WO2012106967A1

WO2012106967A1 - 桥式电流检测电路

Info

Publication number: WO2012106967A1
Application number: PCT/CN2011/083245
Authority: WO
Inventors: 唐华; 欧阳艳红; 李升旗
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2011-02-12
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2012-08-16
Also published as: CN102636676B; CN102636676A

Description

桥式电流检测电路技术领域本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种桥式电流检测电路。背景技术图 1是根据相关技术的全桥加副边同步整流的拓扑结构的示意图，如图 1所示，电流互感器（CURRENT TRANSFORMER, 简称为 CT) 原边电流等于全桥变压器原边电流。开关管 Ql、 Q4导通， CT原边电流从 CSA流向 CSB，此时电源的能量从变压器原边传到副边，整个电路能量是从输入电源处发出，电流检测电路检测出来的电流为正向电流；而开关管 Ql、 Q4导通， CT原边电流从 CSB流向 CSA，电路拓扑能量往输入电源处回灌，此时电流检测电路检测出来的电流为反灌电流。同理，开关管 Q2、 Q3导通， CT原边电流从 CSB流向 CSA，电流检测电路检测出来的电流为正向电流；反之开关管 Q2、 Q3导通， CT原边电流从 CSA流向 CSB，电流检测电路检测出来的电流为反灌电流。反灌电流是由于各种情况下副边能量反灌到原边而产生。图 2是根据相关技术的桥式电流检测电路的示意图，如图 2所示， CT原边电流从

CSA流向 CSB时，根据同名端关系， CT副边感应电流先经 Dl，再经 Rs，最后从 D4 回来，形成环路。在 Rs上形成电压，通过欧姆定律从而可以得出 CT的副边电流大小，按照 CT原副边匝比关系，得到 CT原边电流大小，也就是全桥主变压器电流大小；而 CT原边电流从 CSB流向 CSA时， CT副边感应电流先经 D3，再经 Rs，最后从 D2回来形成环路。在 Rs上形成电压，从而可以得到此时 CT原边电流大小，也就是全桥主变压器电流大小。不管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4如何导通，全桥主电路中的电流是正向电流还是反灌电流，只要有电流流过 CT原边绕组，就会在 Rs上形成对应成比例的正向电压。图 3是根据相关技术的电流型全桥与同步整流的整体结构的示意图，如图 3所示， Dl、 D2、 D3、 D4功能就是一个全波整流，通过 Rs将 CT上的正负交流信号整流成对应的正电压信号，该电压信号经 R2、 C2滤波之后输入到电流型控制芯片的电流检测弓 I脚 (CURRENT SENSE, 简称为 CS)，电流型控制芯片根据 CS脚电平大小调整脉冲宽度调制（PULSE WIDTH MODULATION,简称为 PWM)信号的占空比大小， PWM 波如图中 3中的 OUTA、 OUTB。图 4是根据相关技术的检测获得的电流检测信号的示意图，如图 4所示，为 Rs 电阻上采得一个周期（全桥两组对管各开通半个周期）的 CT 电流波形，其中每半个周期的波形又分为阶段 1和阶段 2 (在图 4中分别用 1和 2标识）。经分析可知图 4中阶段 1对应的即为反灌电流整流而得的电压波形。当副边大反灌电流作用到原边时，此时该电流检测电路将反灌电流检测成对应成比例的正向电压。但是，反灌电流越大，则对应正向电压越大， CS信号电压越大。当 CS信号超过控制芯片内部逐波限流保护阀值电压，将误触发控制芯片逐波限流保护动作，从而引起电源模块烧毁。发明内容本发明提供了一种桥式电流检测电路，以至少解决相关技术中电流检测电阻 Rs 将反灌电流检测成对应成比例的正向电压的问题。根据本发明的桥式电流检测电路包括：电流互感器，其中，电流互感器的原边绕组串联在全桥主电路中，电流互感器的副边绕组的一端连接至第一可控开关的一端和第二可控开关的一端，电流互感器的副边绕组的另一端连接至第三可控开关的一端和第四可控开关的一端；电流检测电阻，其中，电流检测电阻的一端连接至第一可控开关的另一端和第三可控开关的另一端，电流检测电阻的另一端连接至第二可控开关的另一端和第四可控开关的另一端并接地，其中第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关，设置为在控制信号的作用下，为电流互感器的副边绕组的感应电流到电流检测电阻提供通路。上述桥式电流检测电路还包括：基准供电电源，设置为为电流检测电阻提供一个固定的正向分压；偏置分压电阻，其中，偏置分压电阻的一端连接至基准供电电源，偏置分压电阻的另一端连接至电流检测电阻的一端。上述桥式电流检测电路还包括：滤波电路，设置为对电流检测电阻检测的电流进行滤波。滤波电路包括：电阻，其中，电阻的一端连接至电流检测电阻的一端，电阻的另一端输出滤波后的电流；电容，其中，电容的一端连接至电阻的另一端，电容的另一端接地。上述桥式电流检测电路还包括：二级管，其负极连接至电阻的另一端，正极接地。二级管为导通压降低于 0.3V的肖特基二极管。上述桥式电流检测电路还包括： MOS开关管，其漏极连接至电阻的另一端，其源极接地。

MOS开关管设置为在控制信号的作用下，与第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和 /或第四可控开关同时导通。

MOS开关管的导通时间不超过 100ns。

MOS开关管为小信号 N沟道 MOS管。通过本发明，在四个可控开关 Sl、 S2、 S3、 S4的控制下，电流检测电阻 Rs将反灌电流检测成对应成比例的负向电压。由于控制芯片逐波限流保护动作阀值电压为正压，因此反灌电流对应的负向电压是不会触发芯片逐波限流保护动作的，即通过本发明的技术方案可以将大反灌电流误触发控制芯片逐波限流保护动作而引起电源烧毁的隐患消除，从而提高电源的可靠性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1是根据相关技术的全桥加副边同步整流的拓扑结构的示意图；图 2是根据相关技术的桥式电流检测电路的示意图；图 3是根据相关技术的电流型全桥与同步整流的整体结构的示意图；图 4是根据相关技术的检测获得的电流检测信号的示意图；图 5是根据本发明实施例的桥式电流检测电路的示意图；图 6是根据本发明实施例的电流检测结构中可控开关 Sl、 S2、 S3、 S4，以及开关管 VT相对于全桥主管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4的驱动时序图；图 7 是根据本发明实施例的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图；图 8是根据本发明优选实施例的桥式电流检测电路的示意图；图 9是根据本发明优选实施例一的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图；图 10 是根据本发明优选实施例二的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图；图 11 是根据本发明优选实施例三的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。本发明实施例提供了一种桥式电流检测电路。图 5是根据本发明实施例的桥式电流检测电路的示意图，如图 5所示，包括电流互感器、电流检测电阻 Rs、第一可控开关 Sl、第二可控开关 S2、第三可控开关 S3和第四可控开关 S4。下面对其结构进行详细描述。电流互感器的原边绕组串联在全桥主电路中，电流互感器的副边绕组的一端连接至第一可控开关 S1的一端和第二可控开关 S2的一端，电流互感器的副边绕组的另一端连接至第三可控开关 S3的一端和第四可控开关 S4的一端；电流检测电阻 Rs的一端连接至第一可控开关 S1 的另一端和第三可控开关 S3 的另一端，电流检测电阻 Rs 的另一端连接至第二可控开关 S2的另一端和第四可控开关 S4的另一端并接地，其中第一可控开关 Sl、第二可控开关 S2、第三可控开关 S3和第四可控开关 S4，设置为在控制信号的作用下，为电流互感器的副边绕组的感应电流到电流检测电阻 Rs提供通路。相关技术中，电流检测电阻 Rs将反灌电流检测成对应成比例的正向电压。本发明实施例中，在四个可控开关 Sl、 S2、 S3、 S4的控制下，电流检测电阻 Rs将反灌电流检测成对应成比例的负向电压。由于控制芯片逐波限流保护动作阀值电压为正压，因此反灌电流对应的负向电压是不会触发芯片逐波限流保护动作的，即通过本发明的技术方案可以将大反灌电流误触发控制芯片逐波限流保护动作而引起电源烧毁的隐患消除，从而提高电源的可靠性。需要说明的是，本发明的桥式电流检测电路的输入为全桥原边交流信号，输出为电流检测信号，该信号输入到电流型控制芯片的电流检测引脚，使得 PWM信号跟随输入电流的变化而变化。需要说明的是，当控制信号为高电平时可控开关开通，在开通期间，电流可以双向流过开关；而当控制信号为低电平时可控开关关断，在关断期间，开关上除了很小的漏电流之外，不能流过任何方向的电流。下面对在四个可控开关 S l、 S2、 S3、 S4控制下的电流检测电阻 Rs将反灌电流检测成对应成比例的负向电压的过程进行详细描述。需要说明的是，在本发明实施例中，当主拓扑结构中开关管 Ql、 Q4导通时，电流互感器原边电流从 CSA流向 CSB为正向电流，反之检测出来的电流为反灌电流；当主拓扑结构中开关管 Q2、 Q3导通时，电流互感器原边电流从 CSB流向 CSA为正向电流，反之检测出来的电流为反灌电流。图 6是根据本发明实施例的电流检测结构中可控开关 S l、 S2、 S3、 S4，以及开关管 VT相对于全桥主管 Ql、 Q2、 Q3、 Q4的驱动时序图，如图 6所示， Q1禾 P Q4开通时， S 1和 S4导通，此时 CT副边电流通过 S l、 S4和 Rs导通，在 Rs上检测出电流信号的大小及方向；当电流从 CSA流向 CSB时，主拓扑能量由输入电源发出， CT副边电流先经 S l，再经 Rs，最后从 S4回来形成环路，在 Rs上形成对应成比例的正向电压；而当电流从 CSB流向 CSA时，主拓扑能量往输入电源送，即此时电流为反灌电流， CT副边电流先经 S4，再经 Rs，最后从 S I回来形成环路，从而在 Rs上形成对应成比例的负向电压。所以 Rs上的正向电压对应为正向电流，负向电压对应为反灌电流。根据全桥工作的原理，反灌电流产生在主开关管开通的前期，主要是由于各种情况下副边电流反灌到原边而产生。图 7 是根据本发明实施例的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图，如图 7所示，该信号是正负的。优选地，桥式电流检测电路还包括：基准供电电源 Ur，设置为为电流检测电阻

Rs提供一个固定的正向分压；偏置分压电阻 Rl，其中，偏置分压电阻的一端连接至基准供电电源 Ur，偏置分压电阻的另一端连接至电流检测电阻 Rs的一端。本优选实施例中，电流检测电阻的电压由两部分叠加而成： 1、电流互感器的副边绕组感应电流在电流检测电阻上产生的电压信号； 2、偏置电源部分在电流检测电阻上产生的固定正向偏压。优选地，桥式电流检测电路还包括：滤波电路，设置为对电流检测电阻 Rs检测的电流进行滤波。本优选实施例中，滤波电路对输入该滤波网络的电压信号进行滤波，从而抑制减弱一部分噪声的幅值。优选地，滤波电路包括：电阻 R2，其中，电阻 R2的一端连接至电流检测电阻 Rs 的一端，电阻 R2的另一端输出滤波后的电流；电容 C2，其中，电容 C2的一端连接至电阻 R2的另一端，电容 C2的另一端接地。优选地，桥式电流检测电路还包括：二级管 D，其负极连接至电阻 R2的另一端，正极接地。优选地，二级管 D为导通压降低于 0.3V的肖特基二极管。本优选实施例中，二级管 D嵌位控制芯片电流检测信号输入引脚的负向电压在任何条件下都不超过 -0.3 V，从而可以保护控制芯片。优选地，桥式电流检测电路还包括： MOS开关管 VT，其漏极连接至电阻 R2的另一端，其源极接地。优选地， MOS开关管 VT设置为在控制信号的作用下，与第一可控开关 Sl、第二可控开关 S2、第三可控开关 S3和 /或第四可控开关 S4同时导通。优选地， MOS开关管 VT的导通时间不超过 100ns。本优选实施例中， MOS开关管 VT可以将来自主拓扑主管的开关噪声嵌位到地电平，从而将最终的电流检测信号前沿开关噪声消除掉。优选地， MOS开关管 VT为导通电阻小的小信号 N沟道 MOS管。下面将结合实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。图 8是根据本发明优选实施例的桥式电流检测电路的示意图，如图 8所示，在图 5所示的桥式电流检测电路的基础上，依次增加了 Ur和 Rl、 R2和 C2、 D和 VT。下面通过优选实施例一至优选实施例三对其进行详细描述。优选实施例一本发明优选实施例一在图 5所示的桥式电流检测电路的基础上增加了 Ur和 Rl。图 9是根据本发明优选实施例一的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图。由于通过 Ur和 R1在 Rs上添加了一个正向偏压，因此该桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号在图 7的基础上叠加了一个正向的偏压，从而使电流检测信号整体往上偏移。需要说明的是，加在 Rs上的正向偏置电压大小可以通过电路调试来获得，本发明通过改变电源输出端负载，在空载、满载、空满载跳变等动作来测试 Rs上稳态的负压，并取其中绝对值最大的负压确定为所要叠加的正向偏压大小。从而可以保证在电路稳态工作过程中，检测到噪声之外的稳态负向电压都被转换成了正向电压。优选实施例二本发明优选实施例二在图 5 所示的桥式电流检测电路的基础上增加了 Ur、 Rl、

R2禾口 C2。图 10 是根据本发明优选实施例二的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图。由于叠加了正向偏置电压的电流检测信号输入 R2、 C2滤波网络，经滤波之后（如图 10所示，可以看出前沿噪声显著减小），输入控制芯片的电流检测引脚。需要注意 R2、 C2滤波参数的选取既不能太强也不能太弱，滤波能力太强，会把电流检测波形中每个周期的正向电流峰值滤平，把真正表现全桥原边主电流最大值的峰值点滤除掉了，这会导致电流环控制不准确，严重时造成电源模块的烧毁。而如果滤波能力太弱，则在电源带大容载开机瞬间产生的峰值电流会触发控制芯片的逐波限流动作，从而使电源开不了机。所以这个 R2、 C2滤波参数的取值，需要根据布板的具体情况，通过调试来确定。优选实施例三本发明优选实施例三在图 5 所示的桥式电流检测电路的基础上增加了 Ur、 Rl、 R2、 C2、 D禾 P VT。图 11 是根据本发明优选实施例三的桥式电流检测电路检测获得的电流检测信号的示意图。由于控制芯片 CS引脚处的二极管 D，须选用导通压降低于 0.3V的肖特基二极管。该二极管的作用是嵌位控制芯片电流检测引脚处的负压。当电源原边有一个很大的反灌电流时，该反灌电流形成的负压通过叠加固定的直流偏置不能完全消除，此时二极管 D会导通，将控制芯片 CS脚处的负压电平嵌位到 0.3V以下，保护芯片不受损坏。控制芯片的 CS引脚处增加的小信号 MOS管 VT，其驱动信号见图 6所示。 VT 在全桥每组对管开通的稍前开通（这是由于驱动信号的上升沿是同时的，但由于 VT 是小信号 MOS管， Qg小，所以能更快的开通），开通维持时间不超过 100ns, 其作用是将电流检测信号的前沿噪声嵌位到地（见图 11 )，彻底消除前沿噪声误触发控制芯片逐波限流动作的隐患。综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种桥式电流检测电路。通过本发明，在四个可控开关 Sl、 S2、 S3、 S4的控制下，电流检测电阻 Rs将反灌电流检测成对应成比例的负向电压。由于控制芯片逐波限流保护动作阀值电压为正压，因此反灌电流对应的负向电压是不会触发芯片逐波限流保护动作的，即通过本发明的技术方案可以将大反灌电流误触发控制芯片逐波限流保护动作而引起电源烧毁的隐患消除，从而提高电源的可靠性。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书一种桥式电流检测电路，包括：

电流互感器，其中，所述电流互感器的原边绕组串联在全桥主电路中，所述电流互感器的副边绕组的一端连接至第一可控开关（S1 ) 的一端和第二可控开关（S2) 的一端，所述电流互感器的副边绕组的另一端连接至第三可控开关 ( S3 ) 的一端和第四可控开关（S4) 的一端；

电流检测电阻（Rs)，其中，所述电流检测电阻（Rs) 的一端连接至所述第一可控开关（S1 ) 的另一端和所述第三可控开关（S3 ) 的另一端，所述电流检测电阻（Rs) 的另一端连接至所述第二可控开关（S2) 的另一端和所述第四可控开关（S4) 的另一端并接地，其中所述第一可控开关（Sl )、所述第二可控开关（S2)、所述第三可控开关（S3 ) 和所述第四可控开关（S4)，设置为在控制信号的作用下，为所述电流互感器的副边绕组的感应电流到所述电流检测电阻（Rs) 提供通路。根据权利要求 1所述的桥式电流检测电路，其中，还包括：

基准供电电源（Ur)，设置为为所述电流检测电阻（Rs) 提供一个固定的正向分压；

偏置分压电阻（Rl )，其中，所述偏置分压电阻的一端连接至所述基准供电电源（Ur)，所述偏置分压电阻的另一端连接至所述电流检测电阻（Rs) 的

1而。根据权利要求 1所述的桥式电流检测电路，其中，还包括：滤波电路，设置为对所述电流检测电阻（Rs) 检测的电流进行滤波。根据权利要求 3所述的桥式电流检测电路，其中，所述滤波电路包括：

电阻（R2)，其中，所述电阻（R2) 的一端连接至所述电流检测电阻（Rs) 的一端，所述电阻（R2) 的另一端输出滤波后的电流；

电容（C2)，其中，所述电容（C2) 的一端连接至所述电阻（R2) 的另一端，所述电容（C2) 的另一端接地。根据权利要求 4所述的桥式电流检测电路，其中，还包括：二级管（D)，其负极连接至所述电阻（R2) 的另一端，正极接地。

6. 根据权利要求 5 所述的桥式电流检测电路，其中，所述二级管（D) 为导通压降低于 0.3V的肖特基二极管。

7. 根据权利要求 4所述的桥式电流检测电路，其中，还包括： MOS开关管

(VT), 其漏极连接至所述电阻（R2) 的另一端，其源极接地。

8. 根据权利要求 7所述的桥式电流检测电路，其中，所述 MOS开关管（VT) 设置为在所述控制信号的作用下，与所述第一可控开关（Sl )、所述第二可控开关（S2)、所述第三可控开关（S3 )和 /或所述第四可控开关（S4) 同时导通。

9. 根据权利要求 8所述的桥式电流检测电路，其中，所述 MOS开关管（VT) 的导通时间不超过 100ns。

10. 根据权利要求 7所述的桥式电流检测电路，其中，所述 MOS开关管（VT) 为小信号 N沟道 MOS管。