[实用新型]一种用于离线开关电源差分法电流检测与控制电路

说明书

技术领域

本实用新型公开了一种用于离线开关电源差分法电流检测与控制电路，涉及 电力电子技术领域。

背景技术

离线式开关电源把工频交流电的输入转换成稳定的直流输出，实现在不同负 载条件下的恒压或恒流。为了这个目标，传感获取输出电流或电压或者用间接的 方法测量成为重要的任务。离线式开关电源，无论是隔离或非隔离型的，主电路 都含有至少一个磁元件(电感或变压器)，为了控制负载侧的电压和电流值，常 规的做法是在磁元件上增加一个绕组，利用二次侧在辅助绕组上感应的电压或电 流信号完成传感检测功能。

图1是一个典型的反激式开关变换器的电路原理图，输入是直流电压源V_in， 经过变压器的原边和一个主开关管(通常为MOSFET)形成原边侧电路，与开关管 串联的电阻R_i是电流采样电阻，两端电压代表原边电流值。变压器的副边输出经 过二极管D的整流与负载侧电容相连。为了有效地控制输出电流I_o，必须要对它 实时检测。

图2显示了交流输入电压全波整流之后的半周期波形图，T_half代表工频半周期 时长。作为示意，变压器原边电流和副边电流在一个开关周期内的形状也已给出。 I_pp和I_sp分别代表原边电流和副边电流的峰值点，原边电流在主开关接通时开始从 0线性上升，到达顶点时，主开关管关断，副边电流从顶点开始线性下降。

图3描述了变压器原边、副边电流和主开关管的漏极电压波形和对应时序。 主开关管漏极电压包括几个部分：当原边导通且电流上升时，由于主开关管导通， 所以V_ds＝0；当开关管关断时，V_ds等于输入V_in与输出反射电压V_RO的和，直至副边电 流下降到零，V_ds开始发生准谐振，以V_in为中轴来回震荡，其振幅输出反射电压。 根据变压器原理，I_sp＝N·I_pp，N是副边对原边的匝比。

图4在图2和图3的基础上重现了原边和副边电流在一个工频交流输入半周期 中每一次开关周期内的数量关系，包括电流的平均值和峰值。其中，I_pavg：原边 电流在一个开关周期内平均值；I_avg：负载电流在交流半周期上的平均值；I_savg： 副边电流在一个开关周期内平均值；I_pp：原边峰值电流；I_sp：副边峰值电流；R： 负载电阻；V_ref：原边电流参考值；T_off：副边电流从峰值到0的时间；I_{pavg_half}：原 边电流在整个工频半周期内的平均值。根据图形反应，负载R上流过的平均电流 表达式如下：

相应的，平均值电流计算可以用一个采样电阻参与表达，这个采样电阻是原 边电流采样电阻的物理阻值乘以匝比N。

目前市场上流行的电流检测电路是根据上述理论分析，在变压器或电感上增 加一个辅助绕组来实现I_avg的检测计算。如图5所示，是一个典型的反激电源和传 统电流检测电路：除了图1的主电路部分，此处含交流整流输入，LED负载，驱动 芯片和辅助绕组电路。辅助绕组是变压器原边和副边之外的一个独立绕组，其输 出经电阻分压得到PSVR信号，它在计算输出平均电流时起到关键作用。

图6把主开关管的漏源电压与PSVR上采样电压做了一个对比，发现在开关管 关断以后，PSVR可以等比例的把原边侧开关管的漏源电压中剔除输入直流成份以 外的交流电压复现出来，而且在时序上也能完全对应。从上述公式可知，通过电 流采样电阻可以获得I_pavg，另外从PSVR的波形得到每个开关周期的T_off值，即可算 出负载电流。这种电路，虽然通用，但是有严重缺点；变压器每增加一个绕组会 加大生产成本，而且增加元器件体积和减小可靠性。特别是有的开关电源只含电 感，不需要变压器的情况下，更为突出。

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