一种应用于两级拓扑的电流采样电路的制作方法

本实用新型涉及一种电流采样电路，特别涉及一种应用于两级拓扑的电流采样电路，属于电源产品领域。

背景技术：

传统的开关电源电流采样，从采样位置来分，可分为输入侧采样和输出侧采样；从信号类型来分，分为峰值电流采样和平均值电流采样。开关电源的控制电路针对采集的电流信号进行相应的保护处理。

在行业内通常采用输入侧峰值电流采样、输出侧平均值电流检测相结合的方式，来实现开关电源的保护。其中输入侧峰值电流检测，针对瞬时大电流如短路工况下的电源保护，其特点是响应速度快，动作门限高，保护时直接关机或者进入逐波限流状态。输出侧平均值电流检测则用于过载情况下的保护，其特点是响应速度较慢，动作门限低，保护后维持恒流状态，或者外延关机。

传统的峰值电流检测一般由电流互感器ct来实现。如图1所示，电流互感器将一次侧大电流转换成二次侧小电流来进行测量。采用ct采样电流，检测精度高，响应速度快，实时性好。但是在占空比过大或者检测电流超出范围情况下，会发生磁芯饱和现象，导致电流采样失效。

输出测电流采样如图2，其中rsample为采样电阻，其阻值为rs，输出电流为i，则根据图1可得调理后的电压信号与输出电流之间的关系

由式(1)可知输出电流线性的转化为电压信号。该电压信号可以用来计算出输出电流，也可以用来做过流保护与恒流控制。其优势在于采样电路可靠，采样电压和输出电流线性度好，不存在磁饱和问题。缺点在于经过输出滤波电感和电容后，采样的是平均值电流，响应速度较慢，不适合短路等工况下的快速保护。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种应用于两级拓扑的电流采样电路，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种应用于两级拓扑的电流采样电路，包括前级非隔离稳压电路和后级隔离电压变换电路，所述前级非隔离稳压电路的电源输入电压上依次串联有功率管q1和功率管q2，并在功率管q2上通过导线并联一个带有电感l1、电容c2和电阻rs的串联电路，同时将电容c2的电压作为后级隔离电压变换电路的输入端正负极电压，所述后级隔离电压变换电路采用开环控制，其中变压器t1的原副边都是同步整流电路。

进一步地，所述后级隔离电压变换电路的正极输入端通过导线串联一个功率管q3和一个功率管q5作为变压器t1原线圈的正极输入端，所述功率管q3的负极输出端通过导线串联一个功率管q4,所述功率管q5的负极输出端通过导线串联一个功率管q5，所述功率管q4和功率管q5的负极均通过导线连接在变压器t1原线圈的负极输出端电路上，所述变压器t1的副线圈正极通过导线串联一个电感l2作为输出电流io的正极，并在副线圈的负极通过导线并联一个功率管q7和功率管q8作为输出电流io的负极。

进一步地，所述变压器t1的输出电流与其线圈的匝数有关，且所述后级隔离电压变换电路的输出端还通过导线并联一个电容c3。

进一步地，所述电阻rs上流过的电流同电感l1，根据电路的工作特性，所述电感l1励磁时的电流同也就是功率管q1开通时流过的电流，去磁时电流为流过功率管q2的电流。

进一步地，所述电阻rs上通过导线并联一个峰值电流采样电路，并在所述峰值电流采样电路上串联一个短路保护电路即可检测电流采样电路的峰值电流。

进一步地，所述电阻rs上通过导线并联一个平均值电流采样电路，并在所述平均值电流采样电路上串联一个过流保护电路即可检测电流采样电路的平均值电流。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、简化了电流采样单元，将峰值和平均采样单元合二为一，节省了pcb空间；

2、不需要ct检测，避免磁件在异常状态下磁饱和导致的检测异常，提高了电源的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型中传统的输入侧ct峰值电流采样原理示意图。

图2为本实用新型中传统的输出侧平均值电流采样原理示意图。

图3为本实用新型一种应用于两级拓扑的电流采样电路的原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

实施例一

如图3所示，一种应用于两级拓扑的电流采样电路，包括前级非隔离稳压电路和后级隔离电压变换电路，前级非隔离稳压电路的电源输入电压上依次串联有功率管q1和功率管q2，并在功率管q2上通过导线并联一个带有电感l1、电容c2和电阻rs的串联电路，同时将电容c2的电压作为后级隔离电压变换电路的输入端正负极电压，后级隔离电压变换电路采用开环控制，其中变压器t1的原副边都是同步整流电路。

本实施例中应用于两级拓扑中，左半部分为前级稳压电路，由电容c1、c2，功率管q1、q2，电感l1和采样电阻rs组成。用于将前级宽输入电压进行稳压，得到中间稳定母线电压vbus。图中给出的是buck型的电路拓扑，实际还可以boost或者其他非隔离的稳压电路。

实施例二

如图3所示，后级隔离电压变换电路的正极输入端通过导线串联一个功率管q3和一个功率管q5作为变压器t1原线圈的正极输入端，功率管q3的负极输出端通过导线串联一个功率管q4,功率管q5的负极输出端通过导线串联一个功率管q5，功率管q4和功率管q5的负极均通过导线连接在变压器t1原线圈的负极输出端电路上，变压器t1的副线圈正极通过导线串联一个电感l2作为输出电流io的正极，并在副线圈的负极通过导线并联一个功率管q7和功率管q8作为输出电流io的负极。

变压器t1的输出电流与其线圈的匝数有关，且后级隔离电压变换电路的输出端还通过导线并联一个电容c3。

电阻rs上流过的电流同电感l1，根据电路的工作特性，电感l1励磁时的电流同也就是功率管q1开通时流过的电流，去磁时电流为流过功率管q2的电流。

电阻rs上通过导线并联一个峰值电流采样电路，并在峰值电流采样电路上串联一个短路保护电路即可检测电流采样电路的峰值电流。

电阻rs上通过导线并联一个平均值电流采样电路，并在平均值电流采样电路上串联一个过流保护电路即可检测电流采样电路的平均值电流。

本实施例中右半部分为隔离电压变换电路，由电容c3，功率管q3-q8，电感l2组成，用于将稳压后的vbus转换为实际需要的vo。控制逻辑采用开环控制，各个功率管工作在接近50％占空比工作。图中给出的隔离电压变换电路拓扑为普通全桥电路，实际上还可以是半桥、半桥llc、全桥llc等其他隔离变换拓扑。

对于前级变换器，rs上流过的电流同电感l1。根据电路的工作特性，电感l1励磁时的电流同也就是功率管q1开通时流过的电流，去磁时电流为流过功率管q2的电流。因此，只要检测rs的电压，就可以得到两个功率管上实际的电流。

对于后级变换，由于原副边都是同步整流电路，开环控制下几乎没有死区时间，输入电流波形和输出电流波成线性比例，其比值为变压器t1的匝比n，因此，可以通过检测rs的电流平均值得到输出电流平均值。采样rs得到的电压波形，进行滤波后的平均值电压us即对应此时的输出电流值io。

由以上推导可以看出，us信号与输出电流io是线性对应的。

后级的峰值电流采样电路，可以采用单级的rc滤波，进行放大等调理电路实现对峰值电流信号的采样。同样的电流采样信号，通过多级的rc滤波后，得到平均值，再进行处理后作为输出平均值电流做相应保护。

需要说明的是，本实用新型的一种应用于两级拓扑的电流采样电路，应用于两级拓扑中，可以用一个采样单元电路，同时实现输入峰值电流和输出平均值电流的检测，与现有的技术相比：

1、简化了电流采样单元，将峰值和平均采样单元合二为一，节省了pcb空间；

2、不需要ct检测，避免磁件在异常状态下磁饱和导致的检测异常，提高了电源的可靠性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。