WO2020107377A1 - 开关电源 - Google Patents

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张金宝
刘金锁
王含愈
陈娜
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the output current detection scheme of the switching power supply usually uses a precision sampling resistor connected in series on the output side of the switching power supply to convert the current into a voltage to obtain the output current.
  • the resistor itself generates heat, and when the output current is large, the loss is large, which seriously affects the efficiency of the switching power supply.
  • the output current of the switching power supply is detected. Since the current conversion unit converts the input current into a smaller current output, the loss during current detection can be reduced, and the efficiency of the switching power supply can be improved.
  • a second filtering unit is further provided between the current sampling unit and the control module; the second filtering unit is used to filter the current output by the current sampling unit.
  • a switching power supply provided by an embodiment of the present disclosure includes: a transformer, a control module, a current conversion unit, and a current sampling unit; wherein, the input terminal of the current conversion unit is connected to the transformer, and the output terminal of the current conversion unit is connected to the The current sampling unit is connected, the current conversion unit is used to convert the current input to the current conversion unit and output to the current sampling unit; the input current of the current conversion unit is greater than the output current of the current conversion unit
  • the current sampling unit is also connected to the control module for detecting the current output by the current conversion unit and feeding back the detected current to the control module; the control module is used for The current detected by the current sampling unit obtains the output current of the switching power supply, and realizes the detection of the output current of the switching power supply. Since the current conversion unit converts the input current to a smaller current output, the current detection time can be reduced Loss, improve the efficiency of the switching power supply.
  • the current sampling unit is also connected to the control module for detecting the current output by the current conversion unit, and feeding back the detected current to the control module;
  • D1 and C1 are just an example, and in practical applications, other modified circuit structures can also be used to realize the functions of this part.
  • a third rectification unit is further provided between the current conversion unit and the current sampling unit.
  • the third rectification unit is used to output The current is rectified.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本公开实施例提供一种开关电源。该开关电源，包括：变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；其中，电流转换单元的输入端与变压器连接，电流转换单元的输出端与电流取样单元连接，电流转换单元用于将输入电流转换单元的电流进行转换后输出至电流取样单元；电流转换单元的输入电流大于电流转换单元的输出电流；电流取样单元还与控制模块连接，用于对电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给控制模块，控制模块根据电流取样单元检测到的电流，得到开关电源的输出电流。本公开实施例中可减小电流检测时的损耗，提高开关电源的效率。

Description

开关电源 技术领域
本公开实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源。
背景技术
开关电源作为电子产品的供电设备，除了电性能指标要满足要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障，如负载发生短路时，则开关电源必须很快的检测出过流并且关闭其输出，才能保证电源和负载不被烧毁，否则可能引起电子产品的严重损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象。另外，对于一些类似于电池充电器或者LED电源的应用，其要求电源的输出为恒流。因此，开关电源需要精确的检测出输出电流的数值大小，用于反馈给开关电源的控制芯片，使其控制开关电源的输出电流。
相关技术中，开关电源的输出电流检测方案，通常采用在开关电源的输出侧串联精密采样电阻把电流转换成电压来得到输出电流。上述方案中，电阻自身会产生热量，在输出电流较大时，损耗较大，严重影响开关电源的效率。
公开内容
本公开实施例提供一种开关电源，以实现对开关电源的输出电流进行检测，而且损耗较小，开关电源的效率较高。
本公开实施例提供一种开关电源，包括：
变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；
其中，所述电流转换单元的输入端与所述变压器连接，所述电流转换单元的输出端与所述电流取样单元连接，所述电流转换单元用于将输入所述电流转换单元的电流进行转换后输出至所述电流取样单元；所述电流转换单元的输入电流大于所述电流转换单元的输出电流；
所述电流取样单元还与所述控制模块连接，用于对所述电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述电流取样单元检测到的电流，得到所述开关电源的输出电流。
上述方案中，实现了对开关电源的输出电流进行检测，由于电流转换单元将输入的电流转换为较小的电流输出，可减小电流检测时的损耗，提高开关电源的效率。
在本公开的一个实施例中，所述电流转换单元包括电流互感器；所述电流互感器的一次侧连接所述变压器的原边；
所述电流互感器的二次侧连接所述电流取样单元。
上述方案中，采用普通电流互感器实现对变压器的输入电流进行转换，并通过电流取样单元进行检测，最终通过控制模块确定出开关电源的输出电流，可节省成本并提高电源效率。
在本公开的一个实施例中，还包括：
谐振电路；其中，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的原边，所述电流互感器的一次侧的另一端连接所述谐振电路。
在本公开的一个实施例中，所述电流转换单元包括电流互感器；所述电流互感器的一次侧连接所述变压器的副边；
所述电流互感器的二次侧连接所述电流取样单元。
上述方案中，采用普通电流互感器实现对变压器的输出电流进行转换，并通过电流取样单元进行检测，最终通过控制模块确定出开关电源的输出电流，可节省成本并提高电源效率。
在本公开的一个实施例中，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的副边，所述电流互感器的一次侧的另一端连接第一整流单元，所述第一整流单元用于对所述变压器输出的电流进行整流。
在本公开的一个实施例中，所述电流互感器的一次侧的一端连接第二整流单元的输出端，所述电流互感器的一次侧的另一端连接第一滤波单元；所述第二整流单元的输入端与所述变压器的副边连接；所述第二整流单元用于对所述变压器输出的电流进行整流，所述第一滤波单元用于对所述整流后的电流进行滤波。
在本公开的一个实施例中，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的副边，所述电流互感器的一次侧的另一端接地。
上述方案中，为电流互感器设置在变压器的副边侧的具体电路结构。
在本公开的一个实施例中，所述电流转换单元和所述电流取样单元之间还设有第三整流单元，所述第三整流单元用于对所述电流转换单元输出的电流进行整流。
在本公开的一个实施例中，所述第三整流单元为全波整流电路或半波整流电路。
在本公开的一个实施例中，所述电流取样单元和所述控制模块之间还设有第二滤波单元；所述第二滤波单元用于对所述电流取样单元输出的电流进行滤波。
在本公开的一个实施例中，所述第二滤波单元，包括：
第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
其中，所述第一电阻的第一端与所述电流取样单元连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻和所述第一电容的第一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第一电容和所述第二电容的另一端连接。
在本公开的一个实施例中，所述电流取样单元包括：采样电阻。
本公开实施例提供的开关电源，包括：变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；其中，所述电流转换单元的输入端与所述变压器连接，所述电流转换单元的输出端与所述电流取样单元连接，所述电流转换单元用于将输入所述电流转换单元的电流进行转换后输出至所述电流取样单元；所述电流转换单元的输入电流大于所述电流转换单元的输出电流；所述电流取样单元还与所述控制模块连接，用于对所述电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给所述控制模块；所述控制模块用于根据所述电流取样单元检测到的电流，得到所述开关电源的输出电流，实现了对开关电源的输出电流进行检测，由于电流转换单元将输入的电流转换为较小的电流输出，可减小电流检测时的损耗，提高开关电源的效率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开提供的开关电源一实施例的结构示意图；
图2是本公开提供的开关电源另一实施例的结构示意图；
图3是本公开提供的开关电源又一实施例的结构示意图；
图4是本公开提供的开关电源又一实施例的结构示意图；
图5是本公开提供的开关电源又一实施例的结构示意图；
图6是本公开提供的开关电源又一实施例的结构示意图；
图7是本公开提供的开关电源又一实施例的结构示意图。
附图标记说明：
T、变压器；          D1、整流二极管；
D2、整流二极管；     D3、整流二极管；
C1、电容；           C2、第一电容；
C3、第二电容；       L、电流互感器；
Q1、开关管；         Q2、开关管；
R1、采样电阻；       R2、第一电阻；
R3、第二电阻。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述 的本公开的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或器件。
首先对本公开所涉及的应用场景进行介绍：
通常，开关电源需要检测出输出电流的数值大小，用于反馈给开关电源的控制芯片，使其控制开关电源的输出电流，实现对开关电源的过流保护，或实现对电源的输出电流大小的控制。
本公开实施例提供的开关电源，可以实现对开关电源的输出电流进行检测，可减小电流检测时的损耗，提高开关电源的效率。
下面以具体的实施例对本公开的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本公开提供的开关电源一实施例的结构示意图。本实施例的开关电源，包括：
变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；
其中，所述电流转换单元的输入端与所述变压器连接，所述电流转换单元的输出端与所述电流取样单元连接，所述电流转换单元用于将输入所述电流转换单元的电流进行转换后输出至所述电流取样单元；所述电流转换单元的输入电流大于所述电流转换单元的输出电流；
所述电流取样单元还与所述控制模块连接，用于对所述电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给所述控制模块；
所述控制模块用于根据所述电流取样单元检测到的电流，得到所述开关电源的输出电流。
具体的，如图1所示，开关电源的变压器T连接电流转换单元，图1中以电流转换单元连接在变压器的副边侧为例进行说明，同时，电流转换单元也可以设置在A或B处。
电流转换单元将变压器的副边侧的电流进行转换，转换为比副边侧的电流较小的电流，通过电流取样单元对电流转换单元输出的电流进行检测，得 到电流转换单元输出的电流，其中，可以对多次取样的电流进行平均值滤波后作为检测结果。
通过电流转换单元的转换参数，如转换比例，可以将输入电流转换单元的电流大小计算出来，即得到变压器副边侧的电流，即得到了开关电源的输出电流。
其中，图1中，D1为整流二极管，C1为储能滤波电容，变压器的原边侧连接开关管，通过开关管的通断控制输入变压器的电流，开关管的通断可以通过控制模块进行控制。
需要说明的是，D1和C1仅为一个示例，在实际应用中，还可以采用其他变形的电路结构，实现该部分的功能。
如图2所示，开关电源的变压器连接电流转换单元，图2中以电流转换单元连接在变压器的原边侧为例进行说明。
电流转换单元将变压器的原边侧的电流进行转换，转换为比原边侧的电流较小的电流，通过电流取样单元对电流转换单元输出的电流进行检测，得到电流转换单元输出的电流，其中，可以对多次取样的电流进行平均值滤波后作为检测结果。
通过电流转换单元的转换参数，如转换比例，可以将输入电流转换单元的电流大小计算出来，即得到变压器原边侧的电流。
进一步，可通过变压器的变比计算出变压器的副边侧的输出电流的大小。该输出电流的大小还包含了一个变压器励磁电流。因此减去变压器励磁电流得到最终的开关电源的输出电流。
其中，变压器励磁电流的大小可通过变压器的工作频率和励磁电感量的大小以及变压器原边电压计算出来。
变压器的工作频率和励磁电感量可通过该变压器的元件已知参数得到，变压器原边电压为预设的，或者可以通过外用表测量得到。
其中，变压器原边侧的1端口可以连接开关管。电流转换单元也可以连接在1端口。
本实施例的开关电源，包括：变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；其中，所述电流转换单元的输入端与所述变压器连接，所述电流转换单元的输出端与所述电流取样单元连接，所述电流转换单元用于将输入 所述电流转换单元的电流进行转换后输出至所述电流取样单元；所述电流转换单元的输入电流大于所述电流转换单元的输出电流；所述电流取样单元还与所述控制模块连接，用于对所述电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给所述控制模块；所述控制模块用于根据所述电流取样单元检测到的电流，得到所述开关电源的输出电流，实现了对开关电源的输出电流进行检测，由于电流转换单元将输入的电流转换为较小的电流输出，可减小电流检测时的损耗，提高开关电源的效率。
在上述实施例的基础上，可选的，结合图3-图4，对电流转换单元连接在变压器的原边侧的实现方式进行详细说明。若电流转换单元包括电流互感器L；则电路的具体连接方式如下：
电流互感器L的一次侧连接变压器T的原边；
电流互感器L的二次侧连接电流取样单元。
具体的，如图3所示，电流互感器L的一次侧连接变压器的原边，图3中以连接2端口为例进行说明，在其他实施例中也可以连接在1端口。
电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器，因此电流取样单元产生的热量损耗较小，使得开关电源的效率较高。
其中，在其他实施例中，如图4所示，变压器的原边侧的1端口连接开关管，可选的，电流互感器L的一次侧的一端连接变压器T的原边，电流互感器的一次侧的另一端连接谐振电路。
在一种具体的实施方式中，谐振电路可通过两个串联的电容实现。
本实施例中，采用普通电流互感器实现对变压器的输入电流进行转换，并通过电流取样单元进行检测，最终通过控制模块确定出开关电源的输出电流，可节省成本并提高电源效率。
在上述实施例的基础上，可选的，结合图5，对电流转换单元连接在变压器的副边侧的实现方式进行详细说明。若电流转换单元包括电流互感器L；则电路的具体连接方式如下：
电流互感器L的一次侧连接变压器的副边；
电流互感器的二次侧连接电流取样单元。
作为一种可实施的方式，如图5所示，电流互感器的一次侧的一端连接变压器的副边，电流互感器的一次侧的另一端接地。
具体的，如图5所示，电流互感器L的一次侧连接变压器的副边，图5中以连接4端口为例进行说明，在其他实施例中也可以连接在3端口，即A处，或整流二极管D1的输出端，图中未示出。
电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器，因此电流取样单元产生的热量损耗较小，使得开关电源的效率较高。
图4–图5中，电流取样单元可包括一采样电阻R1。
电流取样单元输出ICS信号至控制模块。图4–图5中的ICS是用于电流模式控制的电流信息整合引脚，连接相关控制模块。
作为另一种可实施的方式，电流互感器的一次侧的一端连接变压器的副边，电流互感器的一次侧的另一端连接第一整流单元，第一整流单元用于对变压器输出的电流进行整流。
具体的，电流互感器的一次侧的一端连接变压器的副边，电流互感器的一次侧的另一端可以连接至图5中整流二极管D1的输入端，即图5中的A处。
第一整流单元除了图5中的整流二极管D1，还可以采用其他变形的电路结构实现，本公开实施例对此并不限定。
作为又一种可实施的方式，电流互感器的一次侧的一端连接第二整流单元的输出端，电流互感器的一次侧的另一端连接第一滤波单元；第二整流单元的输入端与变压器的副边连接；第二整流单元用于对变压器输出的电流进行整流，第一滤波单元用于对整流后的电流进行滤波。
具体的，电流互感器的一次侧的一端连接第二整流单元的输出端，电流互感器的一次侧的另一端连接第一滤波单元，即电流互感器连接在开关电源的变压器副边侧的整流单元和滤波单元之间，即图5中的B处。
第二整流单元除了图5中的整流二极管D1，还可以采用其他变形的电路结构实现，第一滤波单元除了图5中的电容C1，还可以采用其他变形的电路结构实现，本公开实施例对此并不限定。
本实施例中，采用普通电流互感器实现对变压器的输出电流进行转换， 并通过电流取样单元进行检测，最终通过控制模块确定出开关电源的输出电流，可节省成本并提高电源效率。
在上述实施例的基础上，可选的，如图6、图7所示，电流转换单元和电流取样单元之间还设有第三整流单元，第三整流单元用于对电流转换单元输出的电流进行整流。
具体的，图6中所示的是电流互感器设置在变压器的副边侧，第三整流单元可通过一个整流二极管D3实现，即半波整流电路。
图7中所示的是电流互感器设置在变压器的原边侧，第三整流单元可通过一个全波整流电路。
图7中该第三整流单元，通过四个二极管组成的全波整流电路实现。
其中，第三整流单元为全波整流电路或半波整流电路，本公开实施例对此并不限定。
进一步的，所述电流取样单元和所述控制模块之间还设有第二滤波单元；所述第二滤波单元用于对所述电流取样单元输出的电流进行滤波。
其中，作为一种具体的实现方式，所述第二滤波单元，包括：
第一电阻R2、第二电阻R3、第一电容C2和第二电容C3；
其中，第一电阻R2的第一端与电流取样单元连接，第一电阻R2的第二端分别与第二电阻R3和第一电容C2的第一端连接，第二电阻R3的另一端与第二电容C3的一端连接，第一电容C2和第二电容C3的另一端连接。
需要说明的是，第二滤波单元还可以采用其他结构实现，本公开实施例对此并不限定。
本实施例中，在电流转换单元和电流取样单元之间设置整流单元，在电流取样单元输出端设置滤波单元，以实现对电流的整流和滤波。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指 出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (12)

  1. 一种开关电源，其特征在于，包括：
    变压器、控制模块、电流转换单元和电流取样单元；
    其中，所述电流转换单元的输入端与所述变压器连接，所述电流转换单元的输出端与所述电流取样单元连接，所述电流转换单元用于将输入所述电流转换单元的电流进行转换后输出至所述电流取样单元；所述电流转换单元的输入电流大于所述电流转换单元的输出电流；
    所述电流取样单元还与所述控制模块连接，用于对所述电流转换单元输出的电流进行检测，并将检测到的电流反馈给所述控制模块；
    所述控制模块用于根据所述电流取样单元检测到的电流，得到所述开关电源的输出电流。
  2. 根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述电流转换单元包括电流互感器；所述电流互感器的一次侧连接所述变压器的原边；
    所述电流互感器的二次侧连接所述电流取样单元。
  3. 根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，还包括：
    谐振电路；其中，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的原边，所述电流互感器的一次侧的另一端连接所述谐振电路。
  4. 根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述电流转换单元包括电流互感器；所述电流互感器的一次侧连接所述变压器的副边；
    所述电流互感器的二次侧连接所述电流取样单元。
  5. 根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的副边，所述电流互感器的一次侧的另一端连接第一整流单元，所述第一整流单元用于对所述变压器输出的电流进行整流。
  6. 根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述电流互感器的一次侧的一端连接第二整流单元的输出端，所述电流互感器的一次侧的另一端连接第一滤波单元；所述第二整流单元的输入端与所述变压器的副边连接；所述第二整流单元用于对所述变压器输出的电流进行整流，所述第一滤波单元用于对所述整流后的电流进行滤波。
  7. 根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述电流互感器的一次侧的一端连接所述变压器的副边，所述电流互感器的一次侧的另一端接地。
  8. 根据权利要求1-7任一项所述的开关电源，其特征在于，所述电流转换单元和所述电流取样单元之间还设有第三整流单元，所述第三整流单元用于对所述电流转换单元输出的电流进行整流。
  9. 根据权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述第三整流单元为全波整流电路或半波整流电路。
  10. 根据权利要求1-7任一项所述的开关电源，其特征在于，所述电流取样单元和所述控制模块之间还设有第二滤波单元；所述第二滤波单元用于对所述电流取样单元输出的电流进行滤波。
  11. 根据权利要求10所述的开关电源，其特征在于，所述第二滤波单元，包括：
    第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；
    其中，所述第一电阻的第一端与所述电流取样单元连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻和所述第一电容的第一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第一电容和所述第二电容的另一端连接。
  12. 根据权利要求1-7任一项所述的开关电源，其特征在于，所述电流取样单元包括：采样电阻。
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