隔离型低压大电流DC‑DC变换器输出电流检测方法及装置与流程

本发明涉及电子电路领域，并且更为具体的是隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测方法及装置。

背景技术：

在目前的电子电路领域中，隔离型低压大电流DC-DC降压变换时，一般需要准确采样获得输出的电流值，并且将电流值上报。

现有技术的工作原理如图1所示，在低压部分中串入一个电流采样单元，最常用的方法是将一个已知阻值的低值采样电阻Rs串入到输出回路中，测量Rs上的电压降，利用欧姆定律求得输出电流大小。

由于低压部分电流较大，并且电路中需要电流采样单元的功耗尽可能的低，所以采样电阻Rs的阻值需要尽可能的小，但这会使得测量Rs上的电压降过小，会严重影响电流的测量精度；但是在大电流的情况下，如果Rs的阻值稍大，又会使得在Rs上的功率变大，从而使电路整体输出效率变低，并且散热等问题更加严重。如果采用电流传感器等方法测量输出电流，由于测量大电流的器件少且价格昂贵，电路设计的成本会过高，所以需要新方法来改善这些问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出了一种隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测方法及装置，在隔离型低压大电流DC-DC变换时，在变压器的原边即高压部分进行电流的检测，由此推算出低压部分输出电流的大小，这样可以有效地提高测量精度以及整机效率。

本发明的一个方面是提供了一种隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测方法，包括如下步骤：步骤a：在隔离型低压大电流DC-DC变换器中，将电流采样单元放置于原边电路中检测原边电流I_P；步骤b：获得原边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr；步骤c：根据原副边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr，Abs(Is)avr之间的下述关系式计算副边整流后电流的平均值：Abs(Is)avr＝k*Abs(Ip)avr，其中，k为变压器匝数比,Is为副边电流，Ip为原边电流。

优选地，所述步骤b中原边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr根据电流采样单元变比及控制器读数获得，即Abs(Ip)avr＝Ks*I_read。其中，Ks为电流采样单元变比，I_read为控制器读数，所述控制器根据电流采样单元发来的信号获得原边电流值的读数。

优选地，所述步骤c中副边整流后电流的平均值即为副边电路输出端的电流值I_out。

优选地，步骤a中可以使用检测采样电阻Rs上电压大小的方法来检测原边电流。

本发明的另一个方面是提供了一种隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测装置，用于检测隔离型低压大电流DC-DC变换器的副边电路输出端的电流值，所述DC-DC变换器包括高压部分和低压部分，高压部分为原边电路，低压部分为副边电路，所述装置包括电流采样单元以及控制器，所述电流采样单元与所述DC-DC变换器的原边电路串联以检测原边电流Ip，所述控制器与所述电流采样单元连接，所述控制器包括获取单元和计算单元，所述获取单元根据所述电流采样单元发出的信号获取原边电流值的读数I_read，所述计算单元根据所述原边电流值的读数和电流采样单元变比Ks计算原边整流后电流的平均值：Abs(Ip)avr＝Ks*I_read，并根据原边整流后电流的平均值和变压器匝数比k计算副边整流后电流的平均值即副边电路输出端的电流值：I_out＝Abs(Is)avr＝k*Abs(Ip)avr。

优选地，所述电流采样单元为电流传感器或霍尔元件。

优选地，所述控制器还包括存储单元，电流采样单元变比Ks以及变压器匝数比k存储在所述存储单元中。

本发明的隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测方法及装置，有效地减少了现有技术在输出端直接进行电流检测时的电流采样单元的功率损耗，电路的发热问题也得到了改善，提高了整个电路的性能和输出效率，同时节约了成本，提高了经济效益。

附图说明

图1为现有隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测的电路图；

图2为根据本发明第一实施例的DC-DC变换器输出电流检测的电路图；

图3为根据本发明第一实施例的DC-DC变换器原边电流Ip和励磁电流Is波形图；

图4为根据本发明第二实施例的DC-DC变换器输出电流检测的电路图；

图5为根据本发明第二实施例的DC-DC变换器原边电流Ip和励磁电流Is波形图。

图6为本发明实施例的控制器的结构示意图。

图7为根据本发明的电流检测方法的流程图。

具体实施方式

为更好的理解本发明的精神，以下结合本发明的部分优选实施例对其作进一步说明。

实施例一：普通的隔离型降压大电流DC-DC变换器的电流检测装置

当DC-DC变换器中高压部分是传统的LC串联谐振电路，LC并联谐振电路等常规电路时，此处以串联谐振电路为例说明，其电路如图2所示。由于串联谐振变换器中励磁电流(Im)较小，对于原边电流几乎无影响，其电流图如图3所示，所以电流采样单元直接与Ls串联即可。电流采样单元采样原边电流信号，获得原边电流的平均值，通过计算能够精确地得到电路输出端的电流(Is)。

具体地，本实施例的隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测装置10，用于检测隔离型的低压大电流DC-DC变换器1的副边电路输出端的电流值，其包含电流采样单元2及控制器3，如图2所示。

所述DC-DC变换器1包括高压部分11和低压部分12，高压部分为原边电路，低压部分为副边电路。这里所述隔离型低压大电流DC-DC变换器1的高压部分是LC串联谐振电路，低压部分是同步整流电路。

所述电流采样单元2与所述DC-DC变换器的原边电路11串联以检测原边电流Ip，具体地，电流采样单元2与电感Ls串联。所述电流采样单元2可以为电流传感器或霍尔元件。

所述控制器3与所述电流采样单元2连接。如图6所示，所述控制器3包括获取单元31和计算单元32。所述获取单元31根据所述电流采样单元2发出的信号获取原边电流值的读数I_read，所述计算单元32根据所述原边电流值的读数和电流采样单元变比Ks计算原边整流后电流的平均值：Abs(Ip)avr＝Ks*I_read，并根据原边整流后电流的平均值和变压器匝数比k计算副边整流后电流的平均值即副边电路输出端的电流值：I_out＝Abs(Is)avr＝k*Abs(Ip)avr。

所述控制器3还包括存储单元33，电流采样单元变比Ks以及变压器匝数比k存储在所述存储单元33中。以及，控制器3还包括显示单元34，用于显示控制器读数。

上述装置的原理如下。由于变压器原边电流I_P的大小是由副边输出电流I_S的大小所决定的，变压器原边与副边的电流关系为：(其中k为变压器匝数比,Is为副边电流，Ip为原边电流)

Is＝k*Ip (1)

原副边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr，Abs(Is)avr应满足下列关系式：

Abs(Is)avr＝k*Abs(Ip)avr (2)

在本发明实施例中，通过原边的电流采样单元采样原边电流信号，原边电流整流滤波后变为直流信号即原边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr(该值通过控制器根据电流采样单元发出的信号而获得)，这样可以通过式(3)得到副边电路输出电流值。(式中Ks为电流采样单元变比，iread为控制器读数)

Iout＝k*Ks*iread (3)

由此，通过准确测量出原边整流后电流的平均值，就可以通过控制器计算获得电路输出端的电流。

这里，图2所示的隔离型低压大电流DC-DC变换器的高压部分是常见的LC串联谐振电路，低压部分是常见的同步整流电路，图示只是示范例，包括但不限于这两种电路，隔离型低压大电流DC-DC变换器均可以使用本装置检测输出电流的大小。图2中的电流采样单元的实现方式有多种，例如使用电流传感器进行检测；或使用检测采样电阻Rs上电压大小的方式来检测电流；或是使用霍尔元件进行电流检测等。

实施例二：高压部分采用LLC电路的隔离型DC-DC变换器的电流检测装置

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，这里仅说明与实施例一不同的内容。当DC-DC变换器高压部分是LLC谐振电路，其电路如图4所示。图4中，Lm是变压器的励磁电感，Ls表示变压器初级漏磁电感。LLC谐振变换器的工作原理和传统LC串联谐振变换器是类似的。唯一不同的是，由于励磁电感相对较小，因此Lm+Ls和Cr之间的谐振会影响变换器的工作；由于励磁电感较小，存在着相当大的磁化电流(Im)，如图5所示。

过大的磁化电流(Im)会对采集的电流造成影响并产生误差，本实施例中选择将电流采样单元与变压器原边串联，再与谐振电感Lp并联的接法，如图4所示。本实施例的检测装置，避免了LLC电路中过大的磁化电流(Im)对于检测电流造成的影响。通过电流采样单元采样原边电流信号，获得原边电流的平均值，再通过控制器计算能够精确地得到电路输出端的电流(Is)。

图7为本发明电流检测方法的流程图。如图7所示，本发明电流检测方法包括如下步骤。

步骤a：在隔离型低压大电流DC-DC变换器中，将电流采样单元放置于原边电路中检测原边电流I_P，即电流采样单元与原边电路串联。这里，隔离型低压大电流DC-DC变换器的高压部分是LC串联谐振电路，低压部分是同步整流电路。本步骤中电流采样单元例如使用电流传感器进行电流检测；或使用检测采样电阻Rs上电压大小的方式来检测电流；或是使用霍尔元件进行电流检测等。

步骤b：获得原边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr。本步骤中，原边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr根据电流采样单元变比及控制器读数获得，即Abs(Ip)avr＝Ks*I_read。其中，Ks为电流采样单元变比，I_read为控制器读数，所述控制器根据电流采样单元发来的信号获得原边电流值的读数。

步骤c：根据原副边整流后电流的平均值Abs(Ip)avr，Abs(Is)avr之间的下述关系式计算副边整流后电流的平均值：Abs(Is)avr＝k*Abs(Ip)avr。其中，k为变压器匝数比,Is为副边电流，Ip为原边电流。这里，副边整流后电流的平均值即为副边电路输出端的电流值I_out。

通过本发明的隔离型低压大电流DC-DC变换器输出电流检测方法及装置，有效地减少了现有技术在输出端直接进行电流检测时的电流采样单元的功率损耗，电路的发热问题也得到了改善，提高了整个电路的性能和输出效率，同时节约了成本，提高了经济效益。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。