電流互感器在開關電源中的應用

1、電流互感器在開關電源中的應用電流互感器在開關電源中的應用陶洪山，吳燮華(浙江大學電氣工程學院，浙江杭州310027）摘要：電流互感器可以用來檢測高頻開關電源中的單極性電流脈沖。分析了電流互感器構成的電流檢測電路工作過程。比較了磁芯自復位、強迫復位的特點。給出了試驗結果。關鍵詞：電流互感器；磁芯復位；開關電源1引言在高頻開關電源中，需要檢測出開關管、電感等元器件的電流提供給控制、保護電路使用。電流檢測方法有電流互感器、霍爾元件和直接電阻取

2、樣。采用霍爾元件取樣，控制和主功率電路有隔離，可以檢出直流信號，信號還原性好，但有μs級的延遲，并且價格比較貴；采用電阻取樣價格非常便宜，信號還原性好，但是控制電路和主功率電路不隔離，功耗比較大。電流互感器具有能耗小、頻帶寬、信號還原性好、價格便宜、控制和主功率電路隔離等諸多優(yōu)點。在PushPull、Bridge等雙端變換器中，功率變壓器原邊流過正負對稱的雙極性電流脈沖，沒有直流分量，電流互感器可以得到很好的應用。但在Buck、Boos

3、t等單端應用場合，開關器件中流過單極性電流脈沖；原邊包含的直流分量不能在副邊檢出信號中反映出來，還有可能造成電流互感器磁芯單向飽和；為此需要對電流互感器構成的檢測電路進行一些改進。2電流互感器檢測單極性電流脈沖的應用電路分析根據(jù)電流互感器磁芯復位方法的不同，可有兩種電路形式：自復位與強迫復位。自復位在電流互感器原邊電流脈沖消失后，利用激磁電流通過電流互感器副邊的開路阻抗產(chǎn)生的負向電壓實現(xiàn)復位，復位電壓大小與激磁電流和電流互感器開路阻抗有

4、關。強迫復位電路在原邊直流脈沖消失期間，外加一個大的復位電壓，實現(xiàn)磁芯短時間內(nèi)快速復位。2.1電流互感器檢測電路常用的電流互感器檢測電路如圖1(a)所示。圖1(b)表示原邊有電流脈沖時的等效電路，電流互感器簡化為理想變壓器與勵磁電感Lm模型，Rs為取樣電阻。當占空比D0.5)，復位時間很短，沒有足夠的復位伏秒值，使得磁芯中直流分量Id增大，圖2改進的電流互感器檢測電路對圖2(c)的電路工作過程進行分析，電路在一個脈沖周期內(nèi)的工作波形如圖

5、3所示。(a)檢測電路(b)原邊有脈沖時等效電路(c)磁芯復位時等效電路圖3改進的電流互感器檢測電路分析圖3(c)表示電流互感器磁芯復位時的等效電路，CT為電流互感器副邊分布電容，CD為二極管結電容。圖3(d)～(i)繪出了占空比小時，磁芯充分復位的各參數(shù)波形。在電流互感器原邊電流脈沖消失后，磁芯的復位依靠勵磁電流在Lm、CT、CD中諧振產(chǎn)生負的復位電壓值，實現(xiàn)自復位，如圖3(g)所示。Lm、CT構成的諧振電路特征阻抗遠大于Rs，所以復

6、位效果好于圖1電路。但是，諧振產(chǎn)生的復位電壓并不是很大，當脈沖占空比很大時，復位時間很短，仍有可能造成磁芯逐漸正向偏磁飽和，所以也只能應用于電流脈沖占空比D0.5的場合。由于互感器副邊線圈匝數(shù)很多，分布電容大，諧振電流主要從電流互感器流過；流經(jīng)Rs、CD支路的電流很小，并且Rs很小，所以復位電流經(jīng)CD支路的諧振電流在Rs上產(chǎn)生的負向電壓可以忽略，取樣輸出電壓uR波形如圖3(h)所示。因為二極管的作用，輸出電壓信號uR為單極性，其幅值與原