CN108663558B - 一种pfc设备及其电流检测方法和电流检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种PFC设备及其电流检测方法和电流检测装置，所述PFC设备包括：至少一个主开关；转换单元，适于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号；电压检测单元，接收所述待测电压和偏置电压，适于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压；所述电流检测方法包括：对所述检测电压进行采样；根据采样结果确定所述偏置电压的检测值；根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。本发明方案可以有效地提高PFC设备的电流检测精度，并具有普适性。

Description

一种PFC设备及其电流检测方法和电流检测装置
技术领域
本发明涉及功率因数校正技术，尤其涉及一种PFC设备及其电流检测方法和电流检测装置。
背景技术
功率因数(Power Factor，简称PF)是一种用来衡量用电设备用电效率的参数。为了提高用电效率，在将交流输入信号提供至用电设备之前，通常都会先对交流输入信号进行功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)。功率因数校正装置通常都是通过减小电压和电流之间的相位差来提高功率因数的。一般而言，PFC设备可以包括至少一个主开关(也称功率开关)，还可以包括电感和整流单元。PFC设备在进行功率因数校正时需要检测PFC设备中的待测电流，其中，待测电流可以为流经电感上的电感电流。PFC设备可以根据待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号，以控制其变更开关状态。
PFC设备可以采用转换单元(例如可以包括检测电阻)将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，并采用电压检测单元检测待测电压，待测电压可以反映出待测电流的大小。在实际实施中，所述电压检测单元可以包括对所述待测电压进行适当地信号调理的差分运算放大电路以及对所述待测电压进行采样的模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，简称ADC)。所述PFC设备还可以包括数字信号控制器(Digital SignalController，简称DSC)，适于根据数据采集结果计算PFC设备中的待测电流，并根据其大小确定控制所述至少一个主开关变更开关状态的时机，使得PFC设备的交流输入电流跟随其交流输入电压的正弦波形。
一般来说，对精度敏感的电路(例如有源晶振、锁相环等等)多采用单电源供电，即负电源端口接地。PFC设备中的电感电流一般从0A开始上升而后下降，所述待测电压也从0V开始上升而后下降。当上述差分运算放大电路的运算放大器(简称运放)的负电源端口接地时，其输出信号的幅度会接近0V，这将会使其输出信号出现大幅失真。为解决该技术问题，通常在上述差分运算放大电路的输入端注入一个偏置电压(Offset Voltage)，所述偏置电压可以由恒压源产生，以抬高所述差分运算放大电路输出端输出的检测电压的幅度，检测电压的幅度远高于地线电压(也即0V)，以避免信号失真。其中，图1示出了在理想情况下，偏置电压Voffset的注入时，检测得到的检测电压Vsense的波形，也同时反映出了待测电流的波形。在经ADC采样后，DSC将所述偏置电压Voffset从所述数据采集结果中减去，再以此为依据计算PFC设备中的待测电流。
在现有技术中，专利文献US 2010/0073090A1公开了一种电流检测放大器，其电路结构请参见图2。示意性而言，电流检测放大器100可以包括级联的第一级101和第二级102两级，用于对负载电路103消耗的待测电流Isense进行检测以输出检测电压Vout。所述第一级101中可以包括运放104、晶体管MP1、电阻R1和R2以及第一偏置电压源105。待测电流Isense被转换电阻Rsense转换为电压信号，并接入所述运放104的两个输入端，第一偏置电压源105产生的第一偏置电压(图未示)接入所述运放104的其中一个输入端。所述第二级102中可以包括运放106、第二偏置电压源107、带宽补偿电路108、电阻R3和R4以及旁路电路109。在所述第二级102的比例放大电路中，第二偏置电压源107产生的第二偏置电压(图未示)与上述第一偏置电压均用于抬高其接入的运放所输出信号的幅度，以防止信号失真且便于测量。在实际操作中，偏置电压一般是由恒压源提供的，在根据所述检测电压Vout计算所述待测电流Isense时，需要将所述偏置电压(也即恒压源的标称电压值)减去。然而，恒压源的老化、热效应等因素导致了其实际输出的电压值与其标称电压值不符，例如，其标称电压值为12V，而其实际输出的电压值为12.5V或者在12V附近波动。更恶劣的是，这种误差效应会在电路中累积，使得对待测电流Isense的检测越来越不准确。
综上所述，在PFC设备中，由于上述偏置电压的实际值与其标称值不符，严重影响了PFC设备的电流检测精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何有效地提高PFC设备的电流检测精度。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种PFC设备的电流检测方法，所述PFC设备包括：至少一个主开关；转换单元，适于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号；电压检测单元，接收所述待测电压和偏置电压，适于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压；所述电流检测方法包括：对所述检测电压进行采样；根据采样结果确定所述偏置电压的检测值；根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。
可选地，所述根据采样结果确定所述偏置电压的检测值包括：在每一预设时间周期内，根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压，所述最小采样电压为所述多个采样电压中的最小值；将所述最小采样电压确定为所述偏置电压的检测值。
可选地，在所述对所述检测电压进行采样之前，还包括：将所述最小采样电压初始化为最大误差偏置电压，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压在预设误差范围内的最大值；所述根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压包括：将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压。
可选地，所述电流检测方法还包括：当所述预设时间周期结束时，将所述最小采样电压复位为所述最大误差偏置电压。
可选地，所述预设时间周期是根据对所述检测电压进行采样的采样率和输入至所述PFC设备的交流输入信号的频率确定的。
可选地，所述PFC设备还包括：电感和整流单元；其中，所述电感与所述至少一个主开关以及所述整流单元直接或者间接地耦接，所述待测电流为流经所述电感上的电感电流。
可选地，所述整流单元包括整流桥，所述整流桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入交流输入信号，所述整流桥配置为对所述交流输入信号进行整流；其中，所述电感的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关的第一端，所述至少一个主开关的第二端直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端；所述转换单元设置于以下位置中的一种：所述电感的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感的第二端和所述至少一个主开关的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中。
可选地，所述转换单元包括：转换电阻，所述待测电流为流经所述转换电阻上的电流，所述待测电压为所述转换电阻两端的电压。
可选地，所述电压检测单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和反馈电阻；其中，所述运算放大器第一输入端经由所述第一电阻耦接所述转换电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第二电阻耦接所述转换电阻的第二端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第三电阻接地，所述第三电阻的两端配置为接收所述偏置电压，所述运算放大器的第一输入端经由所述反馈电阻耦接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端输出所述检测电压。
针对上述技术问题，本发明实施例还提供了一种PFC设备的电流检测装置，所述PFC设备包括：至少一个主开关；转换单元，适于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号；电压检测单元，接收所述待测电压和偏置电压，适于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压；所述电流检测装置包括：电压采样模块，适于对所述检测电压进行采样；偏置电压确定模块，适于根据采样结果确定所述偏置电压的检测值；电流计算模块，适于根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。
可选地，所述偏置电压确定模块包括：最小采样电压确定子模块，适于在每一预设时间周期内，根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压，所述最小采样电压为所述多个采样电压中的最小值；偏置电压确定子模块，适于将所述最小采样电压确定为所述偏置电压的检测值。
可选地，所述电流检测装置还包括：初始化模块，适于在所述电压采样模块对所述检测电压进行采样之前，将所述最小采样电压初始化为最大误差偏置电压，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压在预设误差范围内的最大值；所述最小采样电压确定子模块包括：电压比较子模块，耦接所述初始化模块，适于将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压。
可选地，所述电流检测装置还包括：电压复位模块，耦接所述初始化模块，适于当所述预设时间周期结束时，将所述最小采样电压复位为所述最大误差偏置电压。
可选地，所述预设时间周期是根据所述电压采样模块对所述检测电压进行采样的采样率和输入至所述PFC设备的交流输入信号的频率进行确定的。
可选地，所述PFC设备还包括：电感和整流单元；其中，所述电感与所述至少一个主开关以及所述整流单元直接或者间接地耦接，所述待测电流为流经所述电感上的电感电流。
可选地，所述整流单元包括整流桥，所述整流桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入所述交流输入信号，所述整流桥配置为对交流输入信号进行整流；其中，所述电感的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关的第一端，所述至少一个主开关的第二端直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端；所述转换单元设置于以下位置中的一种：所述电感的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感的第二端和所述至少一个主开关的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中。
可选地，所述转换单元包括：转换电阻，所述待测电流为流经所述转换电阻上的电流，所述待测电压为所述转换电阻两端的电压。
可选地，所述电压检测单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和反馈电阻；其中，所述运算放大器第一输入端经由所述第一电阻耦接所述转换电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第二电阻耦接所述转换电阻的第二端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第三电阻接地，所述第三电阻的两端配置为接收所述偏置电压，所述运算放大器的第一输入端经由所述反馈电阻耦接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端输出所述检测电压。
针对上述技术问题，本发明实施例还提供了一种PFC设备，所述PFC设备包括上述至少一个主开关、转换单元、电压检测单元和电流检测装置。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例的PFC设备可以包括至少一个主开关、转换单元和电压检测单元；其中，所述转换单元适于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号，所述电压检测单元接收所述待测电压和偏置电压，适于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压。本发明实施例对所述检测电压进行采样，根据采样结果确定所述偏置电压的检测值，再根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。由于用于计算所述待测电流的偏置电压是对其采样后得到的检测值，是通过实际测量得到的，因此，即使产生所述偏置电压的恒压源的老化、热效应等因素导致其实际输出的电压值与其标称电压值不符，也不会影响对所述待测电流检测的精度。相比于现有技术方案，本发明实施例可以有效地提高PFC设备的电流检测精度。
进一步而言，本发明实施例中，在每一预设时间周期内，根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压，所述最小采样电压为所述多个采样电压中的最小值，将所述最小采样电压确定为所述偏置电压的检测值。由于用于计算所述待测电流的偏置电压的检测值每经过所述预设时间周期即被更新，因此，对所述偏置电压的变化情况的实时监测，更加有利于提高PFC设备的电流检测精度。
进一步而言，在所述对所述检测电压进行采样之前，还可以包括：将所述最小采样电压初始化为最大误差偏置电压，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压在预设误差范围内的最大值；所述根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压包括：将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压。如果在对所述检测电压进行采样的过程中出现异常，使得采样结果偏大，且大于所述最大误差偏置电压，可以直接将所述最大误差偏置电压作为所述偏置电压的检测值，采用该方案可以进一步地在异常情况下，保证PFC设备的电流检测的准确性。
进一步而言，所述PFC设备还可以包括：电感和整流单元；其中，所述电感与所述至少一个主开关以及所述整流单元直接或者间接地耦接，所述待测电流为流经所述电感上的电感电流，使得本发明实施例的电流检测方法适用的PFC设备十分广泛，具有普适性。
进一步而言，本发明实施例的转换单元在PFC设备中的位置配置方式多样，具体地，可以设置于以下位置中的一种：所述电感的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感的第二端和所述至少一个主开关的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中，使得本发明实施例的方案易于实施，且具有普适性。
附图说明
图1是现有技术中的一种PFC设备中的检测电压的波形示意图。
图2是现有技术中的一种电流检测放大器的电路结构示意图。
图3是一种当偏置电压过高时检测得到的检测电压的波形示意图。
图4是一种当偏置电压过低时检测得到的检测电压的波形示意图。
图5是本发明实施例一种PFC设备的电路结构示意图。
图6是本发明实施例一种PFC设备的电路图。
图7是本发明实施例一种PFC设备的电流检测方法的流程图。
图8是本发明实施例另一种PFC设备的电流检测方法的流程图。
图9是本发明实施例一种PFC设备中的检测电压的波形示意图。
图10是本发明实施例PFC设备在一个预设时间周期内的电流检测方法的流程图。
图11是本发明实施例一种PFC设备的结构示意图。
图12是本发明实施例另一种PFC设备的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术部分所述，由于现有技术中的PFC设备在利用偏置电压计算其内部的待测电流时，采用了产生所述偏置电压的恒压源的标称电压值进行最终对所述待测电流的核算，当诸如仪器老化、热效应等客观因素作用于恒压源时，偏置电压的实际值与其标称值不符会严重影响PFC设备的电流检测精度。
本申请发明人对现有技术中的PFC设备中的电流检测方法进行了分析。
首先，本申请发明人发现，正如图3和图4分别示出的，当偏置电压Voffset过高，也即所述偏置电压Voffset的实际值高于其标称值时，PFC设备中检测得到的待测电流Isense具有畸变(distortion)；同样地，当偏置电压Voffset过低，也即所述偏置电压Voffset的实际值低于其标称值时，PFC设备中检测得到的待测电流Isense也是存在畸变的。该畸变直接表现为所述待测电流Isense具有较高的电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion，简称THD)，引起了所述待测电流Isense的检测结果具有误差，降低了检测精度。进一步而言，这将直接影响PFC设备的功率因数的准确度。
其次，本申请发明人还发现，在PFC设备的最小负载和最大负载之间，所述偏置电压是存在明显的浮动。而且，虽然在生成所述偏置电压的过程中可以对其进行校准，但是，对于一个装配完成的PFC设备而言，校准过程十分不便。校准也无法消除仪器老化因素和偏置电压随PFC设备的负载情况不同变化的情况。
因此，偏置电压的精度十分关键，将影响PFC设备中的电流检测精度。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种PFC设备的电流检测方法，通过将对偏置电压进行采样得到的检测值用于计算待测电流，可以避免产生所述偏置电压的恒压源的老化、热效应等因素导致其实际输出的电压值与其标称电压值不符时，对所述待测电流检测精度的影响。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图5是本发明实施例一种PFC设备的电路结构示意图。
参见图5所示，本发明实施例的PFC设备200可以包括：至少一个主开关、转换单元201和电压检测单元202。本实施例中的主开关指的是开关晶体管或者其他开关器件，通过频繁地开闭以控制PFC设备中的交流输入电流的大小。本领域技术人员应该了解的是，在PFC设备中，主开关(或称功率开关)的数量是非限定的，因此，图5示出的PFC设备200仅以包括一个主开关为例，但不限于此，以下也仅以主开关Q1代表所述至少一个主开关进行说明。
其中，所述转换单元201适于将所述PFC设备200中的待测电流(图未示)转换为待测(Under Test)电压Vut，以转换信号的检测方式。所述电压检测单元202接收所述待测电压Vut和偏置电压Voffset，所述电压检测单元202适于利用所述偏置电压Voffset对所述待测电压Vut进行检测，以输出检测电压Vsense。在具体实施中，所述偏置电压Voffset可以由恒压源(图未示)产生。
在本实施例中，所述PFC设备200采用单电源供电，所述偏置电压Voffset的引入，可以令所述待测电压Vut在原电压基准的基础上产生大小等于所述偏置电压Voffset的偏移，以防止所述电压检测单元202输出的检测电压Vsense失真。所述电压检测单元202可以对所述待测电压Vut进行电压放大。
所述PFC设备200适于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的开关控制信号(对应于主开关Q1，用SW表示)。具体地，所述PFC设备可以包括数字信号控制器(Digital Signal Controller，简称DSC)，所述DSC适于在ADC采样后，将所述偏置电压Voffset从所述ADC输出的数据采集结果中减去，再以此为依据计算所述待测电流，并根据所述待测电流的大小确定控制所述至少一个主开关(也即主开关Q1)变更开关状态的时机，并体现于开关控制信号SW中，使得所述PFC设备200的交流输入电流跟随其交流输入电压的正弦波形，以实现对输入至所述PFC设备200的交流输入信号AC的功率因数校正。
进一步地，所述PFC设备200还可以包括：电感L1和整流单元203；其中，所述电感L1为储能电感，所述电感L1与所述至少一个主开关(也即主开关Q1)以及所述整流单元203直接或者间接地耦接；所述待测电流可以为流经所述电感L1上的电感电流(图未示)。所述PFC设备200还可以包括：续流二极管D1和电容C1。以所述交流输入信号AC的正半周为例，所述整流单元203适于对交流输入信号AC进行整流，整流后输出的信号可以传输至电感L1，所述开关控制信号SW控制主开关Q1导通，经由所述转换单元201、所述整流单元203形成电回路，其中，电感L1储能，电感电流陡增。当检测到所述电感电流的大小上升至超过功率因数校正的要求时，所述开关控制信号SW控制主开关Q1关断，所述电感电流经由所述续流二极管D1传输至电容C1和负载电阻RL，在负载电阻RL的消耗下，电感电流下降。当检测到所述电感电流的大小下降至低于功率因数校正的要求时，所述开关控制信号SW控制主开关Q1导通，并重复上述过程。同理，在所述交流输入信号AC的负半周时具有类似的工作机理。
图6示出了本发明实施例的一种PFC设备的电路图。
一并参见图5和图6，本发明实施例中的整流单元203可以包括整流桥(图中未标示)，所述整流桥包括第一桥臂(参见第二二极管D2)、第二桥臂(参见第三二极管D3)、第三桥臂(参见第四二极管D4)和第四桥臂(参见第五二极管D5)，所述第一至第四桥臂首位顺次耦接，其中，所述第二二极管D2的正极耦接所述第四二极管D4的负极和所述整流桥的第一输入端，所述第三二极管D3的正极耦接所述第五二极管D5的负极和所述整流桥的第二输入端，所述第二二极管D2的负极耦接所述第三二极管D3的负极和所述整流桥的第一输出端，所述第四二极管D4的正极耦接所述第五二极管D5的正极和所述整流桥的第二输出端。所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入所述交流输入信号AC，所述整流桥配置为对所述交流输入信号AC进行整流。
其中，所述电感L1的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感L1的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第一端(例如源极)，所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第二端(例如漏极)直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端。
进一步而言，本发明实施例的转换单元201在PFC设备200中的位置配置方式多样，使得本发明实施例方案易于实施，且具有普适性。
具体地，可以设置于以下位置中的一种：所述电感L1的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感L1的第二端和所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第二端之间，使得所述待测电流即为所述电感电流，对应的所述检测电压Vsense的波形为全波整流波形。
此外，所述转换单元201还可以设置于所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中，尽管此时检测得到的所述检测电压Vsense的波形为半波整流波形，但是，PFC设备200中的DSC可以根据得到的半波整流波形计算得到对应的全波整流波形。
需要说明的是，所述整流桥的各个桥臂可以为二极管，也可以为具有更低的导通压降的开关晶体管，以节约设备功耗。
此外，所述整流单元203的电路结构不限于上述整流桥，只要能够实现对所述交流输入信号AC的整流，或者可以用于限制所述交流输入信号AC的信号传输方向的任何电路均可。
在具体实施中，所述转换单元201可以包括：转换电阻Rs，所述待测电流为流经所述转换电阻Rs上的电流，所述待测电压Vut为所述转换电阻Rs两端的电压。
需要说明的是，所述转换电阻Rs为等效电阻，也即所述转换电阻Rs可以为一个或者串、并联而成的多个电阻，或者还可以是任何表现为阻性的阻抗器件或者电路，本实施例不进行特殊限制。
在具体实施中，所述电压检测单元202可以包括运算放大器OP、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和反馈电阻R4。其中，所述运算放大器OP第一输入端(也即负输入端)经由所述第一电阻R1耦接所述转换电阻Rs的第一端，所述运算放大器OP的第二输入端(也即正输入端)经由所述第二电阻R2耦接所述转换电阻Rs的第二端，所述运算放大器OP的第二输入端经由所述第三电阻R3接地GND，所述第三电阻R3的两端配置为接收所述偏置电压Voffset，所述运算放大器OP的第一输入端经由所述反馈电阻R4耦接所述运算放大器OP的输出端，所述运算放大器OP的输出端输出所述检测电压Vsense。其中，所述偏置电压Voffset可以由恒压源204提供，具体地，所述恒压源204的正输出端可以经由第五电阻R5耦接至所述运算放大器OP的第二输入端，所述恒压源204的负输出端接地。
其中，所述电压检测单元202形成了带偏置的反向比例放大电路，假设其增益为G，则所述检测电压Vsense的幅度等于所述待测电压Vut乘以G，再加上所述偏置电压Voffset。
需要说明的是，图6所示的带偏置的反向比例放大电路仅为示例，但并不以此为限，电压检测单元202还可以为其他任何能够利用所述偏置电压Voffset对所述待测电压Vut进行检测的电路，本实施例不一一进行举例。
还需要说明的是，本实施例方案适用于任何类型的PFC设备，具有普适性。例如，所述PFC设备可以是图5和图6示出的PFC设备，还可以是图腾柱(Totem Pole)式的PFC设备，本实施例不进行一一举例。
图7是本发明实施例一种PFC设备的电流检测方法的流程图。
一并参见图5至图7，本发明实施例PFC设备200的电流检测方法可以包括以下步骤：
步骤S101，对所述检测电压Vsense进行采样；
步骤S102，根据采样结果确定所述偏置电压Voffset的检测值；
步骤S103，根据所述检测电压Vsense与所述偏置电压Voffset的检测值之间的差值计算所述待测电流。
由于本实施例方案中用于计算所述待测电流采用的不是偏置电压Voffset的标称值，而是其检测值，是经过实际采样得到的，因此，当产生所述偏置电压Voffset的仪器，如恒压源，由于器件老化或者温漂等因素影响，或PFC设备的负载电阻RL变化，所述偏置电压Voffset发生波动时，也可以根据采样结果对所述偏置电压Voffset的检测值进行调整，可以有效地提高PFC设备的电流检测精度。进一步地，相比于现有技术方案，本发明实施例无需进行PFC设备的校准，更加易于实施。
图8是本发明实施例另一种PFC设备的电流检测方法的流程图。
一并参见图5至图9，图8示出的所述PFC设备200的电流检测方法可以包括以下步骤：
步骤S201，对所述检测电压Vsense进行采样；
步骤S2021，在每一预设时间周期Tx内，根据采样得到的多个采样电压S1、S2、S3至Sn确定最小采样电压Smin，所述最小采样电压Smin为所述多个采样电压中S1、S2、S3至Sn的最小值；
步骤S2022，将所述最小采样电压Smin确定为所述偏置电压Voffset的检测值；
步骤S203，根据所述检测电压Vsense与所述偏置电压Voffset的检测值之间的差值计算所述待测电流。
在具体实施中，所述步骤S102可以包括所述步骤S2021和步骤S2022。由于所述检测电压Vsense是基于所述偏置电压Voffset进行的偏移，因此，所述最小采样电压Smin即等于所述偏置电压Voffset。所述最小采样电压Smin是对所述检测电压Vsense按预设的采样率采样得到的多个采样电压S1、S2、S3至Sn求最小值得到的。可以设置定时器(Timer)，在开始对所述检测电压Vsense进行采样时开始计时，计时至所述预设时间周期Tx为止并重新开始计时，同时更新所述偏置电压Voffset的检测值。
在具体实施中，所述预设时间周期Tx可以是根据对所述检测电压Vsense进行采样的采样率和输入至所述PFC设备200的交流输入信号AC的频率确定的。如果所述采样率远大于所述交流输入信号AC的频率，例如，所述交流输入信号AC的频率为50Hz，所述采样率为250kSps，那么所述预设时间周期Tx可以较小，例如1至2s。反之，若所述采样率较低，则需设置所述预设时间周期Tx较大。
由于用于计算所述待测电流的偏置电压Voffset的检测值每经过所述预设时间周期Tx即被更新，因此，对所述偏置电压Voffset的变化情况的实时监测，更加有利于提高PFC设备200的电流检测精度。
关于图8所示的各个步骤的相关信息请参见前文对图7所示的电流检测方法的相关描述，此处不再赘述。
图10是本发明实施例PFC设备在一个预设时间周期内的电流检测方法的流程图。
一并参见图5、图8、图9和图10，图10示出的所述PFC设备200的电流检测方法可以包括以下步骤：
步骤S301，复位定时器，设定时器的定时时间为T1；
步骤S302，将最小采样电压Smin初始化为最大误差偏置电压，其中，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压Voffset在预设误差范围内的最大值；
步骤S303，对所述检测电压Vsense进行采样，以获取采样电压Sx，x为正整数；
步骤S304，判断所述采样电压Sx是否大于所述最小采样电压Smin；若否，则执行步骤S305，若是，则执行步骤S306；
步骤S305，将所述采样电压Sx赋值给所述最小采样电压Smin；
步骤S306，判断所述定时器的定时时间T1是否大于预设时间周期Tx，若否，重复执行上述步骤S303至步骤S305，若是，则依次执行步骤S307和S308；
步骤S307，将所述最小采样电压Smin确定为所述偏置电压Voffset的检测值；
步骤S308，根据所述检测电压Vsense与所述偏置电压Voffset的检测值之间的差值计算所述待测电流。
在本实施例中，对所述预设时间周期Tx的监控是通过计时器进行实施的。图8所示的步骤S2021中的根据采样得到的多个采样电压S1、S2、S3至Sn确定最小采样电压Smin可以包括图10所示的步骤S303至S306，也即对所述检测电压Vsense重复采样得到多个采样电压S1、S2、S3至Sn，在所述预设时间周期Tx结束之前，将所述多个采样电压S1、S2、S3至Sn与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压S1、S2、S3至Sn与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压Smin。在所述预设时间周期Tx结束时，将所述最小采样电压Smin确定为所述偏置电压Voffset的检测值，使得所述偏置电压Voffset的检测值根据所述最小采样电压Smin更新，并计算所述待测电流。
需要说明的是，所述最大误差偏置电压是预先确定的，为所述偏置电压Voffset在预设误差范围内的最大值，可以根据产生所述偏置电压Voffset的仪器的精度进行确定。一般而言，在对所述采样电压Sx和所述最大误差偏置电压比较时，所述采样电压Sx是小于所述最大误差偏置电压的。然而，如果在对所述检测电压Vsense进行采样的过程中出现异常，使得所述采样电压Sx的采样结果偏大，且大于所述最大误差偏置电压，则不符合实际情况，这时，直接将所述最大误差偏置电压作为“最小值”赋值给所述最小采样电压Smin，并将其确定为最终的偏置电压Voffset的检测值，是在最低的标准下，保证了计算所述待测电流的准确性。
此外，图10所示的流程图是针对一个预设时间周期Tx内的电流检测的，在实际实施中，会不断重复上述流程，也即当所述定时器的定时时间T1指示所述预设时间周期Tx结束时，将所述最小采样电压Smin复位为所述最大误差偏置电压，并复位所述计时器。
关于图10所示的各个步骤的相关信息请参见前文对图7和图8所示的电流检测方法的相关描述，此处不再赘述。
本发明实施例还公开了一种PFC设备及其电流检测装置，其结构示意图可以参见图11。
如图11所示，PFC设备400可以包括：至少一个主开关、转换单元201、电压检测单元202和所述PFC设备400的电流检测装置300。图11示出的PFC设备400仅以包括一个主开关为例，但不限于此。以下也仅以主开关Q1代表所述至少一个主开关进行说明。
其中，所述电压采样模块301适于对所述检测电压Vsense进行采样。所述转换单元201适于将所述PFC设备400中的待测电流(图未示)转换为待测(Under Test)电压Vut，以转换信号的检测方式。所述电压检测单元202接收所述待测电压Vut和偏置电压Voffset，所述电压检测单元202适于利用所述偏置电压Voffset对所述待测电压Vut进行检测，以输出检测电压Vsense。
所述电流检测装置300可以包括电压采样模块301、偏置电压确定模块302和电流计算模块302。
所述偏置电压确定模块302适于根据采样结果确定所述偏置电压Voffset的检测值。所述电流计算模块303适于根据所述检测电压Vsense与所述偏置电压Voffset的检测值之间的差值计算所述待测电流。
由于本实施例方案中用于计算所述待测电流采用的不是偏置电压Voffset的标称值，而是其检测值，是经过实际采样得到的，因此，当产生所述偏置电压Voffset的仪器，如恒压源，由于器件老化或者温漂等因素影响，或PFC设备的负载电阻RL变化，所述偏置电压Voffset发生波动时，也可以根据采样结果对所述偏置电压Voffset的检测值进行调整，可以有效地提高所述PFC设备400的电流检测精度。
本发明实施例还公开了一种PFC设备及其电流检测装置，其结构示意图可以参见图12。
一并参见图9、图11和图12，PFC设备600可以包括：至少一个主开关、转换单元201、电压检测单元202和所述PFC设备600的电流检测装置500。其中，关于所述至少一个主开关、转换单元201和电压检测单元202的相关信息可以参见前文的相关描述，此处不再赘述。
所述电流检测装置500可以包括电压采样模块301、偏置电压确定模块302和电流计算模块302。
进一步地，所述偏置电压确定模块302可以包括最小采样电压确定子模块3021和偏置电压确定子模块3022。
其中，所述最小采样电压确定子模块3021适于在每一预设时间周期Tx内，根据采样得到的多个采样电压S1、S2、S3至Sn确定最小采样电压Smin，所述最小采样电压Smin为所述多个采样电压S1、S2、S3至Sn中的最小值；所述偏置电压确定子模块3022适于将所述最小采样电压Smin确定为所述偏置电压Voffset的检测值。
由于所述检测电压Vsense是基于所述偏置电压Voffset进行的偏移，因此，所述最小采样电压Smin即等于所述偏置电压Voffset。
进一步而言，由于用于计算所述待测电流的偏置电压Voffset的检测值每经过所述预设时间周期Tx即被更新，因此，对所述偏置电压Voffset的变化情况的实时监测，更加有利于提高PFC设备600的电流检测精度。
更进一步而言，在具体实施中，所述电流检测装置300还可以包括：初始化模块304，所述初始化模块304适于在所述电压采样模块301对所述检测电压Vsense进行采样之前，将所述最小采样电压Smin初始化为最大误差偏置电压，其中，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压Voffset在预设误差范围内的最大值。
所述最小采样电压确定子模块3021可以包括电压比较子模块(图未示)，所述电压比较子模块耦接所述初始化模块304，适于将所述多个采样电压S1、S2、S3至Sn与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压S1、S2、S3至Sn与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压Smin。
在具体实施中，所述电流检测装置500还可以包括：电压复位模块305，所述电压复位模块305耦接所述初始化模块304，适于当所述预设时间周期Tx结束时，将所述最小采样电压Smin复位为所述最大误差偏置电压。
在本实施例中，对所述预设时间周期Tx的监控可以是通过计时器实施的。需要说明的是，所述最大误差偏置电压是预先确定的，可以根据产生所述偏置电压Voffset的仪器的精度进行确定。一般而言，所述采样电压Sx(x为正整数)是小于所述最大误差偏置电压的。然而，如果所述电压采样模块301在对所述检测电压Vsense进行采样的过程中出现异常，使得所述采样电压Sx的采样结果大于所述最大误差偏置电压，则不符合实际情况，这时，直接将所述最大误差偏置电压确定为最终的偏置电压Voffset的检测值，可以在最低的标准下保证计算所述待测电流的准确性。
在本实施例中，所述预设时间周期Tx是根据所述电压采样模块301对所述检测电压Vsense进行采样的采样率和输入至所述PFC设备600的交流输入信号AC的频率进行确定的。如果所述采样率远大于所述交流输入信号AC的频率，例如，所述交流输入信号AC的频率为50Hz，所述采样率为250kSps，那么所述预设时间周期Tx可以较小。反之，若所述采样率较低，则需设置所述预设时间周期Tx较大。
本实施例中的所述PFC设备600还可以包括：电感L1和整流单元203；其中，所述电感L1为储能电感，所述电感L1与所述至少一个主开关(也即主开关Q1)以及所述整流单元203直接或者间接地耦接；所述待测电流可以为流经所述电感L1上的电感电流(图未示)。所述PFC设备600还可以包括：续流二极管D1和电容C1。
在具体实施中，所述整流单元203包括整流桥(图中未标示)，所述整流桥包括第一桥臂(参见第二二极管D2)、第二桥臂(参见第三二极管D3)、第三桥臂(参见第四二极管D4)和第四桥臂(参见第五二极管D5)。其中，所述第二二极管D2的正极耦接所述第四二极管D4的负极和所述整流桥的第一输入端，所述第三二极管D3的正极耦接所述第五二极管D5的负极和所述整流桥的第二输入端，所述第二二极管D2的负极耦接所述第三二极管D3的负极和所述整流桥的第一输出端，所述第四二极管D4的正极耦接所述第五二极管D5的正极和所述整流桥的第二输出端。所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入所述交流输入信号AC，所述整流桥配置为对所述交流输入信号AC进行整流。
其中，所述电感L1的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感L1的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第一端(例如源极)，所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第二端(例如漏极)直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端。
在具体实施中，所述转换单元201可以设置于以下位置中的一种：所述电感L1的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感L1的第二端和所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关(也即主开关Q1)的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中。
进一步而言，所述转换单元201在PFC设备600中的位置配置方式多样，使得本发明方案易于实施，且具有普适性。
在具体实施中，所述转换单元201可以包括：转换电阻Rs，所述待测电流为流经所述转换电阻Rs上的电流，所述待测电压Vut为所述转换电阻Rs两端的电压。
在具体实施中，所述电压检测单元202可以包括运算放大器OP、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和反馈电阻R4。其中，所述运算放大器OP第一输入端(也即负输入端)经由所述第一电阻R1耦接所述转换电阻Rs的第一端，所述运算放大器OP的第二输入端(也即正输入端)经由所述第二电阻R2耦接所述转换电阻Rs的第二端，所述运算放大器OP的第二输入端经由所述第三电阻R3接地GND，所述第三电阻R3的两端配置为接收所述偏置电压Voffset，所述运算放大器OP的第一输入端经由所述反馈电阻R4耦接所述运算放大器OP的输出端，所述运算放大器OP的输出端输出所述检测电压Vsense。其中，所述偏置电压Voffset可以由恒压源204提供，具体地，所述恒压源204的正输出端可以经由第五电阻R5耦接至所述运算放大器OP的第二输入端，所述恒压源204的负输出端接地。
关于所述PFC设备的电流检测装置的相关信息，请参见前文对所述PFC设备的电流检测方法的具体描述，此处不再一一赘述。
需要说明的是，本实施例方案适用于任何类型的PFC设备，具有普适性。例如，所述PFC设备可以是图11和图12示出的PFC设备，还可以是图腾柱(Totem Pole)式的PFC设备，本实施例不进行一一举例。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤，以及对应的装置的全部或部分模块可以通过相关的硬件完成。例如，本实施例中的电流检测装置300或500可以承载于芯片，进一步而言，可以为所述DSC或数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、微控制器(Micro Controller Unit，简称MCU)等控制芯片，本实施例不进行特殊限制。
其中，所述电压采样模块301可以是包括模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，简称ADC)的电路、设备或者仪器，以实现对所述检测电压Vsense的采样。所述电压采样模块301可以内部集成于或外接于上述控制芯片。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种PFC设备的电流检测方法，所述PFC设备包括：至少一个主开关；转换单元，适用于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适用于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号；电压检测单元，接收所述待测电压和偏置电压，适用于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压；其特征在于，所述电流检测方法包括：
对所述检测电压进行采样；
根据采样结果确定所述偏置电压的检测值；
根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。
2.根据权利要求1所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据采样结果确定所述偏置电压的检测值包括：
在每一预设时间周期内，根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压，所述最小采样电压为所述多个采样电压中的最小值；
将所述最小采样电压确定为所述偏置电压的检测值。
3.根据权利要求2所述的电流检测方法，其特征在于，
在所述对所述检测电压进行采样之前，还包括：将所述最小采样电压初始化为最大误差偏置电压，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压在预设误差范围内的最大值；
所述根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压包括：将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压。
4.根据权利要求3所述的电流检测方法，其特征在于，还包括：
当所述预设时间周期结束时，将所述最小采样电压复位为所述最大误差偏置电压。
5.根据权利要求2所述的电流检测方法，其特征在于，所述预设时间周期是根据对所述检测电压进行采样的采样率和输入至所述PFC设备的交流输入信号的频率确定的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电流检测方法，其特征在于，所述PFC设备还包括：电感和整流单元；其中，
所述电感与所述至少一个主开关以及所述整流单元直接或者间接地耦接，所述待测电流为流经所述电感上的电感电流。
7.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述整流单元包括整流桥，所述整流桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入交流输入信号，所述整流桥配置为对所述交流输入信号进行整流；
其中，所述电感的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关的第一端，所述至少一个主开关的第二端直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端；
所述转换单元设置于以下位置中的一种：所述电感的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感的第二端和所述至少一个主开关的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中。
8.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述转换单元包括：转换电阻，所述待测电流为流经所述转换电阻上的电流，所述待测电压为所述转换电阻两端的电压。
9.根据权利要求8所述的电流检测方法，其特征在于，所述电压检测单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和反馈电阻；
其中，所述运算放大器第一输入端经由所述第一电阻耦接所述转换电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第二电阻耦接所述转换电阻的第二端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第三电阻接地，所述第三电阻的两端配置为接收所述偏置电压，所述运算放大器的第一输入端经由所述反馈电阻耦接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端输出所述检测电压。
10.一种PFC设备的电流检测装置，所述PFC设备包括：至少一个主开关；转换单元，适用于将所述PFC设备中的待测电流转换为待测电压，所述PFC设备适用于根据所述待测电流生成控制所述至少一个主开关的开关控制信号；电压检测单元，接收所述待测电压和偏置电压，适用于利用所述偏置电压对所述待测电压进行检测，以输出检测电压；其特征在于，所述电流检测装置包括：
电压采样模块，适用于对所述检测电压进行采样；
偏置电压确定模块，适用于根据采样结果确定所述偏置电压的检测值；
电流计算模块，适用于根据所述检测电压与所述偏置电压的检测值之间的差值计算所述待测电流。
11.根据权利要求10所述的电流检测装置，其特征在于，所述偏置电压确定模块包括：
最小采样电压确定子模块，适用于在每一预设时间周期内，根据采样得到的多个采样电压确定最小采样电压，所述最小采样电压为所述多个采样电压中的最小值；
偏置电压确定子模块，适用于将所述最小采样电压确定为所述偏置电压的检测值。
12.根据权利要求11所述的电流检测装置，其特征在于，还包括：
初始化模块，适用于在所述电压采样模块对所述检测电压进行采样之前，将所述最小采样电压初始化为最大误差偏置电压，所述最大误差偏置电压为所述偏置电压在预设误差范围内的最大值；
所述最小采样电压确定子模块包括：电压比较子模块，耦接所述初始化模块，适用于将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压进行比较，将所述多个采样电压与所述最大误差偏置电压中的最小值确定为所述最小采样电压。
13.根据权利要求12所述的电流检测装置，其特征在于，还包括：
电压复位模块，耦接所述初始化模块，适用于当所述预设时间周期结束时，将所述最小采样电压复位为所述最大误差偏置电压。
14.根据权利要求11所述的电流检测装置，其特征在于，所述预设时间周期是根据所述电压采样模块对所述检测电压进行采样的采样率和输入至所述PFC设备的交流输入信号的频率进行确定的。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的电流检测装置，其特征在于，所述PFC设备还包括：电感和整流单元；其中，
所述电感与所述至少一个主开关以及所述整流单元直接或者间接地耦接，所述待测电流为流经所述电感上的电感电流。
16.根据权利要求15所述的电流检测装置，其特征在于，所述整流单元包括整流桥，所述整流桥包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂和第四桥臂，所述整流桥的第一输入端和第二输入端之间接入交流输入信号，所述整流桥配置为对所述交流输入信号进行整流；
其中，所述电感的第一端直接或者间接地耦接所述整流桥的第一输出端，所述电感的第二端直接或者间接地耦接所述至少一个主开关的第一端，所述至少一个主开关的第二端直接或者间接地耦接所述整流桥的第二输出端；
所述转换单元设置于以下位置中的一种：所述电感的第一端和所述整流桥的第一输出端之间，所述电感的第二端和所述至少一个主开关的第一端之间，所述整流桥的第二输出端和所述至少一个主开关的第二端之间，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂或第四桥臂中。
17.根据权利要求15所述的电流检测装置，其特征在于，所述转换单元包括：转换电阻，所述待测电流为流经所述转换电阻上的电流，所述待测电压为所述转换电阻两端的电压。
18.根据权利要求17所述的电流检测装置，其特征在于，所述电压检测单元包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和反馈电阻；
其中，所述运算放大器第一输入端经由所述第一电阻耦接所述转换电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第二电阻耦接所述转换电阻的第二端，所述运算放大器的第二输入端经由所述第三电阻接地，所述第三电阻的两端配置为接收所述偏置电压，所述运算放大器的第一输入端经由所述反馈电阻耦接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端输出所述检测电压。
19.一种PFC设备，其特征在于，包括所述至少一个主开关、转换单元、电压检测单元和权利要求10至18中任一项所述的电流检测装置。
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