适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路及系统的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路及系统。

背景技术：

自20世纪40年代人类实用新型晶体管以来，这一技术得到了飞速的发展和普及，现在使用的手机、电脑、充电器等等诸多的电子产品都与其息息相关，它改变了人类的生活方式，推动了人类文明的进程。现在，一台普通计算机中的CPU都以几个GHz(吉赫兹)的速度运行，这些都要归功于电子技术的发展。

在所有的电子产品中，最基础的也是非常重要的部分就是电源技术，电源的稳定性和可靠性是电子产品稳定运行的前提。在铁氧体磁芯被实用新型以前，电子产品电源的获取方式主要由硅钢片变压器将高电压降低为低电压，再通过整流、稳压，从而得到电子器件能够使用的电压，这一技术也叫线性电源，线性电源延续了长达40年，直到现在还有些场合在使用这一技术。通过线性电源获得的电源纹波低、干扰小，电源质量较高，但是线性电源体积大、笨重、效率低、电源发热严重。

到20世纪30年代电子技术的发展，迫切地要求高频损耗小的铁磁性材料。1933年日本东京工业大学首先创制出含钴铁氧体的永磁材料，当时被称为OP磁石。30～40年代，法国、日本、德国、荷兰等国相继开展了铁氧体的研究工作，其中荷兰菲利浦实验室物理学家J.L.斯诺克于1935年研究出各种具有优良性能尖晶石结构的含锌软磁铁氧体，于1946年实现工业化生产。铁氧体磁芯的实用新型将电源技术带到了一个新的高度，它通过高频工作的电子管实现电-磁-电的转化过程，大大地缩小了电源的体积，使得同等容量的电源，其体积仅为线性电源的五分之一，重量缩减为同等容量线性电源的十分之一，是一项伟大的实用新型。

由高频工作的电子管和铁氧体磁芯组成的电源，由于电子管工作于非常高的频率，一般为几十KHz～2MHz，这必将给电源带来较强的纹波干扰，不但使得输出电源不纯净，也会影响其他电子电路的工作状态，甚至可能造成其它电路的工作不正常，因此，人们通过屏蔽、接地、滤波等一系列技术手段来降低高频开关管带来的干扰问题，即便如此，干扰依然存在，不可能完全消除。

另外，由于电子管工作于高频状态，它的开关损耗就显得非常突出，开关损耗包括导通损耗和截止损耗。导通损耗产生的原因：导通瞬间开关器件两端的电压不能马上降为零，而电流从零已上升，因此在开关管上电压电流有交集，从而产生损耗。电压不能马上降为零的原因是开关器件上有寄生电容，电容上电压不能突变。同时，在导通过程中，寄生电容的储能通过开关器件放掉也会造成能量损失。截止损耗产生的原因：截止瞬间开关器件电流不能马上降为零，而电压已经从零上升，在开关器件上电压电流同样有交集，同样产生损耗。电流不能马上为零的原因是：与开关器件连接的电路中有寄生电感，阻碍电流变化。当开关突然关断时，变压器电感元件电流不能突变，并会产生很大的反激电压，阻碍电流变化，通过电压加在开关管上，产生比较大的损耗。提高开关速度不但不能消除损耗，反而会使反激电压更大，损耗也更大。

基于上述原因，人们开始寻求降低开关损耗的方式，于是软开关技术便应运而生，通常零电压开通(ZVS)、零电流关断(ZCS)是常用的软开关技术。要实现零电压开通，必须要在高频电子开关器件两端的电压通过谐振等方式降低到零电压，或者接近于零电压时，开通开关管，这时电流、电压的交集最少，开关损耗也就最小。然而，由于高频电子开关通过传导、辐射对周边电路会造成极大影响，以往的简单的电阻串联分压方式很难检测出准确的过零点，误检测的情况时有发生。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种电流型过零点检测技术方案，适用于对高频电子开关的过零点的准确检测，提高抗干扰性能，从而提高高频功率电路的效率，降低电路损耗。

为解决以上技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路，包括：依次顺序串联的分压电路、反馈电路、电流放大电路；

所述分压电路，用于对高频电子开关的输出电压进行分压，去除高频电路中的瞬时干扰信号；

所述反馈电路，用于将所述分压电路输出的电压信号转换为电流信号；以及，

所述电流放大电路，用于对所述反馈电路输出的电流信号进行放大处理，通过检测放大后的电流信号的变化，判定高频电子开关的过零点。

优选地，所述反馈电路为：电流串联负反馈电路，或者，电流并联负反馈电路。

在一种可实现的方式中，所述分压电路包括：第一电阻(R1)和第一电容(C1)组成的第一并联电路，第二电阻(R2)和第二电容(C2)组成的第二并联电路；

所述第一并联电路与所述第二并联电路串接后的两端用于连接高频电子开关的电压输出端。

优选地，所述电流串联负反馈电路，包括：第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第三电容(C3)和运算放大器(U1)；

第三电阻(R3)的一端连接在运算放大器(U1)的反相输入端，另一端与所分压电路连接；运算放大器(U1)的正相输入端连接在所述第一并联电路与所述第二并联电路的串接点上；第四电阻(R4)与第三电容(C3)组成并联电路后的一端连接在运算放大器(U1)的反相输入端上，另一端连接在运算放大器(U1)的输出端；并且，运算放大器(U1)的输出端作为所述电流串联负反馈电路的输出端。

优选地，所述电流放大电路，包括：三极管(U2)和第五电阻(R5)；

第五电阻(R5)的一端连接在三极管(U2)的集电极上，另一端作为所述电流放大电路的输出端；

三极管(U2)的基极用于连接所述反馈电路的输出端；三极管(U2)的发射极与所述分压电路和所述反馈电路分别连接。

优选地，所述三极管(U2)为NPN型三极管或PNP型三极管。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种适用于高频电子开关的电流型过零点检测系统，包括高频电子开关，以及，以上任意一项所述的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路；所述电流型过零点检测电路将所述高频电子开关的输出电压转换为电流信号后，根据检测电流信号的值判定高频电子开关的过零点。

优选地，所述高频电子开关包括MOS管、晶闸管、IGBT、GTR中的任意一项。

本实用新型实施例提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测技术方案，通过分压电路不但可以对高频电子开关的输出电压进行分压，还可以吸收高频电路中的瞬时干扰尖峰，大大提高过零检测电路的抗干扰性；并且，通过反馈电路将高频电子开关两端的电压信号转换成电流信号，可以内置电容以有效地消除过零点的抖动，使过零点检测更加准确，而电流放大可以进一步提高检测高频电子开关的过零点变化的精度，从而提高高频功率电路的效率，降低功率电路的各种能量损耗。

附图说明

图1是本实用新型提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路的一个实施例的结构示意图。

图2是本实用新型提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路的又一个实施例的具体电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路的一个实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路包括：依次顺序串联的分压电路10、反馈电路20、电流放大电路30。

其中，所述分压电路10，用于对高频电子开关的输出电压进行分压，去除高频电路中的瞬时干扰信号；

所述反馈电路20，用于将所述分压电路10输出的电压信号转换为电流信号；以及，

所述电流放大电路30，用于对所述反馈电路20输出的电流信号进行放大处理，通过检测放大后的电流信号的变化，判定高频电子开关的过零点。

本实用新型实施例通过将高频电子开关两端的电压V_ds转换成电流信号I，可以降低干扰，大大提高过零点检测的准确性，方便、可靠地实现高频电子开关的零电压开通，从而提高高频功率电路的效率，降低电路损耗。

参见图2，是本实用新型提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路的又一个实施例的具体电路图。

其中，在一种可实现的方式中，所述分压电路10包括：第一电阻R1和第一电容C1组成的第一并联电路，第二电阻R2和第二电容C2组成的第二并联电路；所述第一并联电路与所述第二并联电路串接后的两端用于连接高频电子开关K1的电压输出端V_ds。

本实施例提供的分压电路与传统分压电路的主要区别在于：本实施例在分压电路10中增加了第一电容C1和第二电容C2；而高频电路中的瞬时干扰尖峰信号可由第一电容C1、第二电容C2进行有效的吸收，从而大大提高分压电路10的抗干扰性。并且，可以通过在一定范围内，分别调节第一电容C1、第二电容C2的电容值大小，超前或滞后调节过零点的位置，以便于调节控制电路的控制信号介入时机，提高高频电路零点检测的灵活性。

在本实施例中，所述高频电子开关K1包括但不限于MOS(metal-oxide-semiconductor，金属-氧化物-半导体)管、晶闸管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、GTR(Giant Transistor，电力晶体管)中的任意一项。

具体实施时，所述反馈电路20可以包括两种类型，分别为：电流串联负反馈电路，或者，电流并联负反馈电路。

优选地，当反馈电路20为电流串联负反馈电路时，可以采用以下具体电路进行实现：

如图2所示，在一种可实现的方式中，所述电流串联负反馈电路，包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3和运算放大器U1。其中，第三电阻R3的一端连接在运算放大器U1的反相输入端，另一端与所分压电路连接；运算放大器U1的正相输入端连接在所述第一并联电路与所述第二并联电路的串接点上；第四电阻R4与第三电容C3组成并联电路后的一端连接在运算放大器U1的反相输入端上，另一端连接在运算放大器U1的输出端；并且，运算放大器U1的输出端作为所述电流串联负反馈电路的输出端。

具体实施时，本实施例通过第三电容C3可以有效地消除过零点的“抖动”，进一步保障高频电路的过零点检测的准确性。

进一步地，在一种可实现的方式中，所述电流放大电路30，包括：三极管U2和第五电阻R5。其中，第五电阻R5的一端连接在三极管U2的集电极上，另一端作为所述电流放大电路30的输出端；三极管U2的基极用于连接所述反馈电路20的输出端；三极管U2的发射极与所述分压电路10和所述反馈电路20分别连接。具体实施时，所述三极管U2优选为NPN型三极管或PNP型三极管(图2中仅示出了NPN型三极管)。

此外，以上所述的任意一项所述的适用于高频电子开关的电流型过零点检测电路与高频电子开关K1可以组建为适用于高频电子开关的电流型过零点检测系统，所述电流型过零点检测电路将所述高频电子开关的输出电压转换为电流信号后，根据检测电流信号的值判定高频电子开关的过零点，克服传统技术方案中采用的单纯的电阻分压的方式的缺陷，降低高频电子开关的传导、辐射等影响，提高高频功率电路过零点检测的准确性。

本实用新型实施例提供的适用于高频电子开关的电流型过零点检测技术方案，通过分压电路不但可以对高频电子开关的输出电压进行分压，还可以吸收高频电路中的瞬时干扰尖峰，大大提高过零检测电路的抗干扰性；并且，可以通过分别调节第一电容C1、第二电容C2的电容值大小，超前或滞后调节过零点的位置，以便于调节控制电路的控制信号介入时机，提高高频电路零点检测的灵活性。此外，通过反馈电路将高频电子开关两端的电压信号转换成电流信号，可以内置电容以有效地消除过零点的抖动，进一步保障过零点检测的准确性；而电流放大可以进一步提高检测高频电子开关的过零点变化的精度，从而提高高频功率电路的效率，降低功率电路的各种能量损耗。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。