谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路及方法与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种变拓扑llc谐振变换器的过流保护的原边电流检测电路及方法。


背景技术：

2.过流保护需采样开关电源原边或副边电流。一般采样副边电流原理简单且准确，与所采用的拓扑无关。但一般主控芯片一般在原边，假如在副边采样电流则需额外的隔离电路、供电电路，使得整体的控制反而更复杂。
3.因此目前业内通常还是把过流保护的电流采样电路放在原边。电流采样电路放在原边，那么要针对不同的拓扑有不一样的采样方式。如llc拓扑，其原边电流可分为谐振电流与励磁电流两部分，其中谐振电流是会被传输到输出端，而励磁电流不会被传输到输出端。一般llc拓扑，可以采样原边谐振电容的电压波动幅值来反映输出的负载大小情况。如半桥llc，谐振电容接地，控制电路可以很方面采样谐振电容两端的电压。
4.而对于全桥llc，谐振电容不接地，那么就要额外的电路来处理电容两端的采样信号，如专利202010895001.2通过一种分压及差分采样的方式来采样谐振电容两端的电压；如专利202111094177.9通过互感器采样得到谐振电感的电流。对于无模式切换的llc拓扑，上述的方案是可行的。可对于变拓扑、带模式切换控制的llc，上述方案存在一定劣势。如专利201911006674.1中的方案，为了达到宽增益控制的目的，llc主功率有半桥、全桥切换，控制方式也有pwm、pfm控制。
5.在这种变拓扑结构、变控制模态的情况下，上述电流检测方式就不适用。因为不同的拓扑结构、不同的控制模态，其原边电流与负载电流的对应关系是不一样的，整个宽增益范围内，过流保护阈值差异会很大，无法满足产品化的需求。且现有电流的控制方案，在输出短路、过流时靠电压反馈信号进行识别，具有滞后性。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于变拓扑llc谐振变换器的过流保护的原边电流检测电路，对于变拓扑、带模式切换控制的llc谐振变换器，在整个宽增益范围内，其过流点一致性高，可以同时保证实时性，且短路电流检测速度快。
7.本发明提供一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，包括平均电流检测电路、峰值电流检测电路和电流阈值判断电路，平均电流检测电路，用于将输入的vcs进行积分与放大，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流，将其输出给阈值判断电路；峰值电流检测电路，用于检测输入端的vcs实时信号，把vcs电压实时放大，并保持周期的峰值电压，将其输出给阈值判断电路；阈值判断电路，设定基准阈值，并接收平均电流检测电路的直流电压和峰值电流检测电路的峰值电压检测信号，与设定的基准阈值相比较，如果超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。
8.优选的，所述平均电流检测电路，通过运放op1差分采集电阻rcs电压信号，经过低
通滤波器过后输出输出电流平均值信号vcs(avg)，然后与设定的输出电流限制阈值vref(avg)进行比较，当输出实测大于设定阈值时比较器cm1输出高电平，从而使原边电流检测电路ctrl端输出高电平，控制系统停止发出驱动。
9.优选的，所述峰值电流检测电路，通过运放op2逐周期采集电阻rcs电压信号，并进行放大，通过与设定的峰值阈值vref(pk)比较来保护电路，当电阻rcs采集到电压信号大于设定阈值vref(pk)时比较器cm2输出高电平，这时原边电流检测电路ctrl端变为高电平，控制系统停止发出驱动。
10.本发明还提供一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测方法，采集vcs电压的平均值，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流；并逐周期检测输入端的vcs实时信号，得到周期的峰值电压，将直流电压和峰值电压两个检测信号分别与设定的基准阈值相比较，如果有检测信号超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。
11.通过采集输入电压vin、电流vcs用来控制pwm发生器。
12.平均电流检测电路的功能，输入的vcs进行积分与放大，输出的电压信号反映出输出平均电流。
13.峰值电流检测电路的功能，输入端的vcs实时信号的处理，输出实时峰值电流。
14.电流阈值判定电路，根据vin电压，vcs信号，设定判定阈值，从而确保过流点的一致性、短路保护的实时性。
15.相比于现有技术，本发明的有益效果是，
16.1、平均电流检测电路输出平均电流的采样方案为运放构成的低通滤波器，运放输出的直流电压就可表示输出电流。
17.2、由原边电流检测电路的比较器构成的逐周期峰值电流限制电路，可用来做短路保护功能。
18.3、只要采集vcs电压的平均值即可得到精确的输出电流is、精确的峰值电流，可用来弥补现有方案的精度差、容差大的缺陷。
附图说明
19.图1为本发明谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路的应用系统拓扑图；
20.图2为本发明原边电流检测电路的电路原理框图；
21.图3为本发明原边电流检测电路的电路图；
22.图4为本发明谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路的pfm电流波形图；
23.图5为本发明谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路的pwm电流波形图。
具体实施方式
24.为了更好地理解本发明相对于现有技术所作出的改进，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
25.实施例
26.如图1所示，为本发明谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路的应用系统拓扑图，整个控制系统由cllc拓扑、电流控制模块、驱动控制模块和电压控制模块构成。
27.本发明就是针对电流控制模块进行的创新，如图2所示，是本发明一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路原理框图，一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，包括平均电流检测电路、峰值电流检测电路和电流阈值判断电路，
28.平均电流检测电路，用于将输入的vcs进行积分与放大，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流，将其输出给阈值判断电路；
29.峰值电流检测电路，用于检测输入端的vcs实时信号，把vcs电压实时放大，并保持周期的峰值电压，将其输出给阈值判断电路；
30.阈值判断电路，设定基准阈值，并接收平均电流检测电路的直流电压和峰值电流检测电路的峰值电压检测信号，与设定的基准阈值相比较，如果超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。
31.本发明一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测方法，采集vcs电压的平均值，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流；并逐周期检测输入端的vcs实时信号，得到周期的峰值电压，将直流电压和峰值电压两个检测信号分别与设定的基准阈值相比较，如果有检测信号超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。
32.其中，电流控制模块的工作原理如下：
33.1、输出电流is折算到源边ip：is＝ip*nps
34.2、源边谐振电感电流ilr：ilr＝ip+ilm
35.3、其中每周期流过采样电阻rcs的压降vcs为：vcs＝rcs*ilr
36.4、励磁电感ilm电流的特征为一个周期的平均值为0，因此ilr的平均值：
37.5、rcs采样平均过后输出电流为：
38.6、峰值电流为实时采样信号，逐周期控制关系为：is_pk＝vcs*nps/rcs
39.7、综上理论分析，可看出只要采集vcs电压的平均值即可得到精确的输出电流is、精确的峰值电流。可用来弥补现有方案的精度差、容差大的缺陷。
40.8、谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路如图3所示，一是检测输出的平均电流的采样方案为运放构成的低通滤波器，运放输出的直流电压就表示输出电流；二是由比较器构成的逐周期峰值电流限制电路，用来做短路保护功能。
41.输出电流采样的电路原理为：
42.输出电流：运放op1差分采集电阻rcs电压信号，经过低通滤波器过后输出输出电流平均值信号vcs(avg)，然后与设定的输出电流限制阈值vref(avg)进行比较，当输出实测大于设定阈值时比较器cm1输出高电平，从而使原边电流检测电路ctrl端输出高电平，控制系统停止发出驱动。
43.峰值电流：运放op2逐周期采集电阻rcs电压信号，并进行放大，通过与设定的峰值阈值vref(pk)比较来保护电路，当电阻rcs采集到电压信号大于设定阈值vref(pk)时比较器cm2输出高电平，这时原边电流检测电路ctrl端变为高电平，控制系统停止发出驱动。
44.以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的发明构思，并不用以限制本发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，凡在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、
等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，包括平均电流检测电路、峰值电流检测电路和电流阈值判断电路，平均电流检测电路，用于将输入的vcs进行积分与放大，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流，将其输出给阈值判断电路；峰值电流检测电路，用于检测输入端的vcs实时信号，把vcs电压实时放大，并保持周期的峰值电压，将其输出给阈值判断电路；阈值判断电路，设定基准阈值，并接收平均电流检测电路的直流电压和峰值电流检测电路的峰值电压检测信号，与设定的基准阈值相比较，如果超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。2.根据权利要求1所述的谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，其特征在于，所述平均电流检测电路，通过运放op1差分采集电阻rcs电压信号，经过低通滤波器过后输出输出电流平均值信号vcs(avg)，然后与设定的输出电流限制阈值vref(avg)进行比较，当输出实测大于设定阈值时比较器cm1输出高电平，从而使原边电流检测电路ctrl端输出高电平，控制系统停止发出驱动。3.根据权利要求1所述的谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，其特征在于，所述峰值电流检测电路，通过运放op2逐周期采集电阻rcs电压信号，并进行放大，通过与设定的峰值阈值vref(pk)比较来保护电路，当电阻rcs采集到电压信号大于设定阈值vref(pk)时比较器cm2输出高电平，这时原边电流检测电路ctrl端变为高电平，控制系统停止发出驱动。4.一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测方法，采集vcs电压的平均值，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流；并逐周期检测输入端的vcs实时信号，得到周期的峰值电压，将直流电压和峰值电压两个检测信号分别与设定的基准阈值相比较，如果有检测信号超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。

技术总结
本发明一种谐振变拓扑过流保护的原边电流检测电路，包括平均电流检测电路、峰值电流检测电路和电流阈值判断电路，平均电流检测电路，用于将输入的Vcs进行积分与放大，得到无纹波的直流电压，这个直流电压正比于输入电流，将其输出给阈值判断电路；峰值电流检测电路，用于检测输入端的Vcs实时信号，把Vcs电压实时放大，并保持周期的峰值电压，将其输出给阈值判断电路；阈值判断电路，设定基准阈值，并接收平均电流检测电路的直流电压和峰值电流检测电路的峰值电压检测信号，与设定的基准阈值相比较，如果超过基准阈值设定值，则控制信号从低电平变成高电平，触发驱动控制电路关闭驱动。相比于现有技术，本发明可以同时保证实时性。性。性。


技术研发人员：苏俊熙 张华 林鹏博
受保护的技术使用者：深圳南云微电子有限公司
技术研发日：2023.02.02
技术公布日：2023/8/24