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技术交底书模板-主路输入电流检测装置

(一)技术交底书的要求:
□应清楚、完整地写明发明或实用新型的内容;
□使所属技术领域的普通技术人员能够根据此内容实施发明创造;
□使上述人员相信本发明确实可以解决现有技术不能解决的问题。
(二)技术交底书的具体样本如下:
 1)发明创造的名称:

一种主路输入电流检测装置

 2)所属技术领域:
技术领域:
      本发明涉及一种主路输入电流检测装置。
 3)背景技术
      3.1)详细介绍技术背景,并描述申请人所知的与发明方案最接近的已有技术(应详细介绍,以不需再去看文献即可领会该技术内容为准,如果现有技术出自专利、期刊、书籍,则提供出处);
      3.2)对现有技术存在的缺点进行客观的评述(现有技术的缺点是针对于本发明的优点来说的;如果找不出对比技术方案及其缺点,可用反推法,根据本发明的优点来找对应的缺点;本发明不能解决的缺点,不需提供;缺点可以是成本高、处理时间慢等类似问题)。
背景技术:
      在开关电源中通常需要准确,高效地检测主路输入电流信号,从而实现精确的电流控制。检测电流的方式主要有三种:电阻检测,电流互感器(CT)检测,霍尔(HALL)检测。其中CT检测因具有功耗小,实现了开关电源变压器的原副边电气隔离,价格低廉等优点在开关电源中获得了最为广泛的应用。
      在采用CT进行电流检测的方案中,为了防止CT饱和,通常采用了图1所示的连接方式。其中SW1表示主功率开关器件,可以是绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)、金属-氧化层-半导体-场效晶体管、(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 简称MOSFET)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor,简称GTO),甚至二极管(DIODE)等半导体器件。这种连接方式被广泛的使用在单端电路、BUCK、BOOST等电路中。当主功率开关器件导通时,CT检测流过开关器件的电流。当开关器件关断时,CT检测的电流为零,同时在关断的时间内进行磁复位。图2为电感电流连续时CT采样的电流波形。
      但在某些情况下例如功率因数校正(Power Factor Correction,简称PFC)控制中,在输入电压的峰值处开关器件的占空比很小,同时由于软件和硬件上的延时使得我们采样的真正时刻已经处于开关器件的关断处,检测到的电流为零,严重地影响到控制效果和系统的稳定性。为了克服这种情况通常可以采用HALL检测电感电流参与控制来实现我们的控制指标,但无疑极大的增加了成本。也可以采用两个CT拼接出电感电流参与控制,但在三相系统中由于需要检测的电流较多,也会增加成本、空间,减小系统的功率密度。
 4)发明内容:
      4.1)正面描述本发明所要解决的技术问题(对应现有技术的所有缺点;本发明解决不了的,不需提供);
      4.2)清楚完整的叙述发明创造的技术方案,应结合工艺流程图、原理框图、电路图、仿真图、布局图、设备结构图进行说明(越详细越好,可与第6部分合写;发明中每一功能的实现都要有相应的技术实现方案,不能只有原理,也不能只做功能介绍;需要详细提供与现有技术的区别技术和关联技术;每个附图都应有对应的文字描述,以他人不看附图即可明白技术方案为准;所有英文缩写都应中文注释):
      对于机械产品的发明创造应详细说明每一个结构零部件的形状、构造、部件之间的连接关系、空间位置关系、工作原理等;
      对于电器产品应描述电器元件的组成、连接关系;
      对于无固定形状和结构的产品,如粉状或流体产品、化学品、药品,应描述其组分及其含量、制造工艺条件和工艺流程等;
      对于方法发明,应描述操作步骤、工艺参数等;
      4.3)简单点明本发明的关键点和欲保护点(逐项列出1、2、3、、、),并简单介绍与最好的现有技术相比,本发明有何优点(一两个自然段即可;结合技术方案来描述,做到有理有据,即用推理或因果关系的方式推理说明;可以对应所要解决的技术问题或发明目的来描述)。
发明内容:
      本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足,提出了一种成本低、检测效果好的主路输入电流检测装置。
      本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
      一种主路输入电流检测装置,包括电流互感器、取样单元和整形单元;所述电流互感器原边与主功率开关器件相连,所述取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间;所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元,所述取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元,所述整形单元对电压信号进行整形;所述整形单元包括电容和第一电阻,所述电容和第一电阻并联后、耦合在取样单元与采样端口之间。
      所述取样单元包括CT副边取样电路和第一信号调理电路,所述第一信号调理电路耦合在CT副边取样电路和整形单元之间,所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路,所述第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波和比例调整。
      所述整形单元还包括第一三极管、第二三极管、第二电阻;所述第一三极管基极与第一信号调理电路输出端相连,所述第一三极管集电极接正电源,射极与电容第一端、第一电阻第一端、第二三极管基极分别相连,第二三极管射极经第二电阻接正电源,第二三极管集电极接地。
      所述整形单元还包括二极管,所述二极管阳极与第一信号调理电路输出相连,阴极与电容第一端、第一电阻第一端相连。
      第一信号调理电路还对CT副边取样电路输出的电压信号进行直流偏置。
      还包括第二信号调理电路,所述第二信号调理电路耦合在整形单元和采样端口之间,所述第二信号调理电路对整形单元输出的电压信号进行滤波和比例调整。
      所述电容和第一电阻的参数满足如下公式:RC=3 T ~5 T,其中R为第一电阻的阻值,C为电容的容值。
      本发明与现有技术对比的有益效果是:本发明采用了一种整形电路和CT检测相结合的方案,通过整形单元模拟出电感电流波形,克服了现有的采用CT主路输入电流检测装置在占空比很小时,由于延时导致采样到的电流值为零的问题。从而彻底解决了在采样中存在的采不到电流值的情况。本发明利用RC充放电去拟和在主功率开关器件关断后的主路电感的电流波形。可以使整形后的波形能够很好的模拟电感电流,便于准确的进行电流控制。本发明还具有节约成本,节省空间的优点。
5)附图:实用新型专利必须提供附图,附图中构成件可以有标记,尺寸和参数不必标注。
附图说明:
      图1是现有的电互感器流检测连接示意图;
      图2是电感电流连续时,现有的电互感器流采样的电流波形示意图;
      图3是本发明具体实施方式一的结构示意图;
      图4是本发明具体实施方式二的结构示意图;
      图5是本发明具体实施方式二的结构示意图。
6)优选具体实施方式(可与第4部分合写;尽量写明所有同样能完成发明目的的替代方案,所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代,也可以是完整的技术方案):
      对于产品发明应描述产品构成、电路构成或者化学成分、各部分之间的相互关系、工作过程或操作步骤;对于方法发明应写明步骤、参数、工艺条件等,可提供多个具体实施方式。
具体实施方式:
      具体实施方式一
      如图3所示,一种主路输入电流检测装置,包括电流互感器、取样单元和整形单元。所述电流互感器原边与主功率开关器件相连,所述取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间。所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元,所述取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元。所述整形单元对电压信号进行整形,使得在主功率开关器件关断时送到采样端口的电流也不再为零。所述整形单元包括电容C和第一电阻R1,所述电容C和第一电阻R1并联后、耦合在取样单元与采样端口之间。
      如图3所示,所述取样单元包括CT副边取样电路和第一信号调理电路,所述第一信号调理电路耦合在CT副边取样电路和整形单元之间,所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路,所述第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波和比例调整。所述比例调整可以通过运算放大器实现。
      如图3所示,所述主路输入电流检测装置还包括第二信号调理电路,所述第二信号调理电路耦合在整形单元和采样端口之间,所述第二信号调理电路对整形单元输出的电压信号进行滤波和比例调整。这样实现主路输入电流检测装置与DSP的阻抗匹配。所述采样端口可以为数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)的采样端口。
      上述主路输入电流检测装置工作原理如下:
      所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给CT副边取样电路。所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路。第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波、比例调整,然后送至整形单元进行处理。在时刻(为主功率开关器件的开关周期,为占空比),高于电容C上的电压,对电容C进行快速充电,使得电容C上的电压波形能够与电流互感器原边电流波形保持一致。在过程中,电流互感器原边CT原边的电流为0,电容C通过第一电阻R1进行放电,拟和实际电感(开关电源的主路电感,图中未示出)电流,从而可以达到HALL检测的效果。本发明利用RC充放电去拟和在主功率开关器件关断后的电感电流波形。能够很好的模拟电感电流,便于准确的进行电流控制,不存在采不到电流值的情况。
      通过调整电容C和第一电阻R1的参数,可以达到和实际电感电流波形一致的效果。经过发明人反复试验,发现当所述电容和第一电阻的参数满足如下公式:RC=3 T ~5 T时(其中R为第一电阻的阻值,C为电容的容值),模拟的波形较好。
      具体实施方式二
      如图4所示,本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于:所述整形单元还包括二极管D,所述二极管D阳极与第一信号调理电路输出相连,阴极与电容C第一端、第一电阻R1第一端相连,所述电容C第二端、第一电阻R1第二端接地。如图4所示,第一信号调理电路还对CT副边取样电路输出的电压信号进行直流偏置,以补偿二极管的电压损耗。
      上述主路输入电流检测装置工作原理如下:
      所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给CT副边取样电路。所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路。第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波、比例调整,然后送至整形单元进行处理。在时刻(为主功率开关器件的开关周期,为占空比),高于电容C上的电压和二极管D的导通压降之和,对电容C进行快速充电,使得电容C上的电压波形能够与电流互感器原边电流波形保持一致。在过程中,电流互感器原边CT原边的电流为0,二极管反向截止。电容C通过第一电阻R1进行放电,拟和实际电感电流,从而可以达到HALL检测的效果。
      具体实施方式三
      如图5所示,本具体实施方式与具体实施方式二的不同之处在于:整形单元的结构不同。本具体实施方式中,所述整形单元还包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二电阻R2;所述第一三极管Q1基极与第一信号调理电路输出端相连,所述第一三极管Q1集电极接正电源,第一三极管Q1射极与电容C第一端、第一电阻第一端、第二三极管基极分别相连,第二三极管射极经第二电阻接正电源,第二三极管集电极接地。第一三极管Q1为NPN型,第二三极管Q2为PNP型。本具体实施方式中,第一信号调理电路不需补偿二极管D的电压。
      以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

专利申请说明书附图 

图1
专利申请说明书附图 

图2

专利申请说明书附图

图3

专利申请说明书附图
图4

专利申请说明书附图

图5