一種信號取得電路及其開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種信號取得電路，包括設(shè)置在印制電路板一面的、其工作時(shí)有電流流過的非屏蔽電感線圈；還包括設(shè)置在所述非屏蔽電感線圈所在印制電路板一面相鄰的印制面上的、其中心位置與所述非屏蔽電感線圈中心位置對齊的、由印制線構(gòu)成的印制線圈；所述印制線圈的端點(diǎn)與信號處理單元的信號輸入端連接。本發(fā)明還涉及使用上述信號取得電路的開關(guān)電源。實(shí)施本發(fā)明的一種信號取得電路及其開關(guān)電源，具有以下有益效果：其成本較低、損耗較少、占用電路板的面積也較小。
【專利說明】—種信號取得電路及其開關(guān)電源
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001 ] 本發(fā)明涉及信號采集，更具體地說，涉及一種信號取得電路及其開關(guān)電源。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著手持設(shè)備的不斷推廣，電源，特別是移動(dòng)電源的使用數(shù)量也得到極大的提升。這是由于基本上每個(gè)手持設(shè)備均需要至少一個(gè)電源。該電源用于將電池電壓提升、降低或穩(wěn)定，以便于為手持設(shè)備供電，或者將交流電(通常是市電)轉(zhuǎn)換為適于手持設(shè)備使用的直流電壓，以便于為手持設(shè)備供電或?yàn)槠渲械碾姵爻潆?。這些電源對于其體積、重量或成本均有較高的要求。在這些電源中，通常會(huì)包括一個(gè)電流采樣電路，用于對輸出的電流采樣，并將其反饋到該電源的控制部分，使得控制部分能夠得知該電源當(dāng)前的輸出電流，從而對輸出的電流或電壓進(jìn)行控制，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。在現(xiàn)有技術(shù)中，這些電源的電流采樣電路通常會(huì)采用電阻取樣或電流互感器取樣兩種方式。電阻取樣通過串接一個(gè)取樣電阻并將該電阻一端的分流電流輸入到控制單元，這種方式的缺點(diǎn)在于如果加大電阻值，其消耗在電阻上的功耗較大；如果減小電阻值，其得到的信號不穩(wěn)定且極易被干擾，使用額外的運(yùn)算放大器可以消除干擾，但是成本較高。而電流互感器取樣需要單獨(dú)的電流互感器，其成本較高，且會(huì)占用額外的電路板面積，使得體積較大。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù) 問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述成本高、體積大、損耗較大的缺陷，提供一種成本低、體積小、損耗較小的一種信號取得電路及其開關(guān)電源。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種信號取得電路，包括設(shè)置在印制電路板一面的、其工作時(shí)有電流流過的非屏蔽電感線圈；還包括設(shè)置在所述非屏蔽電感線圈所在印制電路板一面相鄰的印制面上的、其中心位置與所述非屏蔽電感線圈中心位置對齊的、由印制線構(gòu)成的印制線圈；所述印制線圈的端點(diǎn)與信號處理單元的信號輸入端連接。
[0005]更進(jìn)一步地，所述印制線圈是由其中心位置向外擴(kuò)展的螺旋線，其最外一圈的印制線大于所述非屏蔽電感線圈在所述電路板上的垂直方向的投影；所述螺旋線的形狀包括圓形或方形。
[0006]更進(jìn)一步地，所述螺旋線超出所述非屏蔽電感線圈在所述電路板上的垂直方向的投影至少兩圈。
[0007]更進(jìn)一步地，所述螺旋線的起始點(diǎn)和其結(jié)束點(diǎn)分別為所述印制線圈的端點(diǎn)，所述印制線圈的兩個(gè)端點(diǎn)分別連接在所述信號處理單元的兩個(gè)信號輸入端上或其一個(gè)端點(diǎn)接地，另一個(gè)端點(diǎn)連接在所述信號處理單元的信號輸入端。
[0008]更進(jìn)一步地，所述螺旋線在其位于所述非屏蔽電感線圈中心位置的端點(diǎn)上還設(shè)置有一個(gè)連接到所述非屏蔽電感線圈所在一面的金屬化的通孔。
[0009]更進(jìn)一步地，所述螺旋線的線寬為3-20密耳，線距為3-20密耳；所述印制電路板兩個(gè)銅箔面之間的絕緣層厚度為0-4毫米。
[0010]更進(jìn)一步地，所述印制電路板為雙層板，所述非屏蔽電感線圈設(shè)置在所述電路板的頂層或底層，所述印制線圈設(shè)置在所述電路板的底層或頂層；或
[0011]所述印制電路板為多層板，所述非屏蔽電感線圈設(shè)置在所述電路板的頂層或底層，所述印制線圈設(shè)置在緊鄰所述頂層或底層的內(nèi)層。
[0012]本發(fā)明還涉及一種開關(guān)電源，包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并將采樣信號傳輸?shù)娇刂茊卧碾娏鞑蓸虞斎攵说碾娏鞑蓸訂卧?，所述?chǔ)能電感是上述中任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣單元是上述任意一項(xiàng)所述的印制線圈。
[0013]本發(fā)明還設(shè)一種開關(guān)電源，包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并依據(jù)采樣結(jié)果控制指示燈點(diǎn)亮或熄滅、以顯示所述電源的負(fù)載情況的負(fù)載顯示單元；所述負(fù)載顯示單元對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行電流采樣的電流采樣模塊和對所述電流采樣信號進(jìn)行處理并控制指示燈的信號處理模塊，所述儲(chǔ)能電感是上述任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣模塊是上述任意一項(xiàng)所述的印制線圈。[0014]實(shí)施本發(fā)明的一種信號取得電路及其開關(guān)電源，具有以下有益效果:由于通過非屏蔽電感泄露的磁場和設(shè)置在切割該磁場位置上的印制線圈取得表示該非屏蔽電感線圈上流過電流大小的信號，其并不涉及設(shè)置額外的分支或在供電路徑中串接電阻，所以，不存在額外的功率消耗問題；同樣，由于不需要設(shè)置專門的電阻或運(yùn)算放大器或電流互感器，其成本較低，占用電路板的面積也較小。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0015]圖1是本發(fā)明一種信號取得電路及其開關(guān)電源實(shí)施例中信號取得電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是所述實(shí)施例中印制線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是所述實(shí)施例中該信號取得電路用于開關(guān)電源中電流采樣的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是所述實(shí)施例中該信號取得電路用于開關(guān)電源中負(fù)載指示的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0019]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示，在本發(fā)明一種信號取得電路及其開關(guān)電源實(shí)施例中，其信號取得電路包括非屏蔽電感線圈I和印制線圈3 ;其中，非屏蔽電感線圈I設(shè)置在印制電路板2的一面的(可以是該印制電路板2的頂層top layer或底層bottom layer);印制線圈3設(shè)置在非屏蔽電感線圈I所在印制電路板2—面相鄰的印制面上，其中心位置與非屏蔽電感線圈I中心位置對齊；該印制線圈3由印制線構(gòu)成；該印制線圈3包括兩個(gè)端點(diǎn)以及連接這兩個(gè)端點(diǎn)的螺旋狀連線(請參見圖2)，印制線圈3的端點(diǎn)與信號處理單元的信號輸入端連接，將該印制線圈3上感應(yīng)到的信號輸入到信號處理單元(請參見圖3或圖4 )。在本實(shí)施例中，如圖2所示，印制線圈3是由其中心位置(該位置與非屏蔽電感線圈I在電路板上的投影的中心位置重疊)向外擴(kuò)展的螺旋線，其最外一圈的印制線大于非屏蔽電感線圈I在印制電路板2上的垂直方向的投影；在圖2中，示出的螺旋線為方形，在本實(shí)施例中，該印制線圈3的螺旋線的形狀包括圓形或方形。
[0021]在本實(shí)施例中，上述螺旋線超出非屏蔽電感線圈I在所述電路板上的垂直方向的投影至少兩圈。也就是說，在本實(shí)施例中，為了更好地得到信號，上述印制線圈3在抑制電路板2上所占的面積大于非屏蔽電感線圈I在該電路板上的垂直投影面積。這是為了使所述非屏蔽電感線圈I在工作時(shí)所產(chǎn)生的磁力線能夠有效地穿過上述印制線圈2所在位置，進(jìn)而得到要檢測的信號。此外，在本實(shí)施例中，上述非屏蔽電感線圈I和上述印制線圈3附近，禁止設(shè)置大面積的銅箔，以便于使得上述非屏蔽電感線圈I所產(chǎn)生的磁力線能夠更好地穿過該印制電路板2的絕緣層及上述印制線圈2。在本實(shí)施例中，上述螺旋線的起始點(diǎn)和其結(jié)束點(diǎn)分別為印制線圈3的端點(diǎn)，印制線圈3的兩個(gè)端點(diǎn)分別連接在信號處理單元的兩個(gè)信號輸入端上(在該信號處理單元的信號輸入端是兩個(gè)端口時(shí))或其一個(gè)端點(diǎn)接地，另一個(gè)端點(diǎn)連接在信號處理單元的信號輸入端(在該信號處理單元的信號輸入端是單端口時(shí))。在本實(shí)施例中，上述螺旋線的線寬為3-20密耳，線距為3-20密耳；印制電路板2兩個(gè)銅箔面(即設(shè)置上述非屏蔽電感線圈I的印制面和設(shè)置上述印制線圈2的印制面)之間的絕緣層厚度為0-4毫米。
[0022]請參見圖2，在本實(shí)施例中，上述螺旋線在其位于非屏蔽電感線圈I中心位置的端點(diǎn)(即圖2中位于圖案中央的端點(diǎn))上還設(shè)置有一個(gè)連接到非屏蔽電感線圈I所在一面的金屬化的通孔。這是為了便于該端點(diǎn)的連接到上述信號處理單元或地。
[0023]在本實(shí)施例中，如果上述印制電路板2為雙層板，則上述非屏蔽電感線圈I設(shè)置在該電路板的頂層(top layer)或底層(bottom layer),而印制線圈3設(shè)置在所述電路板的底層或頂層；上述通孔貫穿該電路板的頂層到底層。如果上述印制電路板2為多層板，則非屏蔽電感線圈I設(shè)置在該電路板的頂層或底層，而印制線圈3設(shè)置在緊鄰上述非屏蔽電感線圈I所在的頂層或底層的內(nèi)層，上述通孔貫穿的是上述印制線圈3的內(nèi)存和上述非屏蔽電感線圈I所在的頂層或底層之間的絕緣層。同時(shí)，在多層電路板的情況下，該電路板的所有層或面上靠近該非屏蔽電感線圈I和印制線圈3附近的區(qū)域內(nèi)，均不能設(shè)置大面積的銅箔，以防止上述非屏蔽電感線圈I發(fā)出的磁力線被屏蔽。
[0024]例如，該信號取得電路是在PCB板上垂直于工字型電感(非屏蔽電感)的安裝方向，在PCB的另一面設(shè)計(jì)多圈環(huán)行線圈。其結(jié)構(gòu)如圖2。如果該電路板是雙面板，板厚度最好不超過4mm。在本實(shí)施例中，工字型電感采用體積為1210的貼片電感，設(shè)置在電路板的TOP層；在該雙面板的BOTOM層布環(huán)行線圈或矩形線圈(圖2中示出的是矩形線圈)。一個(gè)較佳的規(guī)則如下:線寬3mil，間距3mil。如果面積足夠，也可以采用略微大點(diǎn)的線寬和間距(例如6mil線寬，6mil間距)。如此循環(huán)畫圈，直到線圈超過工字型電感的最大邊緣，至少超過工字型電感邊緣至少2圈。至此，在工字型電感的中心(圖2中的中點(diǎn))放一過孔，此端在TOP層布線引出。對于多層板，使用在鄰近的、最靠近貼片電感的一層做矩形或環(huán)行的線圈。這兩層間的距離不能大于4mm。如果在其它層布線，則同樣布線層與貼片電感所在層間距不能大于4mm。此外，矩形(環(huán)行)線圈與貼片電感正對的夾心層部分不能有大面積的金屬層(比如大面積的電源或大面積的地)，大面積的金屬層會(huì)造成電磁屏蔽，使得印制線圈2無法感應(yīng)到信號。
[0025]上述印制線圈3的位置非常重要，為保證很好的取得電感電流的特征，它總是在非屏蔽電感線圈I的正下方。印制線圈3等效為一個(gè)與非屏蔽電感線圈I耦合的線圈。在工字型電感電流流過的時(shí)候，無論電流方向如何，其磁力線均呈發(fā)散分布，并垂直于電流方向，同時(shí)也穿過PCB上的環(huán)行線圈，垂直于環(huán)行線圈方向。根據(jù)安培定律，當(dāng)電感電流變化的時(shí)候，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變化的磁場會(huì)產(chǎn)生變化的電場，變化的電場在線圈的兩端會(huì)產(chǎn)生變化的電勢。這個(gè)變化的電勢就完全代表了電感電流的變化。綜上所述，通過PCB板上環(huán)行線圈跟電感的磁偶合，環(huán)行線圈兩端的電壓，就代表了電感電流的特征值。
[0026]由于上述印制線圈得到的信號既可以獨(dú)立存在，也可以跟板上電源共地。被采樣電感體積小則對應(yīng)的PCB線圈圈數(shù)也少，那么取樣信號就弱。被采樣電感體積大則對應(yīng)的PCB線圈圈數(shù)也多，采樣到的信號也強(qiáng)。只要信號能被檢出來，通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚黼娐肪苓_(dá)到要求的效果。在本實(shí)施例中，要求被采樣電感不被電磁屏蔽，而對PCB板材料沒有特殊要求，適用于FR4基板，同樣適合陶瓷基板和LCC。
[0027]請參見圖3,在本實(shí)施例中，還涉及一種開關(guān)電源,包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并將采樣信號傳輸?shù)娇刂茊卧碾娏鞑蓸虞斎攵说碾娏鞑蓸訂卧?，所述?chǔ)能電感是上述中任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣單元是上述任意一項(xiàng)所述的印制線圈。也就是說，在圖3中，使用了上述的印制線圈代替了現(xiàn)有技術(shù)中的電流采樣部件，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的消耗較大、需要專門的器件、需要占用較大的電路板面積等等缺陷。在圖3中，標(biāo)記為L2的電感就是上述的印制線圈，其一端接地，另一端連接到該電源的控制單元的電流采樣輸入端上。
[0028]請參見圖4,在本實(shí)施例中，還涉及一種開關(guān)電源,包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并依據(jù)采樣結(jié)果控制指示燈點(diǎn)亮或熄滅、以顯示所述電源的負(fù)載情況的負(fù)載顯示單元；所述負(fù)載顯示單元對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行電流采樣的電流采樣模塊和對所述電流采樣信號進(jìn)行處理并控制指示燈的信號處理模塊，所述儲(chǔ)能電感是上述任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣模塊是上述任意一項(xiàng)所述的印制線圈。
[0029]在圖4中，L2即為PCB上的線圈(印制線圈)，當(dāng)該電源無負(fù)載的時(shí)候，IC2間歇振蕩工作，LI電流變化很小，磁場也變化很小。此時(shí)L2感應(yīng)到微小電壓，不足以打開Q1。當(dāng)負(fù)載RL接入時(shí)，LI內(nèi)有電流流過，IC2正常工作，L2從LI上能感應(yīng)到較強(qiáng)的電壓，Ql打開，此時(shí)LED燈亮。即有負(fù)載的時(shí)候LED燈亮，無負(fù)載的時(shí)候LED不亮。這樣就實(shí)現(xiàn)了有無負(fù)載的自動(dòng)指示。這樣的負(fù)載顯示單元的設(shè)計(jì)與主回路功率損耗基本沒關(guān)系，無論負(fù)載大小均能避免主回路的功率損耗，整個(gè)電路成本低，同時(shí)負(fù)載指示(有無)很準(zhǔn)確。
[0030]而傳統(tǒng)的負(fù)載指示電路核心為電流檢測電阻Rs，精密基準(zhǔn)電壓源，和低功耗運(yùn)放組成。精密基準(zhǔn)電壓源的成本很高，而且需要供電，對電流有較大的消耗；低功耗低靜態(tài)電流運(yùn)放的成本也很高。此外，電流檢測電阻Rs的選取非常困難，基本不可能有完美的取值，因?yàn)樨?fù)載是變化的、例如，當(dāng)負(fù)載使得輸出電流為20mA時(shí)，如果選取Rs=IO歐，則取樣信號為0.2V,這個(gè)信號幅度大小合適，符合取樣要求。但當(dāng)負(fù)載使得輸出電流為IA時(shí)，Rs上消耗的功率為10瓦，完全不可取；若選取Rs=0.1歐，當(dāng)負(fù)載為IA時(shí)，Rs上消耗的功率為
0.1瓦，Rs上消耗的功耗偏大，Rs上取樣信號為0.1V，這個(gè)信號勉強(qiáng)可以接受。但當(dāng)負(fù)載為20mA時(shí)，Rs上取樣信號為2mV，這么小的取樣信號完全無法準(zhǔn)確取樣回路電流，不具備任何抗干擾能力，完全不具備使用價(jià)值。綜上所述，傳統(tǒng)的負(fù)載指示電路在功耗和抗干擾能力上不能兼顧，只能選取一折中的Rs值，同時(shí)線路成本很高，占用PCB面積很大，不利于小型化。
[0031]總之，在本實(shí)施例中，該信號取得電路及其電源的優(yōu)點(diǎn)較多，包括:成本低，印制線圈可以直接制作在PCB板上。在印制電路板設(shè)計(jì)的時(shí)候，直接畫在電感的背面，通過PCB板的制作，不需要增加任何硬件成本；節(jié)能，由于該印制線圈跟主電流回路完全隔離，沒有大電流流過，所以避免了較大的功率損耗；靈活，對小電流的取樣和輸出信號的強(qiáng)弱，可以通過增減線圈的圈數(shù)實(shí)現(xiàn)。節(jié)省系統(tǒng)成本。其直接利用電感的發(fā)散磁場，不需要增加磁芯，也無須電流取樣繞組，實(shí)現(xiàn)了電感電流取樣簡單化。
[0032]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種信號取得電路，其特征在于，包括設(shè)置在印制電路板一面的、其工作時(shí)有電流流過的非屏蔽電感線圈；還包括設(shè)置在所述非屏蔽電感線圈所在印制電路板一面相鄰的印制面上的、其中心位置與所述非屏蔽電感線圈中心位置對齊的、由印制線構(gòu)成的印制線圈；所述印制線圈的端點(diǎn)與信號處理單元的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號取得電路，其特征在于，所述印制線圈是由其中心位置向外擴(kuò)展的螺旋線，其最外一圈的印制線大于所述非屏蔽電感線圈在所述電路板上的垂直方向的投影；所述螺旋線的形狀包括圓形或方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號取得電路，其特征在于，所述螺旋線超出所述非屏蔽電感線圈在所述電路板上的垂直方向的投影至少兩圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號取得電路，其特征在于，所述螺旋線的起始點(diǎn)和其結(jié)束點(diǎn)分別為所述印制線圈的端點(diǎn)，所述印制線圈的兩個(gè)端點(diǎn)分別連接在所述信號處理單元的兩個(gè)信號輸入端上或其一個(gè)端點(diǎn)接地，另一個(gè)端點(diǎn)連接在所述信號處理單元的信號輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號取得電路，其特征在于，所述螺旋線在其位于所述非屏蔽電感線圈中心位置的端點(diǎn)上還設(shè)置有一個(gè)連接到所述非屏蔽電感線圈所在一面的金屬化的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號取得電路，其特征在于，所述螺旋線的線寬為3-20密耳，線距為3-20密耳；所述印制電路板兩個(gè)銅箔面之間的絕緣層厚度為0-4毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號取得電路，其特征在于，所述印制電路板為雙層板，所述非屏蔽電感線圈設(shè)置在所述電路板的頂層或底層，所述印制線圈設(shè)置在所述電路板的底層或頂層；或 所述印制電路板為多層板，所述非屏蔽電感線圈設(shè)置在所述電路板的頂層或底層，所述印制線圈設(shè)置在緊鄰所述頂層或底層的內(nèi)層。
8.一種開關(guān)電源，包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并將采樣信號傳輸?shù)娇刂茊卧碾娏鞑蓸虞斎攵说碾娏鞑蓸訂卧?，其特征在于，所述?chǔ)能電感是如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣單元是如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的印制線圈。
9.一種開關(guān)電源，包括儲(chǔ)能電感和對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行采樣并依據(jù)采樣結(jié)果控制指示燈點(diǎn)亮或熄滅、以顯示所述電源的負(fù)載情況的負(fù)載顯示單元；所述負(fù)載顯示單元對所述儲(chǔ)能電感流過電流進(jìn)行電流采樣的電流采樣模塊和對所述電流采樣信號進(jìn)行處理并控制指示燈的信號處理模塊，其特征在于，所述儲(chǔ)能電感是如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的非屏蔽電感線圈，所述電流采樣模塊是如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的印制線圈。
【文檔編號】G01R19/00GK103926447SQ201410151831
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】王言豪 申請人:深圳市新芯矽創(chuàng)電子科技有限公司