电流互感器在开关电源中的应用

作者：时间：2011-03-18 来源：网络收藏

图3(c)表示电流互感器磁芯复位时的等效电路，CT为电流互感器副边分布电容，CD为二极管结电容。图3(d)～(i)绘出了占空比小时，磁芯充分复位的各参数波形。

在电流互感器原边电流脉冲消失后，磁芯的复位依靠励磁电流在Lm、CT、CD中谐振产生负的复位电压值，实现自复位，如图3(g)所示。Lm、CT构成的谐振电路特征阻抗远大于Rs，所以复位效果好于图1电路。但是，谐振产生的复位电压并不是很大，当脉冲占空比很大时，复位时间很短，仍有可能造成磁芯逐渐正向偏磁饱和，所以也只能应用于电流脉冲占空比D0.5的场合。

由于互感器副边线圈匝数很多，分布电容大，谐振电流主要从电流互感器流过；流经Rs、CD支路的电流很小，并且Rs很小，所以复位电流经CD支路的谐振电流在Rs上产生的负向电压可以忽略，取样输出电压uR波形如图3(h)所示。因为二极管的作用，输出电压信号uR为单极性，其幅值与原边电流信号脉动量成正比，便于后级电路处理。

2.3 强迫复位

在单端应用中，特别是Boost电路中，需要精确地再现高占空比的单极性脉冲。自复位不能实现检测高占空比电流脉冲，必须对磁芯进行强迫复位。强迫复位的电路很多，这里分析一种最简单易行的强迫复位电路。如图4所示，分别对应于图2中的4种电路。

对图4(c)的电路工作过程进行分析。图5(b)表示原边有电流脉冲时的等效电路，由于二极管的隔离作用，复位电压＋Vr对电流的检测没有影响。图5(c)表示磁芯复位时的等效电路。电路在一个脉冲周期内的工作波形如图5(d)～(i)所示，0～t1时间内原边有直流脉冲，t1～t2时间为磁芯复位过程，t2～T为复位完毕后波形。

图4强迫复位的电流互感器检测电路

(a)检测电路

(b)原边有脉冲时等效电路

(c)磁芯复位时等效电路

(j)复位电压对采样影响

图5 强迫复位的电流互感器检测电路分析

在电流互感器原边电流脉冲消失后，磁芯开始复位，二极管反向阻断，复位电压Vr加在励磁电感上，强迫磁芯快速复位。图5(g)绘出了激磁电感上的电压，由于复位电压远大于磁芯的正向电压，所以磁芯能够在很短的时间内充分复位，可以应用于检测电流脉冲占空比D>0.9的场合。

图5(j)表示复位电压Vr给检测信号带来的误差。磁芯复位完毕后，电流互感器副边相当于一根导线，Vr在取样电阻上有一个分压，从而引起误差，大小为

VR(error)=·Vr（1）

由于Rr远大于Rs，所以VR(error)很小，可以忽略其影响。在t2～T时间内，磁芯中还会有一个很小的直流分量为

im=－（2）

由于Rr很大，其影响也可以忽略。

2.4 多个电流互感器的组合使用

多个电流互感器可以组合起来，用于检测含有低频分量的单极性高频直流脉动。例如，常用的由Boost电路构成的单相PFC电路，工作于CCM状态，需要检出电感电流提供控制电路使用。电感电流中既含用工频正弦电流，又有高频脉动电流，为此，可以用电流互感器分别检出开关管、二极管中的单极性电流脉冲，再叠加起来，即为电感电流。检测电路如图6所示，占空比有可能超过0.5，所以磁芯需要强迫复位。