電流過零檢測裝置、信號獲取電路及電路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電流過零檢測裝置、過零電流信號獲取電路以及圖騰柱無橋電路系統(tǒng)，電流過零檢測裝置包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；原邊繞組與被檢測電路連接；副邊繞組的兩端分別與第一、第二采樣開關(guān)管的漏極連接；第一、第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；采樣電阻的兩端分別與第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；比較器的負(fù)輸入端與第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連；第一、第二采樣開關(guān)管處于閉合或斷開的狀態(tài)。電流過零檢測裝置、過零電流信號獲取電路以及圖騰柱無橋電路系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)圖騰柱無橋電路系統(tǒng)時序控制。
【專利說明】電流過零檢測裝置、信號獲取電路及電路系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電流過零檢測裝置、過零電流信號獲取電路以及圖騰柱無橋電路系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]單向中功率PFC (Power Factor Correct1n)整流技術(shù)的研究正朝著高效率、高功率密度的趨勢發(fā)展，圖騰柱無橋PFC拓?fù)浼词琼槕?yīng)這種趨勢而被提出的，如圖1所示。在圖騰柱無橋升壓變換電路系統(tǒng)中:第一橋臂單元、第二橋臂單元和電容Co之間相互并聯(lián)連接，且連接的一端接地；第一橋臂單元中有兩個同向串聯(lián)的工頻開關(guān)管SI和S2 ;第二橋臂單元中有兩個同向串聯(lián)的開關(guān)管S3和S4 ;在兩個二極管的連接點與兩個開關(guān)管的連接點之間連接有交流電源Vin和電感L。
[0003]在上述的圖騰柱無橋PFC電路系統(tǒng)中，由于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本身的限制，圖騰柱PFC不能像雙向開關(guān)無橋PFC —樣,利用快恢復(fù)二極管的特性來改善EMI (Electro MagneticInterference),同時CCM (Continous Conduct1n Mode)模式的硬開關(guān)特性使其并不能滿足業(yè)界日益增長的高效率的需求，因此本文介紹的圖騰柱無橋PFC控制策略是基于TCM(triangular current mode)模式的,根據(jù)圖騰柱簡約的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),若控制其在TCM模式下實現(xiàn)全輸入電壓、全負(fù)載范圍內(nèi)的零電壓開通(zero voltage switching,ZVS)特性或谷底開通(valley switching, VS)特性，可以同時滿足高功率密度、高效率的要求。
[0004]然而，在上述控制策略進行實踐和研究的過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):在現(xiàn)有的圖騰柱變換電路系統(tǒng)中，基于以上控制思路，需要及時準(zhǔn)確地檢測PFC的電感電流過零點信號，用于實現(xiàn)工頻開關(guān)管S1、S2和高頻開關(guān)管S3、S4的時序控制，從而實現(xiàn)TCM模式下全輸入電壓、全負(fù)載范圍內(nèi)的ZVS或VS控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電流過零檢測裝置、過零電流信號獲取電路以及圖騰柱無橋電路系統(tǒng)，以解決圖騰柱無橋電路系統(tǒng)時序控制困難的技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電流過零檢測裝置，該裝置包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中:
[0007]所述原邊繞組與被檢測電路連接；
[0008]所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接；
[0009]所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；
[0010]所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；
[0011]所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連；
[0012]所述第一、第二采樣開關(guān)管處于閉合或斷開的狀態(tài)。
[0013]進一步地，所述裝置還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
[0014]進一步地，所述采樣開關(guān)管為絕緣柵型場效應(yīng)管(Mosfet)，或絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)，或雙極型晶體管(BJT)。
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種電流過零點信號獲取電路，該電路包括:
[0016]第一電流過零檢測單元，位于第一電路分支，用于在交流輸入電壓處于正半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，得到第一電路分支的電流過零點信號；
[0017]第二電流過零檢測單元，位于第二電路分支，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，并得到第二電路分支的電流過零點信號；
[0018]所述信號處理電路，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元采集的電流過零點信號。
[0019]進一步地，所述第一、第二電流過零檢測單元結(jié)構(gòu)相同，包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中:
[0020]所述原邊繞組與被檢測電路連接；
[0021]所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接；
[0022]所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；
[0023]所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；
[0024]所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連；
[0025]進一步地，所述信號處理電路第一與門、第二與門以及或門，所述第一與門的輸入端與所述第一電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門的輸入端與所述第二電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門的輸入端與所述第一與門與第二與門的輸出端相連。
[0026]進一步地，所述第一、第二電流過零檢測單元還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
[0027]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種圖騰柱無橋電路系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:并聯(lián)連接于第一并聯(lián)連接點和第二并聯(lián)連接點之間的第一橋臂單元和第二橋臂單元，所述第一橋臂單元中包括同向串聯(lián)的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管；所述第二橋臂單元中包括同向串聯(lián)的第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；在所述第一、第二開關(guān)管間的第一連接點與所述第三、第四開關(guān)管間的第二連接點之間連接有電源和電感，所述第二橋臂單元還包括:
[0028]第一電流過零檢測單元、第二電流過零檢測單元和信號處理電路，其中第一電流過零檢測單元與所述第三開關(guān)管串聯(lián)于所述第一并聯(lián)連接點和第二連接點之間；第二電流過零檢測單元與所述第四開關(guān)管串聯(lián)于第二并聯(lián)連接點和第二連接點之間；信號處理電路連接第一電流過零檢測單元和第二電流過零檢測單元；
[0029]第一電流過零檢測單元，用于在交流輸入電壓處于正半周且所述第三開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第三開關(guān)管電流，并得到其電流過零點信號；
[0030]第二電流過零檢測單元，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周且所述第四開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第四開關(guān)管電流，并得到其電流過零點信號；
[0031 ] 所述信號處理電路，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；
[0032]開關(guān)控制單元，與所述信號處理電路以及第三、第四開關(guān)管連接，用于根據(jù)所述信號處理電路輸出的信號控制所述第三、第四開關(guān)管的閉合或斷開。
[0033]進一步地，所述第一、第二電流過零檢測單元結(jié)構(gòu)相同，包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中:
[0034]所述原邊繞組與被檢測電路連接；
[0035]所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接；
[0036]所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；
[0037]所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；
[0038]所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連。
[0039]進一步地，所述信號處理電路第一與門、第二與門以及或門，所述第一與門的輸入端與所述第一電流過零檢測單元的輸出端以及所述開關(guān)控制單元輸出的代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門的輸入端與所述第二電流過零檢測單元的輸出端以及所述開關(guān)控制單元輸出的代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門的輸入端與所述第一與門與第二與門的輸出端相連。
[0040]進一步地，所述第一、第二電流過零檢測單元還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
[0041]本發(fā)明電流過零檢測裝置、過零電流信號獲取電路以及圖騰柱無橋電路系統(tǒng)，通過采集電流過零信號來控制開關(guān)管的斷開和閉合，可實現(xiàn)TCM模式下全輸入電壓、全負(fù)載范圍內(nèi)的ZVS或VS控制，提高圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0043]圖2是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的電流過零檢測系統(tǒng)的電路圖；
[0045]圖4是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的電流過零檢測單元工作于交流正半周的電路圖；
[0046]圖5是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的電流過零檢測單元工作于交流負(fù)半軸的電路圖；
[0047]圖6是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的電流過零檢測單元的工作波形圖；
[0048]圖7是本發(fā)明實施例提供的圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的信號處理電路的工作波形圖。

【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0050]本發(fā)明圖騰柱無橋PFC電路系統(tǒng),結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,包括:
[0051]并聯(lián)連接于第一并聯(lián)連接點I和第二并聯(lián)連接點2之間的第一橋臂單元10和第二橋臂單元20，所述第一橋臂單元10中包括同向串聯(lián)的第一開關(guān)管110和第二開關(guān)管120 ;所述第二橋臂單元20中包括同向串聯(lián)的第三開關(guān)管211和第四開關(guān)管220 ;在所述第一、第二開關(guān)管110、120間的第一連接點4與所述第三、第四開關(guān)管211、220間的第二連接點3之間連接有電源Vin和電感L，所述第二橋臂單元20還包括:
[0052]第一、第二電流過零檢測單元210、221和信號處理電路230，其中第一電流過零檢測單元210與所述兩個開關(guān)管中的第三開關(guān)管211串聯(lián)于所述第一并聯(lián)連接點I和第二連接點3之間；第二電流過零檢測單元221與所述兩個開關(guān)管中的第四開關(guān)管220串聯(lián)于第二并聯(lián)連接點2和第二連接點3之間；信號處理電路230連接第一電流過零檢測單元210和第二電流過零檢測單元221。
[0053]所述第一電流過零檢測單元210，用于在交流輸入電壓處于正半周且所述第三開關(guān)管211的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第三開關(guān)管211的體二極管的電流，并得到其電流過零點信號，當(dāng)所述第三開關(guān)管211的體二極管截止時，釋放所述第一電流過零檢測單元210采集的能量；
[0054]所述第二電流過零檢測單元，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周時且所述第四開關(guān)管220的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第四開關(guān)管220的體二極管的電流，并得到其電流過零點信號；當(dāng)所述第四開關(guān)管220斷開時，釋放所述第二電流過零檢測單元221采集的能量;
[0055]所述信號處理電路230，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元210采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元220采集的電流過零點信號；
[0056]所述開關(guān)控制單元30，與所述第一開關(guān)管110和第二開關(guān)管120連接，用于提供兩個代表交流輸入電壓極性且上下互補的工頻信號，控制所述第一開關(guān)管110和所述第二開關(guān)管120的閉合或斷開；與所述信號處理電路230及第三開關(guān)管211和第四開關(guān)管220連接，用于根據(jù)所述信號處理電路230輸出的信號控制所述第三開關(guān)管211或所述第四開關(guān)管221的閉合或斷開。
[0057]具體地，第一電流過零檢測單元210及第二電流過零檢測單元221的電流信號輸出端與信號處理電路230的輸入端連接；且開關(guān)控制單元30的兩個控制輸出端給信號處理電路230提供兩個代表交流輸入電壓極性的工頻信號，這兩個控制輸出端也直接與第一開關(guān)管110和第二開關(guān)管220連接，另兩個控制輸出端與第三開關(guān)管211和所述第四開關(guān)管221連接，這樣當(dāng)交流輸入電壓處于正半周時，第二開關(guān)管120 —直導(dǎo)通，而第三開關(guān)管211的體二極管則在導(dǎo)通或截止時，第一電流過零檢測單元210相應(yīng)的采集電流或釋放能量，同樣負(fù)半周時第一開關(guān)管110 —直導(dǎo)通，而第四開關(guān)管220的體二極管則在導(dǎo)通或截止時，第二電流過零檢測單元221相應(yīng)的采集電流或釋放能量。
[0058]這樣，根據(jù)第一電流過零檢測單元210和第二電流過零檢測單元221的電流過零信號經(jīng)過信號處理電路230在交流輸入電壓的不同極性下進行信號選擇后，送入開關(guān)控制單元30的控制輸入端，開關(guān)控制單元30控制開關(guān)管的閉合或斷開，如交流輸入電壓工作在正半周時，開關(guān)控制單元30控制第二開關(guān)管120導(dǎo)通，同時根據(jù)信號處理電路230的選擇得到第一電流過零檢測單元210的電流過零信號，在該信號基礎(chǔ)上加以預(yù)定延遲來控制第四開關(guān)管220的開通。
[0059]具體地，預(yù)定延遲根據(jù)所選MOS管的反向恢復(fù)時間和諧振時間來設(shè)定。
[0060]第一電流過零檢測單元210與所述第二電流過零檢測單元221可以通過相同的方法來實現(xiàn)，如通過電流互感器等元器件來實現(xiàn)。這樣，當(dāng)交流輸入電源處于正半周時，閉合第二開關(guān)管120和第四開關(guān)管220、斷開第三開關(guān)管211，這時電感L、第四開關(guān)管220、第二開關(guān)極管120及第二電流過零檢測單元221構(gòu)成儲能回路，此時第二電流過零檢測單元221不采集所述第四開關(guān)管220的電流過零點信號，電流互感器的副邊繞組直接被采樣開關(guān)管短路；當(dāng)對電感L的儲能完成后，閉合第二開關(guān)管120和第三開關(guān)管211、斷開第四開關(guān)管220，這時電感L、第三開關(guān)管211、第二開關(guān)管120及第一電流過零檢測單元210構(gòu)成續(xù)流回路，釋放電感L上的能量，此時第一電流過零檢測單元210會采集所述第三開關(guān)管211的正向電流過零點信號，且第二電流過零檢測單元221中電流互感器的副邊繞組仍處于短路狀態(tài)。
[0061]當(dāng)交流輸入電源處于負(fù)半周時，閉合第一開關(guān)管110和第三開關(guān)管211、斷開第四開關(guān)管220，這是電感L、這時第三開關(guān)管211、第一開關(guān)管110、電感L及第一電流過零檢測單元210構(gòu)成儲能回路，此時第一電流過零檢測單元210不采集所述第三開關(guān)管211的電流過零點信號，其電流互感器的副邊繞組直接被采樣開關(guān)管短路；當(dāng)對電感L的儲能完成后，閉合第一開關(guān)管110和第四開關(guān)管220、斷開第三開關(guān)管211，這時第四開關(guān)管220、第一開關(guān)管110、電感L及第二電流過零檢測單元21構(gòu)成續(xù)流回路，釋放電感L上的能量，此時第二電流過零檢測單元221采集所述第四開關(guān)管220的正向電流過零點信號，且第一電流過零檢測單元210中電流互感器的副邊繞組仍處于短路狀態(tài)。
[0062]因此，在整個工頻周期內(nèi)，只需要采樣續(xù)流回路中流過開關(guān)管或開關(guān)管體二極管的正向電流過零點信號。即當(dāng)交流輸入電源處于正半周時，只需要第一電流過零檢測單元210采集所述第三開關(guān)管211的正向電流過零點信號；當(dāng)交流輸入電源處于負(fù)半周時，只需要第二電流過零檢測單元221采集所述第四開關(guān)管220的正向電流過零點信號。
[0063]從上述電路系統(tǒng)的控制原理可以看出，當(dāng)交流輸入電源處于正半周時，需要控制第一電流過零檢測單元210采樣得到第三開關(guān)管211的正向電流過零點信號，而第二電流過零檢測單元221不采樣零電流信號；同理，負(fù)半周時第二電流過零檢測單元221采樣得到第四開關(guān)管220的正向電流過零點信號，而第一電流過零檢測單元210不采樣零電流信號。
[0064]參考圖3、圖4和圖5所示，在一個具體的實施例中，第一電流過零檢測單元210和第二電流過零檢測單元221用相同的方式來實現(xiàn)。
[0065]其中第一電流過零檢測單元210包括:
[0066]電流互感器CT1，兩個采樣開關(guān)管Sll和S12、一個采樣電阻R2和一個比較器Tl，所述電流互感器CTl包括原邊繞組和副邊繞組；一個可選的復(fù)位阻抗R1，并聯(lián)在所述電流互感器CTl副邊繞組的兩端，但需要指出的是，Rl也可以不加。
[0067]兩個所述采樣開關(guān)管Sll和S12串聯(lián)后與電流互感器的副邊繞組并聯(lián)；其中第一采樣開關(guān)管Sll的漏極與副邊繞組的一端相連，第一采樣開關(guān)管Sll的源極與第二采樣開關(guān)管S12的漏極相連，第二采樣開關(guān)管S12的源極與副邊繞組的另一端相連；所述采樣電阻R2與第二采樣開關(guān)管S12的漏極與源極兩端并聯(lián)連接。
[0068]第二電流過零檢測單元221包括:
[0069]電流互感器CT2,兩個米樣開關(guān)管S21和S22、一個米樣電阻R4、和一個比較器T2,所述電流互感器CT2包括原邊繞組和副邊繞組；一個可選的復(fù)位阻抗R3，并聯(lián)在所述電流互感器CTl副邊繞組的兩端，但需要指出的是，R3也可以不加。
[0070]兩個所述采樣開關(guān)管S21和S22串聯(lián)后與電流互感器的副邊繞組并聯(lián)；其中第一采樣開關(guān)管S21的漏極與副邊繞組的一端相連，第一采樣開關(guān)管S21的源極與第二采樣開關(guān)管S22的漏極相連，第二采樣開關(guān)管S22的源極與副邊繞組的另一端相連；所述采樣電阻R4與第二采樣開關(guān)管S22的漏極與源極兩端并聯(lián)連接。
[0071]以上所述比較器Tl和和比較器T2與信號處理電路230連接，當(dāng)交流輸入電源處于正半周時，比較器Tl的輸出端為第一電流過零檢測單元210采樣的正向電流過零點信號；當(dāng)交流輸入電源處于負(fù)半周時，比較器T2的輸出端為第二電流過零檢測單元221采樣的正向電流過零點信號。
[0072]一般地，采樣開關(guān)管包括體二極管和寄生電容。其中寄生電容用于起到復(fù)位作用，以達到伏秒平衡。
[0073]所述信號處理電路230包括第一、第二與門Z1、Z2和一個或門Z3。所述第一與門Zl的輸入端與所述第一電流過零檢測單元210的輸出端以及所述開關(guān)控制單元30輸出的代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門Z2的輸入端與所述第二電流過零檢測單元221的輸出端以及所述開關(guān)控制單元30輸出的代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門Z3的輸入端與所述第一與門Zl與第二與門Z2的輸出端相連。
[0074]具體地，當(dāng)交流輸入電壓分別處于正、負(fù)半周時，開關(guān)控制單元提供兩個代表交流輸入電壓極性的工頻信號，這兩個工頻信號分別與對應(yīng)的電流過零檢測單元得到的過零信號相與后得到正負(fù)半周有效的電流過零信號，然后通過或門疊加得到全輸入電壓范圍內(nèi)的電流過零檢測信號。
[0075]本實施例中的電流過零檢測單元工作在交流輸入電壓的正半周時，如圖4 (a)、4(b)和4 (c)所示。
[0076]第三開關(guān)管的電流過零檢測單元工作原理如下:在整個交流輸入電壓的正半周，控制第三開關(guān)管對應(yīng)的采樣開關(guān)管Sll和S12關(guān)斷，第四開關(guān)管對應(yīng)的采樣開關(guān)管S21和S22導(dǎo)通。此時，當(dāng)?shù)谌_關(guān)管的體二極管導(dǎo)通時，即電流互感器CTl的原邊繞組流過如圖4(a)所示的電流時，電流互感器CTl的副邊繞組感應(yīng)出如圖所示的電流，電流互感器CTl副邊繞組，采樣電阻R2及采樣開關(guān)管Sll的體二極管組成采樣電路，即圖4(a)中實線回路，并按照圖中箭頭方向采集相連接的第三開關(guān)管上流過的電流；在第三開關(guān)管關(guān)斷期間，電流互感器CTl的激磁電感所儲存的能量，通過采樣開關(guān)管Sll的寄生電容復(fù)位，如圖4(b)所示。如CTl副邊繞組并聯(lián)有圖3所示的可選復(fù)位阻抗Rl時，激磁電感所儲存的能量，也可以同時通過Rl復(fù)位，這里不再詳細(xì)敘述。
[0077]在正半周內(nèi)，電流互感器CT2不需要采集電流，電流互感器CT2的副邊繞組直接被采樣開關(guān)管S21和S22短路，其工作狀態(tài)如圖4(c)中所示。
[0078]本實施例中的電流過零檢測單元工作在交流輸入電壓的負(fù)半周時，如圖5(a)、5(b)和5 (c)所示。
[0079]第四開關(guān)管的電流過零檢測單元工作原理如下:在整個交流輸入電壓的負(fù)半周，控制第四開關(guān)管對應(yīng)的采樣開關(guān)管S21和S22關(guān)斷，第三開關(guān)管對應(yīng)的采樣開關(guān)管Sll和S12導(dǎo)通。此時，第四開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通，即電流互感器CT2的原邊繞組流過如圖5(a)所示的電流，電流互感器CT2的副邊繞組感應(yīng)出如圖所示的電流，電流互感器CT2副邊繞組、采樣電阻R4及采樣開關(guān)管S21的體二極管組成采樣電路，即圖5(a)中實線回路，并按照圖中箭頭方向采集相連接的第四開關(guān)管上流過的電流；在第四開關(guān)管關(guān)斷期間，電流互感器CT2的激磁電感所儲存的能量，通過開關(guān)S21的寄生電容復(fù)位，如圖5(b)所示。如CT2副邊繞組并聯(lián)有圖3所示的可選復(fù)位阻抗R3時，激磁電感所儲存的能量，也可以同時通過R3復(fù)位，這里不再詳細(xì)敘述。
[0080]在負(fù)半周內(nèi)，電流互感器CTl不需要采集電流，電流互感器CTl的副邊繞組直接被采樣開關(guān)管Sll和S12短路，其工作狀態(tài)如圖5(c)中所示。
[0081]根據(jù)以上的分析可知，當(dāng)圖騰柱無橋PFC工作在TCM工作模式下，電流互感器只采樣其續(xù)流回路中開關(guān)管上流過的電流，即只采樣電感電流下降段的電流，并據(jù)此得到電流過零信號，其工作波形如圖6所示。Vcti為工頻正半周內(nèi)采樣電阻R2的電壓，Vct2為工頻負(fù)半周內(nèi)采樣電阻R4的電壓。將該電壓信號分別與比較器的參考電壓Vth進行比較，當(dāng)采樣電壓小于Vth時，比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平，從而得到電感電流下降段的過零檢測信號，該信號可用于關(guān)斷對應(yīng)的續(xù)流開關(guān)管，以及在此信號基礎(chǔ)上加以一定的延遲開通主開關(guān)管。
[0082]其中，工頻正半周內(nèi)，第三開關(guān)管為續(xù)流管，第四開關(guān)管為主開關(guān)管，工頻負(fù)半周內(nèi)，正好相反，第四開關(guān)管為續(xù)流管，第三開關(guān)管為主開關(guān)管。
[0083]信號處理電路的工作波形如圖7所示:交流輸入電壓Vin為正半周時，得到有效的零電流檢測信號Vzcdl，Vzcd2為無效的信號，相反，交流輸入電壓Vin為負(fù)半周時，得到有效的零電流檢測信號Vzcd2，而Vzcdl則為無效的信號。因此，利用開關(guān)控制單元提供代表正半周和負(fù)半周的工頻信號I VNeg，這兩個信號即用來控制第一橋臂中第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的開通或閉合，也用于分別將正負(fù)半周的無用信號屏蔽掉后，得到正負(fù)半周均有效的零電流檢測信號Vzcd。
[0084]綜上所述，本發(fā)明實施例的圖騰柱無橋PFC電路系統(tǒng)中，包括信號處理電路和開關(guān)控制單元，在第二橋臂單元中增加了兩個電流過零檢測單元，所述開關(guān)控制單元通過第一電流過零檢測單元和第二電流過零檢測單元采集的正向電流過零點信號，經(jīng)過信號處理電路處理后得到的電流過零點信號，用于分別控制第二橋臂單元中的第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的閉合或斷開。和現(xiàn)有技術(shù)中圖騰柱無橋PFC電路系統(tǒng)相比，本發(fā)明實施例的系統(tǒng)通過采樣電感電流的零點信號來控制開關(guān)管的斷開和閉合，可實現(xiàn)TCM模式下全輸入電壓、全負(fù)載范圍內(nèi)的ZVS或VS控制，有效實現(xiàn)圖騰柱無橋電路系統(tǒng)時序控制，提高圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)的效率。
[0085]本發(fā)明還提供了一種電流過零檢測裝置，如圖3所示，該裝置包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中:
[0086]所述原邊繞組與被檢測電路連接；
[0087]所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接；
[0088]所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；
[0089]所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；
[0090]所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連；
[0091]所述第一、第二采樣開關(guān)管處于閉合或斷開的狀態(tài)。
[0092]可選地，所述裝置還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
[0093]所述采樣開關(guān)管為絕緣柵型場效應(yīng)管(Mosfet)，或絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)，或雙極型晶體管(BJT)。
[0094]另外，本發(fā)明還提供了一種電流過零點信號獲取電路，該電路包括:
[0095]第一電流過零檢測單元，位于第一電路分支，用于在交流輸入電壓處于正半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，得到第一電路分支的電流過零點信號；
[0096]第二電流過零檢測單元，位于第二電路分支，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，并得到第二電路分支的電流過零點信號；
[0097]所述信號處理電路，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元采集的電流過零點信號。
[0098]所述第一、第二電流過零檢測單元結(jié)構(gòu)相同，包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中:
[0099]所述原邊繞組與被檢測電路連接；
[0100]所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接；
[0101]所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地；
[0102]所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接；
[0103]所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連；
[0104]可選地，所述信號處理電路第一與門、第二與門以及或門，所述第一與門的輸入端與所述第一電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門的輸入端與所述第二電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門的輸入端與所述第一與門與第二與門的輸出端相連。
[0105]所述第一、第二電流過零檢測單元還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
[0106]本發(fā)明電流過零檢測裝置可以采集交流電的電流過零信號，即通過電流互感器副邊繞組、兩個采樣開關(guān)管、一個采樣電阻及一個比較器組成的儲能電路，來采集電流過零信號。
[0107]以上所述，只是結(jié)合較佳的具體實施例對本發(fā)明所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的專業(yè)技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單推演或替換，均仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電流過零檢測裝置，其特征在于，該裝置包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中: 所述原邊繞組與被檢測電路連接； 所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接； 所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地； 所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接； 所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連； 所述第一、第二采樣開關(guān)管處于閉合或斷開的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述裝置還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述采樣開關(guān)管為絕緣柵型場效應(yīng)管(Mosfet)，或絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)，或雙極型晶體管(BJT)。
4.一種電流過零點信號獲取電路，其特征在于，該電路包括: 第一電流過零檢測單元，位于第一電路分支，用于在交流輸入電壓處于正半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，得到第一電路分支的電流過零點信號； 第二電流過零檢測單元，位于第二電路分支，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周時，采集流過所述第一電路分支的電流，并得到第二電路分支的電流過零點信號； 所述信號處理電路，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元采集的電流過零點信號。
5.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于:所述第一、第二電流過零檢測單元結(jié)構(gòu)相同，包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中: 所述原邊繞組與被檢測電路連接； 所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接； 所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地； 所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接； 所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連。
6.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于:所述信號處理電路第一與門、第二與門以及或門，所述第一與門的輸入端與所述第一電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門的輸入端與所述第二電流過零檢測單元的輸出端以及代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門的輸入端與所述第一與門與第二與門的輸出端相連。
7.如權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于:所述第一、第二電流過零檢測單元還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
8.一種圖騰柱無橋電路系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:并聯(lián)連接于第一并聯(lián)連接點和第二并聯(lián)連接點之間的第一橋臂單元和第二橋臂單元，所述第一橋臂單元中包括同向串聯(lián)的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管；所述第二橋臂單元中包括同向串聯(lián)的第三開關(guān)管和第四開關(guān)管；在所述第一、第二開關(guān)管間的第一連接點與所述第三、第四開關(guān)管間的第二連接點之間連接有電源和電感，所述第二橋臂單元還包括: 第一電流過零檢測單元、第二電流過零檢測單元和信號處理電路，其中第一電流過零檢測單元與所述第三開關(guān)管串聯(lián)于所述第一并聯(lián)連接點和第二連接點之間；第二電流過零檢測單元與所述第四開關(guān)管串聯(lián)于第二并聯(lián)連接點和第二連接點之間；信號處理電路連接第一電流過零檢測單元和第二電流過零檢測單元； 第一電流過零檢測單元，用于在交流輸入電壓處于正半周且所述第三開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第三開關(guān)管電流，并得到其電流過零點信號； 第二電流過零檢測單元，用于在交流輸入電壓處于負(fù)半周且所述第四開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通時，采集流過所述第四開關(guān)管電流，并得到其電流過零點信號； 所述信號處理電路，用于交流輸入電壓處于正半軸時選擇第一電流過零檢測單元采集的電流過零點信號；交流輸入電壓處于負(fù)半周時選擇第二電流過零檢測單元采集的電流過零點信號； 開關(guān)控制單元，與所述信號處理電路以及第三、第四開關(guān)管連接，用于根據(jù)所述信號處理電路輸出的信號控制所述第三、第四開關(guān)管的閉合或斷開。
9.如權(quán)利要求8所述的電路系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二電流過零檢測單元結(jié)構(gòu)相同，包括電流互感器、第一采樣開關(guān)管、第二采樣開關(guān)管、采樣電阻和比較器，所述電流互感器包括原邊繞組和副邊繞組；其中: 所述原邊繞組與被檢測電路連接； 所述副邊繞組的兩端分別與第一采樣開關(guān)管和第二采樣開關(guān)管的漏極連接； 所述第一采樣開關(guān)管的源極與第二采樣開關(guān)管的源極相連，且源極接地； 所述采樣電阻的兩端分別與所述第二采樣開關(guān)管的漏極與源極連接； 所述比較器的負(fù)輸入端與所述第二采樣開關(guān)管的漏極相連，正輸入端與參考電壓相連。
10.如權(quán)利要求8所述的電路系統(tǒng)，其特征在于:所述信號處理電路第一與門、第二與門以及或門，所述第一與門的輸入端與所述第一電流過零檢測單元的輸出端以及所述開關(guān)控制單元輸出的代表交流輸入電壓極性的第一工頻信號相連；所述第二與門的輸入端與所述第二電流過零檢測單元的輸出端以及所述開關(guān)控制單元輸出的代表交流輸入電壓極性的第二工頻信號相連；所述或門的輸入端與所述第一與門與第二與門的輸出端相連。
11.如權(quán)利要求8所述的電路系統(tǒng)，其特征在于:所述第一、第二電流過零檢測單元還包括復(fù)位阻抗，所述復(fù)位阻抗的兩端分別與所述副邊繞組的兩端連接。
【文檔編號】H02M7/217GK104237615SQ201310231150
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月9日
【發(fā)明者】王靜, 張軍明, 范杰, 周建平, 陳喜亮 申請人:中興通訊股份有限公司, 浙江大學(xué)