一种电源电路及电源设备的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电源电路及电源设备。

背景技术：

电流互感器是基于电磁感应原理制造的器件，电流互感器包括原边绕组与副边绕组，电流互感器的原边绕组有电流流过时，电流互感器的副边绕组将会感应出电流，电流互感器凭借此种特性广泛应用于电流的隔离采样中。然而，目前的电流互感器只能工作在单象限，亦即，只能单向励磁，于是，采样得到的电流信息仅能反映电流的过零点时刻，并且，由于电流互感器工作在单象限，如果不增加额外的复位电路，电流互感器会有磁饱和的风险，大大降低系统的工作可靠性以及电流的采样精度，而增加复位电路，电路结构则会变得复杂。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电源电路及电源设备，能够在简化电路结构的基础上提高系统工作的可靠性。

本发明实施例为解决相关技术问题提供了如下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供了一种电源电路，包括储能电感、第一开关管、第二开关管、电流互感器及采样处理电路；

所述电流互感器包括第一原边绕组、第二原边绕组及副边绕组，所述第一原边绕组的第一端及所述第二原边绕组的第一端与储能电感的一端连接，所述第一原边绕组的第二端与第一开关管串联在所述储能电感的第一电流回路中，所述第二原边绕组的第二端与第二开关管串联在所述储能电感的第二电流回路中，所述第一开关管导通时，所述储能电感储存能量，所述第一原边绕组及所述第一开关管流经第一电流，所述第二开关管导通时，所述储能电感释放能量，所述第二原边绕组及所述第二开关管流经第二电流，所述第一开关管与所述第二开关管在预设开关周期内交替导通，以使所述第一原边绕组流经所述第一电流与所述第二原边绕组流经所述第二电流在所述预设开关周期内轮流进行，所述副边绕组用于感应流经所述第一原边绕组的第一电流及流经所述第二原边绕组的第二电流，得到感应电流；

所述采样处理电路与所述副边绕组连接，用于根据所述副边绕组的感应电流，得到流经所述第一原边绕组的第一电流的信息及流经所述第二原边绕组的第二电流的信息。

可选地，所述采样处理电路包括调理电路及控制器；

所述调理电路与所述副边绕组连接，用于根据所述感应电流，得到采样电压；

所述控制器与所述调理电路连接，用于根据所述采样电压，得到所述第一电流的信息或所述第二电流的信息。

可选地，所述调理电路包括预处理电路及运算放大电路；

所述预处理电压与所述副边绕组连接，用于将所述副边绕组的感应电流转换成感应电压；

所述运算放大电路分别与所述预处理电路及所述控制器连接，用于根据所述感应电压，得到所述采样电压并输出给所述控制器。

可选地，所述预处理电路包括第一电阻及第一电容；

所述运算放大电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第二电容及运算放大器；

所述第一电阻的一端、所述第一电容的一端、所述第二电阻的一端及所述副边绕组的第一端共同连接，所述第一电阻的另一端、所述第一电容的另一端、所述第三电阻的一端及所述副边绕组的第二端共同连接，所述第二电阻的另一端用于与基准电压源及所述运算放大器的第一输入端连接，所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的一端、所述运算放大器的第二输入端及所述第二电容的一端共同连接，所述运算放大器的输出端、所述第四电阻的另一端及所述第二电容的另一端与所述控制器连接。

可选地，所述调理电路包括第五电阻、第六电阻及第三电容；

所述第五电阻的一端与所述副边绕组的第一端连接，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的一端及所述第三电容的一端与所述控制器连接，所述第六电阻的另一端、所述第三电容的另一端及所述副边绕组的第二端共同接地。

可选地，所述第一开关管为mos管，所述第二开关管为二极管。

可选地，还包括第一输出电容；

所述第一输出电容的一端与所述二极管的阴极连接，所述二极管的阳极与所述第二原边绕组的第二端连接，所述第一输出电容的另一端用于与输入电源的负极及所述mos管的第一端连接，所述mos管的第二端与所述第一原边绕组的第二端连接，所述mos管的控制端用于被输入控制信号，所述储能电感的一端、所述第一原边绕组的第一端及所述第二原边绕组的第一端共同连接，所述储能电感的另一端用于与所述输入电源的正极连接。

可选地，还包括第二输出电容；

所述第二输出电容的一端与所述储能电感的一端连接，所述储能电感的另一端、所述第一原边绕组的第一端及所述第二原边绕组的第一端共同连接，所述第二输出电容的另一端用于与输入电源的负极及所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述第二原边绕组的第二端连接，所述mos管的第一端与所述第一原边绕组的第一端连接，所述mos管的第二端用于与所述输入电源正极连接，所述mos管的控制端用于被输入控制信号。

可选地，还包括第三输出电容；

所述第三输出电容的一端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极与所述第二原边绕组的第二端连接，所述第三输出电容的另一端用于与输入电源的负极及所述储能电感的一端连接，所述储能电感的另一端、所述第一原边绕组的第一端及所述第二原边绕组的第一端共同连接，所述mos管的第一端与所述第一原边绕组的第二端连接，所述mos管的第二端用于与所述输入电源的正极连接，所述mos管的控制端用于被输入控制信号。

在第二方面，本发明实施例提供了一种电源设备，包括如上所述的电源电路。

本发明实施例的有益效果是：提供一种电源电路及电源设备。电源电路包括储能电感、第一开关管、第二开关管、电流互感器及采样处理电路，电流互感器包括第一原边绕组、第二原边绕组及副边绕组，第一原边绕组与第一开关管串联以形成储能电感的第一电流回路，第二原边绕组与第二开关管串联以形成储能电感的第二电流回路，第一原边绕组流经第一电流与第二原边绕组流经第二电流在一个开关周期内轮流进行，实现电流互感器的磁通复位，采样处理电路通过副边绕组来得到流经第一原边绕组的第一电流的信息及流经第二原边绕组的第二电流的信息。因此，通过此种方式，无需增加额外的复位电路也可保证系统工作的可靠性，同时可提高采样电流的精度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供一种电源电路的结构示意图；

图2是图1中的电源电路基于boost拓扑的结构示意图；

图3和图4是图2中的电源电路的工作原理示意图；

图5是图1中的电源电路基于buck拓扑的结构示意图；

图6和图7是图5中的电源电路的工作原理示意图；

图8是图1中的电源电路基于buck-boost拓扑的结构示意图；

图9和图10是图8中的电源电路的工作原理示意图；

图11是图1中提供一种采样处理电路的结构示意图；

图12是图11中的采样处理电路得到的采样电流波形示意图；

图13是图1中提供另一种采样处理电路的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种电源电路100，请参阅图1，电源电路100包括储能电感l1、第一开关管s1、第二开关管s2、电流互感器ct1及采样处理电路10。

电流互感器ct1包括第一原边绕组np1、第二原边绕组np2及副边绕组ns1，第一原边绕组np1的第一端(例如为同名端)及第二原边绕组np2的第一端(例如为异名端)与储能电感l1的一端连接，第一原边绕组np1的第二端(例如为异名端)与第一开关管s1串联连接在储能电感l1的第一电流回路中，第二原边绕组np2的第二端(例如为同名端)与第二开关管s2串联连接在储能电感l1的第二电流回路中。

第一开关管s1与第二开关管s2在预设开关周期内交替导通，并且在第一开关管s1导通、第二开关管s2关断时，储能电感l1开始储存能量，与此同时，第一电流流经第一原边绕组np1，储能电感l1的第一电流回路为第一电流提供电流流通路径；在第二开关管s2导通、第一开关管s1关断时，储能电感l1开始释放能量，与此同时，第二电流流经第二原边绕组np2，储能电感l1的第二电流回路为第二电流提供电流流通路径。这样，第一开关管s1与第二开关管s2在一个开关周期内交替导通时，第一原边绕组np1流经第一电流与第二原边绕组np2流经第二电流在该开关周期内轮流进行，使得电流互感器ct1在该开关周期内正反励磁(例如第一电流流经第一原边绕组np1时为正向励磁，第二电流流经第二原边绕组np2时为反向励磁)，于是，电流互感器ct1工作在一三象限而实现可靠的磁通复位，从而可避免出现电流互感器ct1未能可靠复位而磁通饱所导致的电流采样精度低的问题。

依据电磁感应原理，副边绕组ns1可感应流经第一原边绕组np1的第一电流及流经第二原边绕组np2的第二电流，得到感应电流。

采样处理电路10与副边绕组ns1连接，可根据副边绕组ns1的感应电流，得到流经第一原边绕组np1的第一电流的信息(例如电流幅值及方向)及流经第二原边绕组np2的第二电流的信息(例如电流幅值及方向)，同时也可得到储能电感l1的电流信息，以便系统根据第一电流的信息、第二电流的信息及储能电感l1的电流信息，进行相应的控制操作或保护操作。

在本实施例中，电流互感器ct1在储能电感l1储存能量和释放能量的过程中可自行进行磁通复位，从而保证系统工作的可靠性，同时可提高第一电流和第二电流的采样精度，并且，由于无需增加额外的复位电路对电流互感器ct1进行复位，可大大简化电路结构。

第一开关管s1及第二开关管s2可以为任意的电子开关或半导体开关，例如二极管、三极管(双极性晶体管)、金属-氧化物半导体场效应晶体管(mos管)，igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)以及等等。在一些实施例中，第一开关管s1为mos管，第二开关管s2为二极管。

在一些实施例中，电源电路100基于boost(升压)拓扑结构，如图2所示，电源电路100包括储能电感l1、第一输出电容co1、mos管q1(第一开关管s1)、二极管d1(第二开关管s2)、电流互感器ct1及采样处理电路10。

第一输出电容co1的一端与二极管d1的阴极连接，二极管d1的阳极与第二原边绕组np1的同名端连接，第一输出电容co1的另一端与输入电源dc的负极及mos管q1的第一端连接，mos管q1的第二端与第一原边绕组np1的第二端连接，mos管q1的控制端被输入控制信号，储能电感l1的一端与第一原边绕组np1的同名端和第二原边绕组np2的异名端共同连接，第一原边绕组np1的同名端和第二原边绕组np2的异名端构成电流互感器ct1的原边绕组中心抽头，储能电感l1的另一端与输入电源dc的正极连接，采样处理电路10与副边绕组ns1连接。

mos管q1可以为nmos管，也可以为pmos管，以mos管q1为nmos管为例，如图2所示，mos管q1的第一端为nmos管的源极，mos管q1的第二端为nmos管的漏极，mos管q1的控制端为nmos管的栅极。

mos管q1与二极管d1在高频开关周期内交替导通，针对一个开关周期，在该开关周期内：mos管q1导通、二极管d1截止时，第一电流i1流经储能电感l1的第一电流回路，如图3所示，第一电流i1依次流经输入电源dc的正极、储能电感l1、第一原边绕组np1的同名端、第一原边绕组np1的异名端、mos管q1及输入电源dc的负极，此时，储能电感l1储存能量，储能电感l1的电感电流上升，电流互感器ct1工作在第一象限正向励磁；二极管d1导通、mos管q1关断时，第二电流i2流经储能电感l1的第二电流回路，如图4所示，第二电流i2依次流经输入电源dc的正极、储能电感l1、第二原边绕组np2的异名端、第二原边绕组np2的同名端、第一输出电容co1/负载rl及输入电源dc的正极，此时，储能电感l1释放能量，储能电感l1的电感电流下降，电流互感器ct1工作在第三象限反向励磁。

因此，在每个开关周期内，储能电感l1储存能量和释放能量的过程中，电流互感器ct1在一三象限正反励磁，确保电流互感器ct1可靠复位，在提高系统可靠性的同时，可提高电流采样精度。

在一些实施例中，电源电路100基于buck(降压)拓扑结构，如图5所示，该电源电路100包括储能电感l1、第二输出电容co2、mos管q2(第一开关管s1)、二极管d2(第二开关管s2)、电流互感器ct1及采样处理电路10。

第二输出电容co2的一端与储能电感l1的一端连接，储能电感l1的另一端、第一原边绕组np1的异名端及第二原边绕组np2的同名端共同连接，第二输出电容co2的另一端与输入电源dc的负极及二极管d2的阳极连接，二极管d2的阴极与第二原边绕组np2的异名端连接，mos管q2的第一端与第一原边绕组np1的第二端连接，mos管q1的第二端与输入电源dc正极连接，mos管q1的控制端被输入控制信号，采样处理电路10与副边绕组ns1连接。

mos管q2可以为nmos管，也可以为pmos管，以mos管q2为nmos管为例，如图3所示，mos管q2的第一端为nmos管的源极，mos管q2的第二端为nmos管的漏极，mos管q2的控制端为nmos管的栅极。

mos管q2与二极管d2在高频开关周期内交替导通，针对一个开关周期，在该开关周期内：mos管q2导通、二极管d2截止时，第一电流i1流经储能电感l1的第一电流回路，如图6所示，第一电流i1依次流经输入电源dc的正极、mos管q2、第一原边绕组np1的同名端、第一原边绕组np1的异名端、储能电感l1、第二输出电容co2/负载rl及输入电源dc的负极，此时，储能电感l1储存能量，储能电感l1的电感电流上升，电流互感器ct1工作在第一象限正向励磁；二极管d2导通、mos管q2关断时，第二电流i2流经储能电感l1的第二电流回路，如图7所示，第二电流i2依次流经储能电感l1、第二输出电容co2/负载rl、二极管d2、第二原边绕组np2的异名端及第二原边绕组np2的同名端，此时，储能电感l1释放能量，储能电感l1的电感电流下降，电流互感器ct1工作在第三象限反向励磁。

因此，在每个开关周期内，储能电感l1储存能量和释放能量的过程中，电流互感器ct1在一三象限正反励磁，确保电流互感器ct1可靠复位，在提高系统可靠性的同时，可提高电流采样精度。

在一些实施例中，电源电路100基于buck-boost(降压-升压)拓扑结构，如图8所示，该电源电路100包括储能电感l1、第二输出电容co3、mos管q3(第一开关管s1)、二极管d3(第二开关管s2)、电流互感器ct1及采样处理电路10。

第三输出电容co3的一端与二极管d3的阳极连接，二极管d3的阴极与第二原边绕组np2的异名端连接，第三输出电容co3的另一端与输入电源dc的负极及储能电感l1的一端连接，储能电感l1的另一端、第一原边绕组np1的异名端及第二原边绕组np2的同名端共同连接，mos管q3的第一端与第一原边绕组np1的同名端连接，mos管q3的第二端与输入电源dc的正极连接，mos管q3的控制端被输入控制信号，采样处理电路10与副边绕组ns1连接。

mos管q3可以为nmos管，也可以为pmos管，以mos管q3为nmos管为例，如图8所示，mos管q3的第一端为nmos管的源极，mos管q3的第二端为nmos管的漏极，mos管q3的控制端为nmos管的栅极。

mos管q3与二极管d3在高频开关周期内交替导通，针对一个开关周期，在该开关周期内：mos管q3导通、二极管d3截止时，第一电流i1流经储能电感l1的第一电流回路，如图9所示，第一电流i1的依次流经输入电源dc的正极、mos管q3、第一原边绕组np1的同名端、第一原边绕组np1的异名端、储能电感l1及输入电源dc的负极，此时，储能电感l1储存能量，储能电感l1的电感电流上升，电流互感器ct1第一象限正向励磁；二极管d3导通、mos管q3关断时，第二电流i2流经储能电感l1的第二电流回路，如图10所示，第二电流i2依次流经储能电感l1、负载rl、二极管d3、第二原边绕组np2的异名端、第二原边绕组np2的同名端，此时，储能电感l1释放能量，储能电感l1的电感电流下降，电流互感器ct1第三象限反向励磁。

因此，在每个开关周期内，储能电感l1储存能量和释放能量的过程中，电流互感器ct1在一三象限正反励磁，确保电流互感器ct1可靠复位，在提高系统可靠性的同时，可提高电流采样精度。

可以理解的是，在本发明上述实施例的教导下，只要不违背本发明实施例的发明目的和精神，电源电路100可基于其它任何合适的拓扑结构，并且实现精确的电流采样，例如，基于全桥电路、半桥电路、图腾柱无桥pfc，以及等等。

在第一电流i1流经第一原边绕组np1和第二电流i2流经第二原边绕组np2时，副边绕组ns1可感应出电流，感应出的电流为第一电流i1或第二电流i2根据匝数比折算得到的电流，此时，采样处理电路10可根据副边绕组ns1感应出的电流，得到流经第一原边绕组np1的第一电流i1的信息及流经第二原边绕组np2的第二电流i2的信息。

具体地，在一些实施例中，如图11所示，采样处理电路10包括调理电路11及控制器12。

调理电路11与副边绕组ns1连接，可根据副边绕组ns1感应出的电流，得到采样电压。

控制器12与调理电路11连接，可根据采样电压，得到第一电流i1的信息和第二电流i2的信息。

控制器12可以为任意通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、arm(acornriscmachine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器12还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器12也可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp和/或任何其它这种配置。

在一些实施例中，请继续参阅图11，调理电路11包括预处理电路111及运算放大电路112。

预处理电路111与副边绕组ns1连接，可将副边绕组ns1感应出的电流转换成感应电压。

运算放大电路112分别与预处理电路111及控制器12连接，可根据预处理电路111输出的感应电压，得到采样电压并输出给控制器12。

具体地，预处理电路111包括第一电阻r1及第一电容c1，运算放大电路112包括第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第二电容c2及运算放大器a1。

第一电阻r1的一端、第一电容c1的一端、第二电阻r2的一端及副边绕组ns1的同名端共同连接，第一电阻r1的另一端、第一电容c1的另一端、第三电阻r3的一端及副边绕组ns1的异名端共同连接，第二电阻r2的另一端与基准电压源vref及运算放大器a1的第一输入端连接，第三电阻r3的另一端、第四电阻r4的一端、运算放大器a1的第二输入端及第二电容c2的一端共同连接，运算放大器a1的输出端、第四电阻r4的另一端及第二电容c2的另一端与控制器12连接。

运算放大器a1的第一输入端可以为同相输入端，也可以为反相输入端，运算放大器a1的第二输入端可以为同相输入端，也可以为反相输入端，可以理解的是，当运算放大器a1的第一输入端为同相输入端时，第二输入端为反相输入端，当运算放大器a1的第一输入端为反相输入端时，第二输入端为同相输入端。在一些实施例中，如图11所示，运算放大器a1的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端。

在本实施例中，第一电流i1和第二电流i2的电流幅值根据电流互感器ct1原边绕组与副边绕组的匝数比关系折算到副边绕组，从而副边绕组得到折算后的电流，第一电阻r1连接在副边绕组ns1的同名端和异名端之间以将感应电流(折算后的电流)转换成感应电压，第一电容c1可对该感应电压进行稳压处理，经过稳压处理后的感应电压输入到运算放大器a1中，运算放大器a1根据该感应电压，得到采样电压，该采样电压输出给控制器12，控制器12根据该采样电压，得到第一电流i1和第二电流i2的电流幅值信息和方向信息(如图7所示)。

根据图7可以知道，第一开关管s1与第二开关管s2交替流经电感电流，电流幅值相等且方向相反，于是，电磁互感器ct1中的磁通正反流动，确保电磁互感器ct1中的磁芯能够可靠复位。在图7中，vs1指示流过第一开关管s1的电流，vs2指示流过第二开关管s2的电流，vl1指示流过储能电感l1的电流，-vl1指示取反后的储能电感l1的电流，vs指示调理电路11输出的采样电压。因此，得益于电磁互感器ct1中的磁通正反流动，磁芯在每个开关周期内都能够可靠复位，采样处理电路10通过副边绕组ns1能够精确地采样得到流经第一原边绕组np1的第一电流的幅值信息和方向信息，以及流经第二原边绕组np2的第二电流的幅值信息和方向信息。

调理电路11还可通过其它任意形式，根据副边绕组ns1感应出的电流，得到采样电压。在一些实施例中，如图13所示，调理电路11包括第五电阻r5、第六电阻r6及第三电容c3。

第五电阻r5的一端与副边绕组ns1的同名端连接，第五电阻r5的另一端、第六电阻r6的一端及第三电容c3的一端与控制器12连接，第六电阻r6的另一端、第三电容c3的另一端及副边绕组ns1的异名端接地。

作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例还提供了一种电源设备，包括如上所述电源电路100，例如，图3、图4或图5所示的电源电路100。

最后要说明的是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本发明的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本发明不同方面的许多其它变化，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。