專利名稱：電流取樣電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用諧振零電流技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電流取樣電路。
背景技術(shù)：
參見(jiàn)圖1，為現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)關(guān)電源電路中的一種典型正激諧振零電流(ZCS)電路 形式，也可以由正激簡(jiǎn)化為BUCK電路形式。其中，電感Le和電容Cres是產(chǎn)生振蕩的電感和 電容；Le的值比較小，所以實(shí)踐當(dāng)中一般是用變壓器的漏感作為L(zhǎng)e ；為保證振蕩特性穩(wěn)定， Cres要用穩(wěn)定性高的電容?，F(xiàn)有技術(shù)中，電流取樣電路通常串聯(lián)在主電路中，即圖1中虛線 框位置是傳統(tǒng)的電流取樣電路通常位置；傳統(tǒng)的電流取樣電路理論上也可以串聯(lián)在Le上， 不過(guò)此時(shí)電流取樣電路中互感器本身的感量會(huì)影響LC振蕩，通常不采用。在實(shí)施本發(fā)明過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有電流取樣電路由于串聯(lián)在主電路上，工作 時(shí)流經(jīng)電流取樣電路上的電流較大，不但使得電流取樣電路的功率損耗較大，而且對(duì)電流 取樣電路中互感器的選用要求較高，導(dǎo)致現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源中的電流取樣電路的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種電流取樣電路，以解決現(xiàn)有諧振零電流開(kāi)關(guān)電路中電流取 樣電路功率損耗大及成本高的問(wèn)題。一種電流取樣電路，包括與開(kāi)關(guān)電源電路的振蕩電容(Cres)相并聯(lián)的取樣支路、 取樣電阻(Ris)、和與所述取樣電阻(Ris)相并聯(lián)的電位平移電路；所述取樣支路包括相串聯(lián)的分流電容(Cis)和電流互感器(Tis)；所述取樣電阻 (Ris)與所述電流互感器(Tis)輸出邊并聯(lián)連接；所述電位平移電路包括電平隔離電容(Cg)和嵌位二極管(Dg)，所述嵌位二極管 (Dg)的陰極與電平隔離電容(Cg)串聯(lián)連接，嵌位二極管(Dg)的陽(yáng)極接地；其中，所述電平隔離電容(Cg)和嵌位二極管(Dg)的串聯(lián)連接點(diǎn)為所述電流取樣 電路的電流輸出端。所述電流互感器(Tis)的輸入邊線圈匝數(shù)少于輸出邊線圈匝數(shù)。所述電流互感器(Tis)的輸入邊線圈與分流電容(Cis)串聯(lián)；所述電流互感器(Tis)的輸出邊一端接地，當(dāng)Cis充電時(shí)，輸出接地的一端與原邊 電流流出端為同名端。所述分流電容(Cis)選用與振蕩電容(Cres)相同材質(zhì)的電容。所述分流電容(Cis)的電容小于振蕩電容(Cres)的電容。本發(fā)明提供的電流取樣電路，并聯(lián)在諧振電容上，靠分流電容與主電路電容的容 值比例決定電流分配關(guān)系，所以電流取樣電路里只有很小的電流，從而大大降低電流取樣 電路的功率損耗。并且，本電路可以選用小型的互感器實(shí)現(xiàn)大電流電路的檢流，從而降低成 本和體積。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型正激諧振零電流(ZCS)電路原理圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的電流取樣電路原理圖；圖3為ZCS電路原理圖；圖4為開(kāi)關(guān)波形和Le上電流波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；圖5為振蕩電容Cres的電壓Vc和電流Ic的波形圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電流取樣電路，包括與開(kāi)關(guān)電源電路的振蕩電容 Cres相并聯(lián)的取樣支路、取樣電阻Ris、和與所述取樣電阻Ris相并聯(lián)的電位平移電路；所述取樣支路包括相串聯(lián)的分流電容Cis和電流互感器Tis ；所述取樣電阻Ris 與所述電流互感器Tis輸出邊并聯(lián)連接；所述電位平移電路包括電平隔離電容Cg和嵌位二極管Dg，所述嵌位二極管Dg的 陰極與電平隔離電容Cg串聯(lián)連接，嵌位二極管Dg的陽(yáng)極接地；其中，所述電平隔離電容Cg和嵌位二極管Dg的串聯(lián)連接點(diǎn)為所述電流取樣電路 的電流輸出端。為更清楚的描述本發(fā)明實(shí)施例提供的電流取樣電路，下面先詳細(xì)介紹下圖3所示 正激諧振零電流ZCS電路的振蕩電感Le上的電流工作原理。其中，振蕩電感Le和振蕩電容Cres是產(chǎn)生振蕩的電感和電容；Le的值比較小，所 以實(shí)踐當(dāng)中一般是用變壓器的漏感作為L(zhǎng)e ；為保證振蕩特性穩(wěn)定，Cres應(yīng)選擇穩(wěn)定性高的 電容。假設(shè)變壓器為理想變壓器，原邊電感量很大，此時(shí)勵(lì)磁電流很小，可以忽略勵(lì)磁電 流，則原邊電流Il和振蕩電感Le上的電流波形的形狀和時(shí)間相位是相同的，只是幅值高度 有個(gè)成比例的差異，這個(gè)差異是變壓器的變比。圖4所示為開(kāi)關(guān)波形和Le上電流波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了直觀表現(xiàn)出輸出電流Io 在電路中的作用，圖4用的是Le中的電流波形，如前所述，原邊電流11與Le上的電流只是 幅值高度有差異，形狀和時(shí)間相位關(guān)系完全一樣。從開(kāi)關(guān)管K開(kāi)始導(dǎo)通到t2的時(shí)間里，由 于續(xù)流管D2在工作，Cres并聯(lián)在一個(gè)導(dǎo)通的二極管上，電壓被嵌位，無(wú)法參與振蕩，所以這 時(shí)候時(shí)間是變壓器輸出電壓對(duì)漏感Le充電過(guò)程；直到t2時(shí)刻充電到輸出電流Io，此時(shí)續(xù) 流管D2不再提供電流，續(xù)流管D2關(guān)斷，Le和Cres開(kāi)始振蕩；此時(shí)Le上的電流是輸出電流Io加上一個(gè)LC振蕩的電流，t2到t3時(shí)刻，振蕩經(jīng)過(guò)了大半個(gè)周期進(jìn)入負(fù)半周期，并且負(fù)的 值達(dá)到輸出電流Io，Le上整體電流過(guò)零，此時(shí)取樣電路檢測(cè)出過(guò)零狀態(tài)，控制電路切斷開(kāi) 關(guān)管K。圖5所示為上述過(guò)程中振蕩電容Cres的電壓Vc和電流Ic的波形。在tO到t2 時(shí)刻，續(xù)流管D2導(dǎo)通，Cres未開(kāi)始振蕩，上面既沒(méi)有電壓也沒(méi)有電流。t2時(shí)刻開(kāi)始振蕩過(guò) 程，這一過(guò)程中Cres先充電后放電，Le電流大于Io時(shí)候充電，小于Io時(shí)候放電，保證Le和 Cres最終提供給負(fù)載的總電流為Io ；換一種說(shuō)法，Le流過(guò)的電流除了提供給Cres就是提 供給輸出Io，所以在LC振蕩期間Ic和ILe總相差一個(gè)Ιο。到t3時(shí)刻，Le和原邊電流同 時(shí)過(guò)零，開(kāi)關(guān)K關(guān)斷，但此時(shí)Cres上還有電壓，所以繼續(xù)放電提供給輸出電流Io，此時(shí)Cres 放電電流為恒定Io，直到t4時(shí)刻Cres放完電，電壓為零，此時(shí)進(jìn)入續(xù)流管D2導(dǎo)通時(shí)段?？?以看出，如果能給Ic補(bǔ)上一個(gè)Io，則在t2到t4的時(shí)段，它的波形與Le的波形是完全一樣 的。本發(fā)明實(shí)施例中，在Cres上并聯(lián)一個(gè)電容很小的分流電容，這樣，分流電容上小 電流的充放電波形和Cres上電流波形是同形狀的，并且，Cres是一個(gè)穩(wěn)定性高的電容，這 保證了分流電容分得的電流不受時(shí)間溫度等因素的影響。只要對(duì)振蕩電容Cres上的電流 補(bǔ)上Io對(duì)應(yīng)的部分，則可以取代t2到t4時(shí)段的ILe和Il波形作電流取樣，從而減少電流 取樣電路的功率損耗和成本，這是發(fā)明的基本思路。需要說(shuō)明的是，對(duì)于電流控制來(lái)說(shuō)，開(kāi) 關(guān)剛導(dǎo)通的時(shí)段，和關(guān)斷以后的時(shí)段通常都是沒(méi)用的，真正起作用的時(shí)間段為t2到t3段， 所需要的關(guān)鍵參數(shù)是峰值、過(guò)零點(diǎn)和(可能有用的)斜率；t4遠(yuǎn)在t3之后，所以對(duì)t2到t4 的時(shí)段取樣已經(jīng)完全包括了有用的部分。本發(fā)明實(shí)施例提供的電流取樣電路中，包括分流電容Cis，電流互感器Tis，取樣 電阻Ris，電平隔離電容Cg，嵌位二極管Dg五個(gè)器件。Tis為電流互感器，相當(dāng)于一個(gè)袖珍 的正激變壓器，圖左部分為互感器輸入邊，匝數(shù)少工作電流大，圖右為互感器輸出邊，匝數(shù) 多工作電流小。Cis為分流電容，與Tis的輸入邊串聯(lián)在一起，行成取樣支路；這個(gè)串聯(lián)中， Cis和Tis誰(shuí)在上誰(shuí)在下對(duì)電路工作沒(méi)有影響。這個(gè)串聯(lián)出來(lái)的取樣支路，整體并聯(lián)在Cres 上。而電阻Ris并聯(lián)在Tis輸出邊兩端，既是取樣電阻也起到給Tis退磁復(fù)位的作用。這 樣當(dāng)Cres振蕩工作時(shí)候，Tis的輸出邊有一個(gè)信號(hào)Is'，這個(gè)信號(hào)可以反應(yīng)Cres上流過(guò)的 充放電電流。注意同名端，Cres充電時(shí)，Tis的輸入邊流入電流的一端，對(duì)應(yīng)的輸出邊同名 端為信號(hào)Is'；而輸出邊另一端接參考地，這個(gè)參考地就是控制電路的地，由于電流互感器 本身起到隔離作用，所以無(wú)論控制電路在開(kāi)關(guān)電源初級(jí)側(cè)還是次級(jí)側(cè)，互感器都可以把電 流信號(hào)送到相應(yīng)的參考地電位上。這個(gè)Is'還需要疊加上輸出電流Io對(duì)應(yīng)的部分才可以 反應(yīng)原邊電流Il及Le電流ILe，為此加上電容Cg和二極管Dg實(shí)現(xiàn)電平平移，把Is'變?yōu)?最終電流信號(hào)Is。Cg—端接Is' —端接Is，Dg陽(yáng)極接參考地，陰極接Is。電路工作中，當(dāng)Cres振蕩工作時(shí)候，Cis會(huì)根據(jù)容量分到部分電流，這個(gè)分電流的 比例是根據(jù)容量比例而來(lái)，流過(guò)Cres和Cis的電流比約等于它們的容量比。Cis最好選用 和Cres同材質(zhì)電容，這樣溫漂等影響可以互相抵消；Cis的容量應(yīng)該遠(yuǎn)小于Cres，可以是幾 十分之一或更小，這有雙重目的一是減少流過(guò)電流互感器Tis的電流，減小功耗和器件成 本，二來(lái)由于Tis的輸入邊電感量的作用，流過(guò)Cis的電流對(duì)電路工作有少量影響，電流小 則對(duì)整體電路工作影響小。Ris有取樣的作用，取值大損耗大，取值過(guò)小則Dg的導(dǎo)通壓降低對(duì)電路有較明顯影響，根據(jù)電流不同用幾歐姆到幾百歐姆均可。Ris上得到的信號(hào)Is' 反映了互感器Tis輸入側(cè)電流，這是一個(gè)有正有負(fù)的信號(hào)，分流電容Cis充電Is'是正值， Cis放電Is'是負(fù)值。Cg和Dg是一種常用的電位平移電路，電流互感器輸出端采用電容隔 離加二極管嵌位的整流方式，可以補(bǔ)償出電路無(wú)法直接取樣的直流分量。其中，Cg的容量 較大，利用電容上電壓不能突變的特性傳遞交流信號(hào)，把Is'中的交流分量傳遞到Is端， 而嵌位電容Dg保證Is信號(hào)最低電位為零，不會(huì)出負(fù)值(忽略二極管導(dǎo)通壓降的因素)。當(dāng) Is'為負(fù)值，由于Dg的作用，從參考地往Cg右端Is信號(hào)處充電，使Is信號(hào)為零，這樣Cg 兩端有一個(gè)電壓，這個(gè)電壓正好是輸出電流Io對(duì)應(yīng)的信號(hào)值，當(dāng)Is'為正值時(shí)候，Is為正 值，Dg截至，Is為Is'電壓加Cg兩端電壓，由于Cg容量較大，根據(jù)電容上電壓不能突變的 特性近似認(rèn)為Cg兩端電壓不變，可以認(rèn)為在整個(gè)取樣時(shí)間Is的電壓為Is'電壓加上Io對(duì) 應(yīng)部分，所以Is可以反應(yīng)Il或ILe的特性。經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，可以得到下列一系列優(yōu)選的實(shí)用參數(shù)主電路輸出電流 Io為30A，主電容Cres為0. 88uF的電容，諧振峰值電流可以到90A ；分流電容Cis用16. 5nF 的同材質(zhì)的電容，電流互感器Tis選用1 70的變比，Ris為lOOohm，Cg用0. IuF普通陶 瓷電容，Dg要求可以不很嚴(yán)格，普通二極管即可?？梢?jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例提供的電流取樣電路，提供的電流取樣電路，并聯(lián)在諧振電容 上，靠分流電容與主電路電容的容值比例決定電流分配關(guān)系，所以電流取樣電路里只有很 小的電流，從而大大降低電流取樣電路的功率損耗。并且，本電路可以選用小型的互感器實(shí) 現(xiàn)大電流電路的檢流，從而降低成本和體積。需要說(shuō)明的是，在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而 且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有
的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)......”限定的要素，并不排除在包
括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明專利的啟示下得出的其他任何與 本發(fā)明專利相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電流取樣電路，其特征在于，包括與開(kāi)關(guān)電源電路的振蕩電容(Cres)相并聯(lián)的取樣支路、取樣電阻(Ris)、和與所述取樣電阻(Ris)相并聯(lián)的電位平移電路；所述取樣支路包括相串聯(lián)的分流電容(Cis)和電流互感器(Tis)；所述取樣電阻(Ris)與所述電流互感器(Tis)輸出邊并聯(lián)連接；所述電位平移電路包括電平隔離電容(Cg)和嵌位二極管(Dg)，所述嵌位二極管(Dg)的陰極與電平隔離電容(Cg)串聯(lián)連接，嵌位二極管(Dg)的陽(yáng)極接地；其中，所述電平隔離電容(Cg)和嵌位二極管(Dg)的串聯(lián)連接點(diǎn)為所述電流取樣電路的電流輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流取樣電路，其特征在于，所述電流互感器(Tis)的輸入邊 線圈匝數(shù)少于輸出邊線圈匝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流取樣電路，其特征在于，所述電流互感器(Tis)的輸入邊 同名端與分流電容(Cis)串聯(lián)；所述電流互感器(Tis)的輸出邊異名端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流取樣電路，其特征在于，所述分流電容(Cis)選用與振蕩 電容(Cres)相同材質(zhì)的電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流取樣電路，其特征在于，所述分流電容(Cis)的電容小于 振蕩電容(Cres)的電容。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種電流取樣電路，涉及采用諧振零電流技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域。包括與開(kāi)關(guān)電源電路的振蕩電容并聯(lián)的取樣支路、取樣電阻、和與取樣電阻相并聯(lián)的電位平移電路；取樣支路包括相串聯(lián)的分流電容和電流互感器；取樣電阻與電流互感器并聯(lián)連接；電位平移電路包括電平隔離電容和嵌位二極管，嵌位二極管的陰極與電平隔離電容串聯(lián)連接，嵌位二極管的陽(yáng)極接地。本發(fā)明提供的電流取樣電路，并聯(lián)在諧振電容上，靠分流電容與主電路電容的容值比例決定電流分配關(guān)系，所以電流取樣電路里只有很小的電流，從而大大降低電流取樣電路的功率損耗。并且，本電路可以選用小型的互感器實(shí)現(xiàn)大電流電路的檢流，從而降低成本和體積。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101807857SQ20101013392
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者盧作烜, 周權(quán) 申請(qǐng)人:北京新雷能科技股份有限公司;深圳市雷能混合集成電路有限公司