专利名称：一种电压检测电路以及电压检测方法
技术领域：
本发明涉及开关电源电路，更具体地说，本发明涉及开关电源电路中的电压检测电路及其方法。
背景技术：
开关电源电路接收电源电压，提供经转换后的输出电压给需要供电的电子设备。为了满足后级电子设备对电压的要求，开关电源电路的输出电压通常需要限定在一定范围内。因此，在开关电源电路中，需要用到电压检测电路来检测输出电压，以便在输出电压过高或过低时采取相应措施。同时，电压检测电路也可以应用在其他场合。图I示出了现有的反激式开关电源电路的电路结构示意图。在该电路中，需要采用光耦器件DO来检测输出 电压Vo，并通过第三绕组Lt将输出电压Vo反馈至控制芯片101的反馈引脚FB。采用该方法检测输出电压Vo，不仅需要用到光耦器件D0、第三绕组Lt等电子器件，而且电路结构非常复杂。
发明内容
考虑到现有技术的一个或多个技术问题，提出了一种电压检测电路以及电压检测方法。根据本技术的实施例，提出了一种电压检测电路，所述电压检测电路可用于检测开关电源电路的输出电压，所述开关电源电路包括储能元件和与储能元件耦接的第一功率开关和第二功率开关，其中，当第一功率开关导通时，储能元件储存能量，当第一功率开关关断时，储能元件向负载输出能量，包括采样保持电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时，所述采样保持电路采样储能元件和第一功率开关的连接点的电压，所述输出端输出采样信号；以及平均电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至采样保持电路的输出端接收米样信号，所述输出端输出与开关电源电路的输出电压成正比的检测信号。在一个实施例中，所述米样保持电路包括米样开关，具有第一端，第二端和控制端，所述第一端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，所述控制端接收采样控制信号，所述采样控制信号在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时控制采样开关闭合；以及采样电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至采样开关的第二端，所述第二端接地。在一个实施例中，所述采样保持电路还包括驱动器，所述驱动器耦接在采样电容的第一端和米样保持电路的输出端。在一个实施例中，所述的电压检测电路还包括分压电路，所述分压电路具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，所述输出端输出与储能元件和第一功率开关的连接点的电压成正比的分压信号。在一个实施例中，所述采样保持电路包括采样开关，具有第一端，第二端和控制端，所述第一端耦接至分压电路的输出端，所述控制端接收采样控制信号，所述采样控制信号在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时控制采样开关闭合；以及采样电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至采样开关的第二端，所述第二端接地，所述第一端上产生米样信号。在一个实施例中，所述采样保持电路还包括驱动器，所述驱动器耦接在采样电容的第一端和米样保持电路的输出端。在一个实施例中，所述平均电路包括第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至采样保持电路的输出端，所述控制端接收第一控制信号，所述第一控制信号在第一功率开关导通时，控制第一开关闭合，在第一功率开关关断时，控制第一开关断开；第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述第二端接地，所述控制端接收第二控制信号，所述第二控制信号在第一功率开关导通时，控制第二开关断开，在第一功率开关关断时，控制第二开关闭合；低通滤波电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一开关和第二开关的耦接点，所述输出端输出检测信号。 在一个实施例中，所述低通滤波电路包括电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端耦接至平均电路的输出端；以及平均电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电阻的第二端，所述第二端接地；其中，所述电阻和平均电容的耦接点产生检测信号。根据本技术的实施例，还提出了一种检测开关电源电路的输出电压的方法，所述开关电源电路包括储能元件和与储能元件耦接的第一功率开关和第二功率开关，其中，当第一功率开关导通时，储能元件储存能量，当第一功率开关关断时，储能元件向负载输出能量，所述方法包括采样保持第一功率开关关断并且第二功率开关导通时的第一功率开关和储能元件耦接点的电压，得到采样保持电压；将采样保持电压在一个开关周期内作平均，得到检测电压。在一个实施例中，将采样保持电压在一个开关周期内作平均，得到检测电压包括在第一功率开关导通且第二功率开关关断时，将采样保持电压输入低通滤波电路中；在第一功率开关关断且第二功率开关导通时，将低通滤波电路的输入端连接至地；在低通滤波电路的输出端得到检测电压。根据本发明上述各方面的电压检测电路以及电压检测方法，电路结构简单，无需光耦器件、第三绕组等电子器件，降低了电路成本。
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述图I示出了现有的反激式开关电源电路的电路结构示意图；图2示出了根据本发明一实施例的电压检测电路20的结构示意图；图3示出了图2中的反激式开关电源电路工作在断流模式时的各信号的波形示意图；图4示出了根据本发明一实施例的采用电压检测电路20的升降压开关电源电路的结构不意图；图5示出了图4中的升降压开关电源电路工作在断流模式时的各信号的波形示意图6示出了根据本发明一实施例的检测开关电源电路的输出电压的电压检测方法60的步骤示意图。
具体实施例方式下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当 理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。图2示出了根据本发明一实施例的电压检测电路20的结构示意图。在图2中，电压检测电路20应用于反激式开关电源电路中。所述反激式开关电源电路包括储能元件Tl，与储能元件Tl耦接的第一功率开关MP和第二功率开关Ds，以及输出电容Co，在输出电容Co上产生输出电压Vo，驱动负载电阻RL。所述储能元件Tl包括变压器，所述变压器包括匝数比为Np:Ns的原边绕组Lp和副边绕组Ls。所述原边绕组Lp接收输入电压Vin。所述第二功率开关Ds包括功率二极管。当第一功率开关MP导通时，所述原边绕组Lp储存能量，所述输出电容Co给负载电阻RL提供能量；当第一功率开关MP关断时，所述原边绕组Lp将能量转移至副边绕组Ls，所述副边绕组Ls给输出电容Co充电并提供能量给负载电阻RL。所述第一功率开关MP的控制信号Gl可由公知的反激式开关电源电路的控制电路提供。在图2中，所述电压检测电路20包括分压电路203，所述分压电路203具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件Tl和第一功率开关MP的连接点，所述输出端输出与储能元件Tl和第一功率开关MP的连接点的电压VA成正比的分压信号VF ;采样保持电路201，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至分压电路203的输出端接收分压信号VF，在第一功率开关MP关断并且第二功率开关Ds导通时，所述采样保持电路201采样分压信号VF,所述输出端输出米样信号VB ；以及平均电路202,具有输入端和输出端,所述输入端耦接至采样保持电路201的输出端接收采样信号VB，所述输出端输出与输出电压Vo成正比的检测信号VD。在一个实施例中，分压电路203包括分压电阻Rl和R2。分压电路203的工作原理为本领域的公知常识，不再详细阐述。本领域普通技术人员应该知道，任何可对电压VA进行分压，得到分压信号VF以满足后级电路电压输入范围要求的电路均可以用作分压电路。同时，如果电压VA的值能够满足后级电路的电压输入范围要求，即电压VA的值在采样保持电路201的输入范围内，则分压电路203可省略，所述采样保持电路201的输入端耦接至储能元件Tl和第一功率开关MP的连接点，采样电压VA。在一个实施例中，所述采样保持电路201包括采样开关Ms，具有第一端，第二端和控制端，所述第一端耦接至采样保持电路201的输出端，所述控制端接收采样控制信号G2，所述采样控制信号G2在第一功率开关MP关断并且第二功率开关Ds导通时(即储能元件Tl向负载输出能量时)控制米样开关Ms闭合；以及米样电容Cl,具有第一端和第二端，所述第一端耦接至采样开关Ms的第二端，所述第二端接地。在一个实施例中，采样控制信号G2表征了第二功率开关Ds的通断，即当第二功率开关Ds关断时，采样控制信号G2处于第一信号状态，例如低电平，当第二功率开关Ds导通时，采样控制信号G2处于第二信号状态，例如高电平。在一个实施例中，采样控制信号G2为高电平时，采样开关Ms闭合；采样控制信号G2为低电平时，采样开关Ms断开。 在一个实施例中，采样控制信号G2可通过检测储能元件Tl与第一功率开关MP的连接点的电压VA来得到。在第一功率开关MP导通时电压VA的值接近于O ;在第一功率开
关MP关断，第二功率开关Ds导通时U = r/〃 + #x&;在第一功率开关MP以及第二功率
Ns
开关Ds同时关断时，电压VA的值开始振荡衰减。由此可见，只有在第二功率开关Ds导通
时，电压VA的值是最大的。因此，只要设置一个比较电路，将电压VA的值V 〃 丨々湘
Ns
比较，即可得到采样控制信号G2。在实际应用中，由于在第一功率开关MP和第二功率开关Ds均关断的时刻，电压VA的值在第一个振荡周期内会下降至接近O的值，因此可以将电压
VA的值与一个大于0，小于+的值相比较。具体数值的选择可根据实际应用情况
Ns
以及精度的要求来决定。在一个实施例中，可通过检测第一功率开关MP的通断，以及流过第二绕组Ls的电流Is的过零点来得到采样控制信号G2。例如，当第一功率开关MP关断时，采样控制信号G2从无效状态跳变为有效状态，当电流Is过零时，采样控制信号G2从有效状态跳变为无效状态。在一个实施例中，所述采样保持电路201还包括驱动器2011，所述驱动器2011耦接在采样电容Cl的第一端和采样保持电路201的输出端。本领域普通技术人员应该知道，加入驱动器2011的目的是为了防止采样电容Cl上的电荷向采样保持电路201的输出端泄漏。本领域普通技术人员应该知道，任何可以在采样控制信号有效时，即第二功率开关Ds导通时，对储能元件Tl与第一功率开关MP的连接点的电压VA进行采样，在其它时段，保持采样到的电压值的电路均在本发明保护范围内。在一个实施例中，平均电路202包括第一开关M1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至采样保持电路201的输出端，所述控制端接收第一控制信号GA1，所述第一控制信号GAl在第一功率开关MP导通时,控制第一开关Ml闭合,在第一功率开关MP关断时，控制第一开关Ml断开；第二开关M2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关Ml的第二端，所述第二端接地，所述控制端接收第二控制信号GA2，所述第二控制信号GA2在采样开关Ms导通时，控制第二开关M2闭合，在采样开关Ms关断时，控制第二开关M2断开；低通滤波电路2021，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一开关Ml和第二开关M2的耦接点，所述输出端输出检测信号VD。在一个实施例中，所述低通滤波电路2021包括电阻R3，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关Ml和第二开关M2的耦接点，所述第二端耦接至平均电路202的输出端；以及平均电容C2，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电阻R3的第二端，所述第二端接地；其中所述电阻R3和所述平均电容C2的耦接点产生检测信号VD。在一个实施例中，第一控制信号GAl与第一功率开关MP的控制信号Gl相同；第二控制信号GA2与采样控制信号G2相同。图3示出了图2中的反激式开关电源电路工作在断流模式时的各信号的波形示意图。其中Ip为流过原边绕组Lp的电流波形，Is为流过副边绕组Ls的电流波形。下面结合图2和图3来具体说明图2中的电压检测电路20的工作原理。在区间Tl，第一功率开关MP的控制信号Gl为高电平，第一功率开关MP导通，电压VA的值几乎为0，流过原边绕组Lp的电流Ip上升，此时采样控制信号G2为低电平，采样开关Ms断开，采样保持电路201输出的采样信号VB保持原值。第一控制信号GAl与第一功率开关MP的控制信号Gl相同，第二控制信号GA2与采样控制信号G2相同，因此第一开关Ml导通，第二开关M2断开，第一开关Ml和第二开关M2连接点的电压VX的值等于采样信号VB的值。在区间T2，第一功率开关MP的控制信号Gl为低电平，第一功率开关MP关断，电压
VA的值为〖々〃+，流过原边绕组Lp的电流Ip为O,流过副边绕组Ls的电流Is下降，
权利要求
1.一种电压检测电路，所述电压检测电路可用于检测开关电源电路的输出电压，所述开关电源电路包括储能元件和与储能元件耦接的第一功率开关和第二功率开关，其中，当第一功率开关导通时，储能元件储存能量，当第一功率开关关断时，储能元件向负载输出能量，包括 采样保持电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时，所述采样保持电路采样储能元件和第一功率开关的连接点的电压，所述输出端输出米样信号；以及 平均电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至采样保持电路的输出端接收采样信号，所述输出端输出与开关电源电路的输出电压成正比的检测信号。
2.如权利要求I所述的电压检测电路，其特征在于，所述采样保持电路包括 采样开关，具有第一端，第二端和控制端，所述第一端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，所述控制端接收采样控制信号，所述采样控制信号在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时控制采样开关闭合；以及 采样电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至采样开关的第二端，所述第二端接地。
3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述采样保持电路还包括驱动器，所述驱动器耦接在采样电容的第一端和采样保持电路的输出端。
4.如权利要求I所述的电压检测电路，其特征在于，还包括分压电路，所述分压电路具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，所述输出端输出与储能元件和第一功率开关的连接点的电压成正比的分压信号。
5.如权利要求4所述的电压检测电路，其特征在于，所述采样保持电路包括 采样开关，具有第一端，第二端和控制端，所述第一端耦接至分压电路的输出端，所述控制端接收采样控制信号，所述采样控制信号在第一功率开关关断并且第二功率开关导通时控制采样开关闭合；以及 采样电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至采样开关的第二端，所述第二端接地，所述第一端上产生采样信号。
6.如权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，所述采样保持电路还包括驱动器，所述驱动器耦接在采样电容的第一端和采样保持电路的输出端。
7.如权利要求I所述的电压检测电路，其特征在于，所述平均电路包括 第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至采样保持电路的输出端，所述控制端接收第一控制信号，所述第一控制信号在第一功率开关导通时，控制第一开关闭合，在第一功率开关关断时，控制第一开关断开； 第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第一开关的第二端，所述第二端接地，所述控制端接收第二控制信号，所述第二控制信号在第一功率开关导通时，控制第二开关断开，在第一功率开关关断时，控制第二开关闭合； 低通滤波电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至第一开关和第二开关的耦接点，所述输出端输出检测信号。
8.如权利要求7所述的电压检测电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括 电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关和第二开关的连接点，所述第二端耦接至平均电路的输出端；以及 平均电容，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至电阻的第二端，所述第二端接地； 其中，所述电阻和平均电容的耦接点产生检测信号。
9.一种检测开关电源电路的输出电压的方法，所述开关电源电路包括储能元件和与储能元件耦接的第一功率开关和第二功率开关，其中，当第一功率开关导通时，储能元件储存能量，当第一功率开关关断时，储能元件向负载输出能量，所述方法包括 采样保持第一功率开关关断并且第二功率开关导通时的第一功率开关和储能元件耦接点的电压，得到采样保持电压； 将采样保持电压在一个开关周期内作平均，得到检测电压。
10.如权利要求9所述的检测开关电源电路的输出电压的方法，其特征在于，将采样保持电压在一个开关周期内作平均，得到检测电压包括 在第一功率开关导通且第二功率开关关断时，将采样保持电压输入低通滤波电路中； 在第一功率开关关断且第二功率开关导通时，将低通滤波电路的输入端连接至地； 在低通滤波电路的输出端得到检测电压。
全文摘要
本发明提出了一种电压检测电路以及电压检测方法，所述电压检测电路可用于检测开关电源电路的输出电压，所述开关电源电路包括储能元件，与储能元件耦接的第一功率开关和第二功率开关，其中，当第一功率开关导通时，储能元件储存能量，当第一功率开关关闭时，储能元件向负载输出能量，包括采样保持电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至储能元件和第一功率开关的连接点，在第一功率开关关断时，所述采样保持电路采样储能元件和第一功率开关的连接点的电压，所述输出端输出采样信号；以及平均电路，具有输入端和输出端，所述输入端耦接至采样保持电路的输出端接收采样信号，所述输出端输出与开关电源电路的输出电压成正比的检测电压。
文档编号G01R19/00GK102944723SQ20121051238
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者邝乃兴 申请人:成都芯源系统有限公司