些开关电源的输入直接为直流，再通过变换电路转换输出。因此无论是交流输入的开关电源还是直流输入的开关电源，都可以看做是直流电给变换电路供电。根据直流供电系统的功率计算公式：功率P＝电压V*电流I，因此检测直流部分的电压V和电流I，即可计算出功率P的值。

本实用新型实施例提供一种直流供电电源的输入功率采集电路，包括直流电压采样电路、直流电流采样电路和控制单元，其中，直流电压采样电路和直流电流采样电路为新增的电子元件，而控制单元则为原电路中已有元件。通过直流电压采样电路和直流电流采样电路采集直流电压V和电流I，通过控制单元计算当前功率P，并根据当前功率P与预设额定功率比较后的结果发送控制信号。

以下结合附图，对本实用新型提供的输入功率采集电路进行详细说明。

如图1所示，直流电压采样电路与控制单元连接，直流电压采样电路用于获取电源的直流电压参考值，并发送至控制单元；其中，直流电压采样电路包括串联的第一电阻结构R1、第二电阻结构R2，以及第六电容结构C6；第一电阻结构R1的一端与电路的输入端正极Vin+连接，第二电阻结构R2的一端与电路的输出端负极Vout-连接，第二电阻结构R2的电压为直流电压参考值。

电流采样电阻结构RC1(参考下文描述)的阻值小，因此，在电流采样电阻结构RC1上面的电压可以忽略不计，所以第一电阻结构R1和第二电阻结构R2等效于直接并联在输入端Vin+和输入端Vin-的两端。因此，第二电阻结构R2上产生的电压V_ref等比例于直流供电电压Vin，即V_ref＝Vin*R2/(R1+R2)，电压V_ref经过第六电容结构C6滤波后送入控制单元U2的IO口PB0，该IO口内部具有模数转换电路，通过模数转换就可以测得直流电压的参考值V_ref，而Vin＝V_ref*(R1+R2)/R2。经过控制单元U2内部的计算功能计算，就可以算出直流输入电压Vin的值，其中，控制单元U2包括存储模块，对于第一电阻结构R1和第二电阻结构R2的值存储于存储模块为已知数值。

直流电流采样电路与控制单元连接，直流电流采样电路用于获取电源的直流电流参考值，并发送至控制单元；其中，直流电流采样电路包括电流采样电阻结构RC1、RC滤波结构和放大电路；电流采样电阻结构RC1的一端与电路的输入端负极Vin-连接，另一端与输出端负极Vout-连接；RC滤波结构包括第三电阻结构R3和第三电容结构C3，第三电阻结构R3的一端与电流采样电阻结构RC1的一端连接，另一端与放大电路连接，第三电容结构C3的一端接地，另一端与第三电阻结构R3的一端连接。

放大电路用于对电流采样电阻结构的电压进行设定倍数的放大，被放大的电流采样电阻结构电压的数值为直流电流参考值。放大电路包括第四电阻结构R4、第五电阻结构R5、第四电容结构C4和放大器U1；第四电阻结构R4的一端与电流采样电阻结构RC1的一端连接，第四电阻结构R4的另一端与放大器U1的反向输入端连接；第四电容结构C4和第五电阻结构R5并联，并且第四电容结构C4和第五电阻结构R5的一端与第四电阻结构R4的一端连接，第四电容结构C4和第五电阻结构R5的另一端与放大器U1的输出端连接。以及，放大器U1的输出端连接RC滤波结构，RC滤波结构包括第六电阻结构R6和第五电容结构C5，其中，第六电阻结构R6的一端与放大器U1的输出端连接，另一端与控制单元U2连接，第五电容结构C5的一端与第六电阻结构R6连接，另一端与控制单元U2的接地口连接。

直流供电电流由电路的输入端正极Vin+流入，经过变换电路和负载后由输入端负极Vin-流回，此电流基本等于直流的供电电流Im。电流Im流过电流采样电阻结构RC1，并在电流采样电阻结构RC1上产生电压V1，其大小V1＝Im*R_RC1，其中R_RC1为电流采样电阻结构RC1的阻值。电压V1经过第三电阻结构R3和第三电容结构C3滤波后送入放大器U1的反相输入端，由第四电阻结构R4、第五电阻结构R5、第四电容结构C4和放大器U1组成电压放大电路的放大倍数K＝R_R5/R_R4，其中R_R4和R_R5为第四电阻结构R4和第五电阻结构R5的阻值。直流电流参考值为电压V1经放大电路放大后被放大的数值，即I_ref＝K*V1，再经第六电阻结构R6和第五电容结构C5滤波后送入控制单元U2的IO口PA6，该IO口内部有模数转换电路，通过模数转换就可以测得直流电流的参考值I_ref，而根据公式I_ref＝K*V1＝K*Im*R_RC1，则Im＝I_ref/(K*R_RC1)，其中放大倍数K和R_RC1值可以通过电阻阻值计算获得，控制单元U2内部有计算功能，通过计算得到直流输入电流Im的值；同样的，控制单元U2的存储模块存储有第四电阻结构R4和第五电阻结构R5的阻值、电流采样电阻结构RC1的阻值。

本实用新型实施例中，各电阻结构或电容结构中，不局限于一个电阻或电容，其可以为多个电阻或多个电容的串并联组合。

本实用新型实施例中，控制单元根据直流电压参考值和直流电流参考值，确定供电电压值和供电电流值。例如，如图1所示，控制单元U2为8脚芯片，本实用新型实施例中，也可以选用其他多种引脚的可编程控制芯片，并且IO端口也不局限于图1中所示引脚，也可以是其他同样功能的引脚。

如图2所示，本实用新型实施例中，控制单元包括计算模块10；计算模块10被配置为根据直流电压参考值和直流电流参考值计算获得直流输入电压和直流输入电流；计算模块10还被配置为根据直流输入电压和直流输入电流计算获得实际输出功率。参考上文描述通过计算模块10计算可获取直流输入电压和直流输入电流。根据公式Pin＝Im*Vin，经控制单元U2的计算模块10，可以得到输入功率Pin的数值。而整个电源系统的效率是基本固定的，可以通过测试得到，因此按“输出功率＝输入功率Pin*效率”，控制单元U2经计算模块10计算可以得到输出功率的数值。

本实用新型实施例中，控制单元还包括对比模块20；对比模块20被配置为对比实际输出功率和额定输出功率，并输出对比结果信号。控制单元U2的存储模块存储了额定输出功率的范围数据，对比模块20用得到的输出功率数值(实际输出功率)与存储的额定输出功率数据比较，可以判断输出功率是否在正常范围之内。

本实用新型实施例中，控制单元还包括输出模块30；输出模块30被配置为根据对比结果信号输出控制信号。若输出功率超过额定输出功率的范围，则判断为输出功率异常，控制单元U2通过端口(如PA2端口)输出控制信号Control，去控制保护电路动作(输出断电或报警等)，实现对电源的保护。

本实用新型实施例还提供一种直流供电电源，包括电路板，电路板包括上述输入功率采集电路。输入功率采集电路利用增加的电子元件，可采集直流电压参考值及直流电流参考值，再利用已有的控制芯片，可确定供电电压值和供电电流值，进一步计算实际输出功率，以判断输出功率是否异常。

本实用新型技术方案，无需额外使用功率计或者电压和电流检测模块，其成本更低，并且电子元件可制作在同一个电路板(PCB板)上，使其与保护电路的连接更容易；另外，可根据不同的场合调整输出功率的限制范围，可拓展电源的使用场合，从而实现一机多用，使其具有更高的通用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，包括直流电压采样电路、直流电流采样电路和控制单元；

所述直流电压采样电路与所述控制单元连接，所述直流电压采样电路用于获取电源的直流电压参考值，并发送至所述控制单元；

所述直流电流采样电路与所述控制单元连接，所述直流电流采样电路用于获取电源的直流电流参考值，并发送至所述控制单元；

所述控制单元根据所述直流电压参考值和所述直流电流参考值，确定供电电压值和供电电流值。

2.根据权利要求1所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述直流电压采样电路包括串联的第一电阻结构和第二电阻结构；

所述第一电阻结构的一端与电路的输入端正极连接，所述第二电阻结构的一端与电路的输出端负极连接，所述第二电阻结构的电压为所述直流电压参考值。

3.根据权利要求2所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述直流电流采样电路包括电流采样电阻结构和放大电路；

所述电流采样电阻结构的一端与所述电路的输入端负极连接，另一端与所述输出端负极连接；

所述放大电路用于对所述电流采样电阻结构的电压进行设定倍数的放大，被放大的所述电流采样电阻结构电压的数值为所述直流电流参考值。

4.根据权利要求3所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述放大电路包括第四电阻结构、第五电阻结构、第四电容结构和放大器；

所述第四电阻结构的一端与所述电流采样电阻结构的一端连接，所述第四电阻结构的另一端与所述放大器的反向输入端连接；

所述第四电容结构和所述第五电阻结构并联，并且所述第四电容结构和所述第五电阻结构的一端与所述第四电阻结构的一端连接，所述第四电容结构和所述第五电阻结构的另一端与所述放大器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述直流电压采样电路、所述直流电流采样电路和所述放大电路分别包括滤波电路；

所述滤波电路包括滤波电容结构，或者所述滤波电路包括滤波电容及滤波电阻结构。

6.根据权利要求5所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述第一电阻结构、所述第二电阻结构、所述电流采样电阻结构、所述第四电阻结构、所述第五电阻结构、所述第四电容结构、所述放大器、所述滤波电容结构或所述滤波电容及滤波电阻结构包括一个电子元件或者包括多个串联和/或并联的电子元件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述控制单元包括计算模块(10)；

所述计算模块(10)被配置为根据所述直流电压参考值和所述直流电流参考值获得直流输入电压和直流输入电流；

所述计算模块(10)还被配置为根据所述直流输入电压和所述直流输入电流获得实际输出功率。

8.根据权利要求7所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述控制单元还包括对比模块(20)；

所述对比模块(20)被配置为对比所述实际输出功率和所述额定输出功率，并输出对比结果信号。

9.根据权利要求8所述的直流供电电源的输入功率采集电路，其特征在于，所述控制单元还包括输出模块(30)；

所述输出模块(30)被配置为根据所述对比结果信号输出控制信号。

10.一种直流供电电源，其特征在于，包括电路板，所述电路板包括如权利要求1至9中任一项所述的直流供电电源的输入功率采集电路。