CN103731049B - 电流过零点检测电路和方法，驱动电路和方法，开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流过零点检测电路，应用于开关电源，开关电源包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管以及开关控制电路。该电流过零点检测电路串接在第一功率开关管的源极与开关控制电路的输入端之间，用于检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至开关控制电路，控制第二功率开关管的开启或关断。可见，本发明提供的电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。

Description

电流过零点检测电路和方法，驱动电路和方法，开关电源

技术领域

本发明涉及发光二极管LED领域，更具体的说，是涉及一种电流过零点检测电路和方法，驱动电路和方法，开关电源。

背景技术

图1为传统的反激式LED驱动电路的简化示意图，如图1所示，交流电经过整流桥整流后经电容器C1滤波，产生一直流电压，再经电阻R1和电容器C2产生一低压直流电使控制芯片启动，即控制功率开关管M1开启。而该驱动电路的变压器有三个绕组，其中，原边绕组连接于整流桥的输出端与功率开关管M1的漏极之间，副边绕组的同名端与次级二极管D1的阳极相连，辅助绕组连接于二极管D2与地之间。

从图中不难发现，传统的反激式LED驱动电路是通过辅助绕组为控制芯片供电，同时辅助绕组还用于检测次级二极管D1的电流过零点以及输出电压过压的信息。

但，上述辅助绕组会增大驱动电路的体积和成本，不适合目前市场LED小体积、低成本的发展趋势。因此，如何既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又能使驱动电路占用体积小是当前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电流过零点检测电路，应用于开关电源，所述开关电源包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管以及开关控制电路，

所述电流过零点检测电路串接在所述第一功率开关管的源极与所述开关控制电路的输入端之间，用于检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将所述下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至所述开关控制电路，控制所述第二功率开关管的开启或关断。

优选的，包括：第一电容、电流检测电路、电流转电压电路以及比较器；

所述第一电容的第一端与所述第一功率开关管的源极相连，在所述第一功率开关管的源极电压下降时，所述第一电容放电，产生第一电流；

所述电流检测电路的输入端与所述第一电容的第二端相连，检测所述第一电流；

所述电流转电压电路的输入端与所述电流检测电路的输出端相连，将所述第一电流转化为所述第一电压；

所述比较器的同相输入端接所述预设电压，所述比较器的反相输入端与所述电流转电压电路的输出端相连，用于比较所述第一电压与所述预设电压的大小，产生所述次级二极管电流过零点信号。

优选的，所述电流检测电路包括：第一MOS管、第三MOS管以及第二电容；

所述第一MOS管的源极接外接电压，所述第一MOS管的栅极作为所述电流检测电路的输出端，所述第一MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端以及所述第一MOS管的栅极相连，所述第二电容的第二端与所述第二MOS管的源极相连，所述第二MOS管的漏极作为所述电流检测电路的输入端，所述第二MOS管的栅极接偏置电压。

优选的，所述电流转电压电路包括：第二MOS管、第三电容以及第一电阻；

所述第二MOS管的源极接外接电压，所述第二MOS管的栅极作为所述电流转电压电路的输入端，所述第二MOS管的漏极分别与所述第三电容的第一端以及所述第一电阻的第一端相连，且作为所述电流转电压电路的输出端，所述第三电容的第二端以及所述第一电阻的第二端均接地。

优选的，所述预设电压为基准电压源产生的一基准电压。

一种电流过零点检测方法，应用于上述的电流过零点检测电路，所述电流过零点检测方法包括：

检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

将所述下降斜率转化为第一电压；

比较所述第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号。

优选的，所述检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率包括：

检测在所述第一功率开关管的源极电压下降时，所述驱动电路中第一电容产生的第一电流的斜率。

一种驱动电路，包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管、开关控制电路以及如上述的任意一项所述的电流过零点检测电路；

所述整流桥的输出端通过串接的所述第一功率开关管以及所述第二功率开关管接地；

所述电流过零点检测电路串接在所述第一功率开关管的源极和所述开关控制电路的输入端之间；

所述开关控制电路的输出端与所述第二功率开关管的栅极相连，所述开关控制电路的控制端与所述第二功率开关管的源极相连。

一种驱动方法，应用于上述的驱动电路，所述驱动方法包括：

检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

将所述下降斜率转化为第一电压；

比较所述第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号；

根据所述次级二极管电流过零点信号控制所述第二功率开关管的开启或关断。

一种开关电源，包括任意一项所述的电流过零点检测电路。

即，本发明提供了一种电流过零点检测电路，应用于开关电源，该开关电源包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管以及开关控制电路。该电流过零点检测电路串接在第一功率开关管的源极与开关控制电路的输入端之间，用于检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至开关控制电路，控制第二功率开关管的开启或关断。可见，本发明提供的电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中LED驱动电源的电路原理图；

图2为由本发明提供的一种电流过零点检测电路构成的一种驱动电路的结构示意图；

图3为本发明提供的一种电流过零点检测电路中的电流检测电路的结构示意图；

图4为本发明提供的一种电流过零点检测电路中的电流转电压电路的结构示意图；

图5为采用本发明提供的一种电流过零点检测电路后，各信号的波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小。

实施例一

请参阅图2，为本发明提供的一种电流过零点检测电路构成的驱动电路的结构示意图，该电流过零点检测电路应用于开关电源。其中，开关电源包括：整流桥DB1、第一功率开关管M1、第二功率开关管M2以及开关控制电路104。

本电流过零点检测电路串接在第一功率开关管M1的源极与开关控制电路104的输入端之间，用于检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至开关控制电路，控制第二功率开关管的开启或关断。

从图2不难发现，本发明提供的电流过零点检测电路，不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。

具体的，本实施例提供了一种电流过零点检测电路的具体实现电路，包括：第一电容C4、电流检测电路101、电流转电压电路102以及比较器103。

其电路连接关系为：

第一电容的第一端与第一功率开关管的源极相连，在第一功率开关管的源极电压下降时，第一电容放电，产生第一电流。电流检测电路的输入端与第一电容的第二端相连，检测第一电流。电流转电压电路的输入端与电流检测电路的输出端相连，将第一电流转化为第一电压。比较器的同相输入端接预设电压，比较器的反相输入端与电流转电压电路的输出端相连，用于比较第一电压与预设电压的大小，产生次级二极管电流过零点信号。

这里需要说明的是，电流检测电路101以及电流转电压电路102的实现电路有很多种，在本实施例中，并不逐一列举。本领域技术人员在本发明的思想上，对电流检测电路以及电流转电压电路的不同结构的选用均属于本发明的保护范围之内。

优选的，本实施例提供了一种具体的电流检测电路，如图3所示，包括：第一MOS管P1、第三MOS管P3以及第二电容CC1。

各器件的连接关系为：

第一MOS管的源极接外接电压，第一MOS管的栅极作为电流检测电路的输出端，第一MOS管的漏极分别与第二电容的第一端以及第一MOS管的栅极相连，第二电容的第二端与第二MOS管的源极相连，第二MOS管的漏极作为电流检测电路的输入端，第二MOS管的栅极接偏置电压。

其电流检测原理为：当输入端Iin有电流向外流出的时候，该电流会被第一MOS管P1检测到，即实现电流检测的作用。需要说明的是，其中，Vb为驱动电路内置的偏置电压。

同样的，本实施例也提供了一种具体的电流转电压电路，如图4所示，包括：第二MOS管P2、第三电容CC2以及第一电阻RR1。

该电流转电压电路中，各器件的连接关系如下：

第二MOS管的源极接外接电压，第二MOS管的栅极作为电流转电压电路的输入端，第二MOS管的漏极分别与第三电容的第一端以及第一电阻的第一端相连，且作为电流转电压电路的输出端，第三电容的第二端以及第一电阻的第二端均接地。

其电流转电压的工作原理为：被第一MOS管检测到的电流通过第二MOS管P2流入到第三电容CC2和第一电阻RR1，经过该第三电容CC2和第一电阻RR1的滤波处理后，转化为第一电压Vo。

之后将该第一电压Vo与预设电压Vref进行比较，比较器103产生一次级二极管电流过零点信号至开关控制电路104。

需要说明的是，上述电流过零点检测电路中的预设电压Vref可以为驱动电路内部的基准电压源产生的一基准电压，也可以是由外置的电压源产生的一基准电压，在本实施例中并不对预设电压的产生过程进行限定。

可见，本发明提供的电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例还提供了一种驱动电路，包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管、开关控制电路以及上述的电流过零点检测电路。

其中，整流桥的输出端通过串接的第一功率开关管以及第二功率开关管接地。电流过零点检测电路串接在第一功率开关管的源极和开关控制电路的输入端之间。开关控制电路的输出端与第二功率开关管的栅极相连，开关控制电路的控制端与第二功率开关管的源极相连。

这里需要说明的是，本实施例中的电流过零点检测电路的电路结构以及工作原理与实施例一相同。具体的，请结合图2和图5，对本驱动电路的工作原理进行介绍，如下：

当第二功率开关管M2导通时，第一功率开关管M1也导通，此时变压器的原边电流上升，采样电阻R2上的电压也上升，当采样电阻R2上的电压达到预设阀值时，开关控制电路104输出控制信号，使第二功率开关管M2关闭，同时第一功率开关管M1也断开。此时，馈流二极管D5导通，使第一功率开关管M1的源极电压被箝位至Vcc，同时变压器副边的次级二极管D1开始导通，次级二极管D1上的电流Isecond很快上升到峰值并开始下降，如图5中的t1-t2时刻。

当次级二极管D1的电流下降到零时，如图5中的t2时刻，第一功率开关管M1的漏极电压开始下降，由于第一功率开关管M1的漏极和源极的电容耦合作用，则第一功率开关管M1的源极电压也开始下降，即对应图5中的Out端电压下降。

需要说明的是，该第一功率开关管M1的电容耦合，可以是在第一功率开关管M1的源极和漏极之间并接一外接电容进行耦合，也可以是通过第一功率开关管M1的源极和漏极之间的寄生电容进行耦合。

当Out点电压下降时，会有从第一电容C4流入第一功率开关管M1的源极的电流产生，即第一电流。该第一电流会被电流检测电路101采集，并由电流转电压电路102将该第一电流转化为第一电压Vo，此时，比较器103将该第一电压Vo和预设电压Vref进行比较，输出一控制信号至开关控制电路104。

结合图5，本实施例中，在次级二极管导通时间Tons结束的时刻，即次级二极管的电流过零时刻，电流转电压电路104输出的第一电压Vo急剧上升并超过预设电压Vref，此时，比较器103进行翻转，因此，定义上述控制信号为次级二极管电流过零点信号。

综上，本实施例提供的驱动电路也能既实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，电路占用体积小，成本低。

实施例三

上面我们介绍了一种电流过零点检测电路，现结合上述电路，本实施例还提供了一种电流过零点电流检测方法，该方法包括：

S101：检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

S102：将下降斜率转化为第一电压；

S103：比较第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号。

除此，还在上述驱动电路的基础上，提供了一种驱动方法，该方法包括：

S101：检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

S102：将下降斜率转化为第一电压；

S103：比较第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号；

S104：根据次级二极管电流过零点信号控制第二功率开关管的开启或关断。

从上述可以很直观的看到，本实施例提供的驱动方法是在上述电流过零点检测方法的基础上，增加了步骤S104。其中，步骤S101可以为：检测在第一功率开关管的源极电压下降时，驱动电路中第一电容产生的第一电流的斜率。

该电流过零点检测方法以及驱动方法的工作原理请参见实施例二，在此不做详述。需要说明的是，本实施例中的预设电压可以为基准电压源产生的一基准电压。

除此，本实施例还提供了一种开关电源，包括任意一项上述的电流过零点检测电路。

综上，本发明提供了一种电流过零点检测电路，应用于开关电源，开关电源包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管以及开关控制电路。该电流过零点检测电路串接在第一功率开关管的源极与开关控制电路的输入端之间，用于检测第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至开关控制电路，控制第二功率开关管的开启或关断。可见，本发明提供的电流过零点检测电路，既能实现检测次级二极管的电流过零点信息，又不需要采用单独的变压器辅助绕组，其电路占用体积小，成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电流过零点检测电路，应用于开关电源，所述开关电源包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管以及开关控制电路，其特征在于：

所述电流过零点检测电路串接在所述第一功率开关管的源极与所述开关控制电路的输入端之间，用于检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率，并将所述下降斜率转化为第一电压与预设电压进行比较，输出一次级二极管电流过零点信号至所述开关控制电路，控制所述第二功率开关管的开启或关断。

2.根据权利要求1所述的电流过零点检测电路，其特征在于，包括：第一电容、电流检测电路、电流转电压电路以及比较器；

所述第一电容的第一端与所述第一功率开关管的源极相连，在所述第一功率开关管的源极电压下降时，所述第一电容放电，产生第一电流；

所述电流检测电路的输入端与所述第一电容的第二端相连，检测所述第一电流；

所述电流转电压电路的输入端与所述电流检测电路的输出端相连，将所述第一电流转化为所述第一电压；

所述比较器的同相输入端接所述预设电压，所述比较器的反相输入端与所述电流转电压电路的输出端相连，用于比较所述第一电压与所述预设电压的大小，产生所述次级二极管电流过零点信号。

3.根据权利要求2所述的电流过零点检测电路，其特征在于，所述电流检测电路包括：第一MOS管、第二MOS管以及第二电容；

所述第一MOS管的源极接外接电压，所述第一MOS管的栅极作为所述电流检测电路的输出端，所述第一MOS管的漏极分别与所述第二电容的第一端以及所述第一MOS管的栅极相连，所述第二电容的第二端与所述第二MOS管的源极相连，所述第二MOS管的漏极作为所述电流检测电路的输入端，所述第二MOS管的栅极接偏置电压。

4.根据权利要求2所述的电流过零点检测电路，其特征在于，所述电流转电压电路包括：第三MOS管、第三电容以及第一电阻；

所述第三MOS管的源极接外接电压，所述第三MOS管的栅极作为所述电流转电压电路的输入端，所述第三MOS管的漏极分别与所述第三电容的第一端以及所述第一电阻的第一端相连，且作为所述电流转电压电路的输出端，所述第三电容的第二端以及所述第一电阻的第二端均接地。

5.根据权利要求1所述的电流过零点检测电路，其特征在于，所述预设电压为基准电压源产生的一基准电压。

6.一种电流过零点检测方法，其特征在于，应用于如权利要求2-4任意一项所述的电流过零点检测电路，所述电流过零点检测方法包括：

检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

将所述下降斜率转化为第一电压；

比较所述第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号。

7.根据权利要求6所述的电流过零点检测方法，其特征在于，所述检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率包括：

检测在所述第一功率开关管的源极电压下降时，所述电流过零点检测电路中第一电容产生的第一电流的斜率。

8.一种驱动电路，其特征在于，包括：整流桥、第一功率开关管、第二功率开关管、开关控制电路以及如权利要求1-5所述的任意一项所述的电流过零点检测电路；

所述整流桥的输出端通过串接的所述第一功率开关管以及所述第二功率开关管接地；

所述电流过零点检测电路串接在所述第一功率开关管的源极和所述开关控制电路的输入端之间；

所述开关控制电路的输出端与所述第二功率开关管的栅极相连，所述开关控制电路的控制端与所述第二功率开关管的源极相连。

9.一种驱动方法，其特征在于，应用于如权利要求8所述的驱动电路，所述驱动方法包括：

检测所述第一功率开关管的源极电压的下降斜率；

将所述下降斜率转化为第一电压；

比较所述第一电压与预设电压的大小，输出次级二极管电流过零点信号；

根据所述次级二极管电流过零点信号控制所述第二功率开关管的开启或关断。

10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1-5中任意一项所述的电流过零点检测电路。