一种开关电源的电流检测电路的制作方法

1.本发明实施例涉及电流检测技术，尤其涉及一种开关电源的电流检测电路。


背景技术：

2.在服务器、笔记本等行业的电子产品中，需要通过开关电源对其所在的电子设备的开关管进行通断控制，为电子设备提供稳定的电能输出。若开关电源的电流过大或过小均会影响开关电源的正常工作，甚至影响电子设备的正常运行。因此，需对开关电源的电流进行可靠检测。
3.目前，现有的开关电源的电流检测电路，通常是通过检测输出电感的直流电阻两端电压来检测电流，但输出电感的直流电阻随温度变化而变化，需要对直流电阻进行温度补偿，但温度补偿的效果不佳，影响电流检测的可靠性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种开关电源的电流检测电路，以提高开关电源电流检测的可靠性。
5.本发明实施例提供了一种开关电源的电流检测电路，包括：电感、热敏电阻和直流电阻，直流电阻为电感自带的直流电阻；
6.电感的第一端接入开关电源中传输的电压，电感的第二端与直流电阻的第一端电连接，直流电阻的第二端与开关电源的输出端电连接；
7.直流电阻两端的电压与直流电阻的阻值之比为开关电源的输出电流，电感为封装结构，热敏电阻集成在封装结构。
8.从上述技术方案可以看出，本发明实施例中的热敏电阻集成在封装结构中，仅需很小的一部分区域，可以解决因热敏电阻设置在电感外部的位置问题造成的温度侦测不准，以使温度侦测更精准，温度补偿也就更精准，从而能够更好地补偿温度对电流检测的影响，提高电流检测的可靠性。
9.可选的，封装结构包括第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚；第一引脚作为电感的第一端，第四引脚作为直流电阻的第二端，第二引脚作为热敏电阻的一端，第三引脚作为热敏电阻的另一端，通过封装结构设置的引脚实现封装结构内部与外部的连接，以便于电流检测。
10.可选的，上述电流检测电路还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，第一电阻的第一端与第一引脚电连接，第一电阻的第二端通过第二电阻与第三电阻的第一端电连接，第三电阻的第一端与第二引脚电连接，第三电阻的第二端与第三引脚电连接，第一电容的第一端与第一电阻的第二端电连接，第一电容的第二端与第三电阻的第二端电连接，第一电容的第二端与第四引脚电连接，通过电阻和电容与封装结构的引脚连接，实现与电感、直流电阻以及热敏电阻的连接。
11.可选的，第一电容两端的电压为直流电阻两端的电压，以通过检测第一电容两端
的电压确定直流电阻两端的电压。
12.可选的，封装结构的外形为矩形，第一引脚设置在封装结构的第一侧边，第四引脚设置在封装结构的第四侧边，第一侧边与第四侧边相对，这样设置，便于输入线路和输出线路的连接以及区分。
13.可选的，第二引脚设置在封装结构的第二侧边，第三引脚设置在封装结构的第三侧边，第二侧边与第三侧边相对，这样设置能够避免连接热敏电阻的引脚影响与电感连接的引脚。
14.可选的，第二引脚和第三引脚均设置在封装结构的第二侧边或第三侧边，第二侧边与第三侧边相对，这样设置，同样能够避免连接热敏电阻的引脚影响与电感连接的引脚。
15.可选的，热敏电阻和电感内部的结构通过隔离材料隔离，隔离材料包围热敏电阻，可将热敏电阻与电感内部的其他结构隔离开，避免电磁干扰。
16.可选的，热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，直流电阻为正温度系数的直流电阻，以实现温度补偿。
17.可选的，热敏电阻设置在封装结构的底部位置，便于集成设置和隔离。
18.本发明实施例提供的开关电源的电流检测电路，包括电感、热敏电阻和直流电阻，直流电阻为电感自带的直流电阻；电感的第一端接入开关电源中传输的电压，电感的第二端与直流电阻的第一端电连接，直流电阻的第二端与开关电源的输出端电连接；直流电阻两端的电压与直流电阻的阻值之比为开关电源的输出电流，电感为封装结构，热敏电阻集成在封装结构。本发明实施例提供的开关电源的电流检测电路，热敏电阻集成在封装结构中，仅需很小的一部分区域，可以解决因热敏电阻设置在电感外部的位置问题造成的温度侦测不准，以使温度侦测更精准，温度补偿也就更精准，从而能够更好地补偿温度对电流检测的影响，提高电流检测的可靠性。
附图说明
19.图1是现有技术中开关电源的电流检测电路的示意图；
20.图2是本发明实施例提供的一种开关电源的电流检测电路的示意图；
21.图3是本发明实施例提供的一种封装结构的示意图；
22.图4是本发明实施例提供的一种引脚位置的示意图；
23.图5是本发明实施例提供的一种引脚标示的示意图；
24.图6是本发明实施例提供的一种电感温度检测的示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
26.图1是现有技术中开关电源的电流检测电路的示意图，参考图1，将实际的电感器等效成理想电感器lx与直流电阻dcr串联，由基尔霍夫定律可得：
27.28.其中，v
dcr
、z
lx
、z
dcr
、v
cx
、z
cx
、z
rx
分别为直流电阻dcr的电压、理想电感器lx的阻抗、直流电阻dcr的阻抗、电容cx的电压、电容cx的阻抗、电阻rx的阻抗，v
dcr
＝i
l
×rdc
，z
lx
＝l
×
s，z
dcr
＝r
dc
，z
rx
＝r
x
，则上述等式可以化简为：
[0029][0030]
提出v
cx
，则得到：
[0031][0032]
其中，i
l
×rdc
＝v
dcr
，使则v
cx
＝v
dcr
，这样直流电阻dcr两端的电压就可以通过电容cx两端的电压来表示，从而达到侦测电容cx两端电压来实现侦测电感电流的目的。在没有温度补偿线路时，有如下表达式：
[0033]
i l
×
dcr
t
＝v
cx
[0034]
其中，dcr
t
＝dcr(25℃)
×
[1 tc
dcr
(t-25)]，tc
dcr
为直流电阻dcr所用材料(同电感所用材料)的温度系数。电感的线圈一般为铜线绕制而成，铜的电阻率温度系数，即直流电阻dcr的温度系数为3930ppm/℃。为补偿电感的直流电阻dcr受温度的影响，r
x
×cx
也需要加入一个温度系数，由于直流电阻dcr是一具有正温度系数的电阻，因此需要在电流检测回路中插入一个有负温度系数的电阻性网络，以补偿直流电阻dcr随温度的变化。图1所示的电流检测电路为典型的直流电阻dcr电流侦测的温度补偿线路，满足以下条件时可以达到温度补偿的目的：
[0035][0036]
其中，re＝rs r
p
//r
ntc
，热敏电阻ntc和温度之间的关系为：电感直流电阻dcr电流检测方法的缺点是直流电阻dcr会受温度影响，精准测量需要加温度补偿，并且此方法原理和调试过程较复杂。在电感旁放置热敏电阻ntc补偿时，直流电阻dcr随温度的变化量对热敏电阻ntc的放置位置有很高要求，需要热敏电阻ntc距离电感足够近，且尽量避开其它热源对热敏电阻ntc的干扰，有时电感周边散热不均衡同样会导致温度侦测不准。因而在电感旁放置热敏电阻ntc进行温度补偿时，需要根据实际情况去调节，这就导致了工程师们需要不断的通过调节电阻和电容的大小来达到精准侦测电流的目的。
[0037]
有鉴于此，本发明实施例提供了一种开关电源的电流检测电路。图2是本发明实施例提供的一种开关电源的电流检测电路的示意图，图3是本发明实施例提供的一种封装结构的示意图，参考图2和图3，本实施例可适用于检测开关电源的输出电流等情况，开关电源的电流检测电路包括：电感l、热敏电阻ntc和直流电阻dcr，直流电阻dcr为电感l自带的直
流电阻dcr。
[0038]
其中，电感l的第一端接入开关电源中传输的电压，电感l的第二端与直流电阻dcr的第一端电连接，直流电阻dcr的第二端与开关电源的输出端电连接；直流电阻dcr两端的电压与直流电阻dcr的阻值之比为开关电源的输出电流，电感l为封装结构，热敏电阻ntc集成在封装结构。
[0039]
具体的，电感l为开关电源的输出电感，电感l和电感l自带的直流电阻dcr可以看作串联，直流电阻dcr是可以预先得到的，检测直流电阻dcr两端的电压即可得到流经直流电阻dcr的电流即流过电感l的电流，流过电感l的电流即为开关电源的输出电流。通过设置热敏电阻ntc，对直流电阻dcr进行温度补偿，温度补偿时需要对热敏电阻ntc进行温度侦测，以确定温度补偿的效果，若温度侦测不准确，则会影响温度补偿的效果，从而影响电流检测的可靠性。热敏电阻ntc集成在封装结构中，如图3所示，热敏电阻ntc仅需很小的一部分区域，可以解决因热敏电阻ntc设置在电感外部的位置问题造成的温度侦测不准，以使温度侦测更精准，温度补偿也就更精准，从而能够更好地补偿温度对电流检测的影响，提高电流检测的可靠性。
[0040]
本实施例提供的开关电源的电流检测电路，包括电感、热敏电阻和直流电阻，直流电阻为电感自带的直流电阻；电感的第一端接入开关电源中传输的电压，电感的第二端与直流电阻的第一端电连接，直流电阻的第二端与开关电源的输出端电连接；直流电阻两端的电压与直流电阻的阻值之比为开关电源的输出电流，电感为封装结构，热敏电阻集成在封装结构。本实施例提供的开关电源的电流检测电路，热敏电阻集成在封装结构中，仅需很小的一部分区域，可以解决因热敏电阻设置在电感外部的位置问题造成的温度侦测不准，以使温度侦测更精准，温度补偿也就更精准，从而能够更好地补偿温度对电流检测的影响，提高电流检测的可靠性。
[0041]
可选的，封装结构包括第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3和第四引脚4；第一引脚1作为电感l的第一端，第四引脚4作为直流电阻dcr的第二端，第二引脚2作为热敏电阻ntc的一端，第三引脚3作为热敏电阻ntc的另一端。
[0042]
具体的，参考图2，第二引脚2和第三引脚3可作为侦测引脚，侦测热敏电阻ntc的温度，第一引脚1输入的电压通过电感l和直流电阻dcr传输至第四引脚4，并由第四引脚4传输至开关电源的输出端，开关电源的输出端输出的电压为vout，通过封装结构设置的引脚实现封装结构内部与外部的连接，以便于电流检测。
[0043]
可选的，上述电流检测电路还包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1，第一电阻r1的第一端与第一引脚1电连接，第一电阻r1的第二端通过第二电阻r2与第三电阻r3的第一端电连接，第三电阻r3的第一端与第二引脚2电连接，第三电阻r3的第二端与第三引脚3电连接，第一电容c1的第一端与第一电阻r1的第二端电连接，第一电容c1的第二端与第三电阻r3的第二端电连接，第一电容c1的第二端与第四引脚4电连接。
[0044]
其中，各电阻以及电容的大小可根据温度补偿的实际需求设定。由图2可看出各电阻的串并联关系，第三电阻r3与热敏电阻ntc并联，并联后与第二电阻r2串联，串联后再与第一电容c1并联。热敏电阻ntc与第一电阻r1以及第二电阻r2所在支路，与电感l和直流电阻dcr所在支路为并联支路，以此形成电流检测回路。第一电容c1的两端可以与开关电源的控制单元电连接，控制单元可通过电压采集端口isen_p和isen_n采集第一电容c1两端的电
压。
[0045]
可选的，第一电容c1两端的电压为直流电阻dcr两端的电压。
[0046]
具体的，通过上述对热敏电阻ntc温度补偿分析的公式，可以设置各电阻以及电容的大小，使第一电容c1两端的电压与直流电阻dcr相等，即可通过检测第一电容c1两端的电压，确定流过直流电阻dcr的电流，从而实现开关电源的电流检测。
[0047]
可选的，热敏电阻ntc和电感内部的结构通过隔离材料隔离，隔离材料包围热敏电阻ntc。
[0048]
其中，隔离材料可以采用隔离电路器件常用的隔离材料。参考图3，隔离材料包围热敏电阻ntc，可将热敏电阻ntc与电感内部的其他结构隔离开，可以避免电磁干扰，并且隔离材料具有绝缘、热阻低的特点。
[0049]
可选的，热敏电阻ntc设置在封装结构的底部位置。
[0050]
具体的，参考图3，热敏电阻ntc位于封装结构的底部中间位置，占用很小的一部分区域，并由隔离材料隔离，便于集成设置和隔离，并且节省了设置热敏电阻ntc的空间。
[0051]
可选的，封装结构的外形为矩形，第一引脚1设置在封装结构的第一侧边，第四引脚4设置在封装结构的第四侧边，第一侧边与第四侧边相对。
[0052]
具体的，图4是本发明实施例提供的一种引脚位置的示意图，参考图4，封装结构的外形为矩形，这样设置便于封装结构的制作以及线路连接。图4中示意出了各引脚设置的四种情况，每种情况的封装结构的第一引脚1和第四引脚4均相对设置，便于输入线路和输出线路的连接以及区分。
[0053]
可选的，第二引脚2设置在封装结构的第二侧边，第三引脚3设置在封装结构的第三侧边，第二侧边与第三侧边相对。
[0054]
示例性地，参考图4，封装结构的第二引脚2和第三引脚3相对设置，四个引脚分别设置在封装结构的四个侧边，这样设置，可以将第二引脚2和第三引脚3与第一引脚1和第四引脚4分隔开，避免连接热敏电阻ntc的引脚影响与电感连接的引脚。
[0055]
可选的，第二引脚2和第三引脚3均设置在封装结构的第二侧边或第三侧边，第二侧边与第三侧边相对。
[0056]
具体的，参考图4，封装结构的第二引脚2和第三引脚3可设置在同一侧边，且与第一引脚1以及第四引脚4均不在同一侧边。这样设置，可以将第二引脚2和第三引脚3与第一引脚1和第四引脚4分隔开，避免连接热敏电阻ntc的引脚影响与电感连接的引脚。图4还示意出了第二引脚2和第三引脚3可以与第四引脚4设置在同一侧边，或者第二引脚2与第一引脚1设置在同一侧边，第三引脚3与第四引脚4设置在同一侧边，图4中各个引脚设置的具体位置在此仅为示意性说明，具体不做限定。
[0057]
另外，图5是本发明实施例提供的一种引脚标示的示意图，参考图5，封装结构上标示出引脚如第一引脚1的位置，则与第一引脚1相对设置的引脚即为第四引脚4，其他两个引脚即为第二引脚2和第三引脚3，从而便于各引脚与外部线路连接时能够正确接线。图5中示意出了第一引脚1的两种标示方式，在此仅为示意性说明，具体不做限定。
[0058]
可选的，热敏电阻ntc为负温度系数的热敏电阻，直流电阻dcr为正温度系数的直流电阻。
[0059]
具体的，由于直流电阻dcr为正温度系数的直流电阻，直流电阻dcr的阻值随着温
度的升高而增大，则需阻值随温度升高而减小的热敏电阻ntc进行温度补偿，即需负温度系数的热敏电阻ntc，这样才可达到温度补偿的目的。
[0060]
另外，图6是本发明实施例提供的一种电感温度检测的示意图，参考图6，集成的热敏电阻ntc还可以通过外部一个简单的线路用以侦测电感温度，开关电源的控制单元可采集封装结构的第三引脚3的温度信号tsen，以侦测电感温度，通过设定过温保护点以降低输出负载，防止电感温度过高造成饱和。
[0061]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。