電流互感器在開關(guān)電源中的應(yīng)用
摘要:電流互感器可以用來檢測(cè)高頻開關(guān)電源中的單極性電流脈沖。分析了電流互感器構(gòu)成的電流檢測(cè)電路工作過程。比較了磁芯自復(fù)位、強(qiáng)迫復(fù)位的特點(diǎn)。給出了試驗(yàn)結(jié)果。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/179420.htm關(guān)鍵詞:電流互感器;磁芯復(fù)位;開關(guān)電源
1 引言
在高頻開關(guān)電源中,需要檢測(cè)出開關(guān)管、電感等元器件的電流提供給控制、保護(hù)電路使用。電流檢測(cè)方法有電流互感器、霍爾元件和直接電阻取樣。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(hào),信號(hào)還原性好,但有μs級(jí)的延遲,并且價(jià)格比較貴;采用電阻取樣價(jià)格非常便宜,信號(hào)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(hào)還原性好、價(jià)格便宜、控制和主功率電路隔離等諸多優(yōu)點(diǎn)。在Push-Pull、Bridge等雙端變換器中,功率變壓器原邊流過正負(fù)對(duì)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(yīng)用。但在Buck、Boost等單端應(yīng)用場(chǎng)合,開關(guān)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(hào)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(duì)電流互感器構(gòu)成的檢測(cè)電路進(jìn)行一些改進(jìn)。
2 電流互感器檢測(cè)單極性電流脈沖的應(yīng)用電路分析
根據(jù)電流互感器磁芯復(fù)位方法的不同,可有兩種電路形式:自復(fù)位與強(qiáng)迫復(fù)位。自復(fù)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(fù)向電壓實(shí)現(xiàn)復(fù)位,復(fù)位電壓大小與激磁電流和電流互感器開路阻抗有關(guān)。強(qiáng)迫復(fù)位電路在原邊直流脈沖消失期間,外加一個(gè)大的復(fù)位電壓,實(shí)現(xiàn)磁芯短時(shí)間內(nèi)快速復(fù)位。
2.1 電流互感器檢測(cè)電路
常用的電流互感器檢測(cè)電路如圖1(a)所示。
圖1(b)表示原邊有電流脈沖時(shí)的等效電路,電流互感器簡(jiǎn)化為理想變壓器與勵(lì)磁電感Lm模型,Rs為取樣電阻。
當(dāng)占空比D0.5時(shí),在電流互感器原邊電流脈沖消失后,磁芯依靠勵(lì)磁電流流過采樣電阻Rs產(chǎn)生負(fù)的伏秒值,實(shí)現(xiàn)自復(fù)位〔如圖1(d1)~(i1)所示〕,由于采樣電阻Rs很小,所以負(fù)向復(fù)位電壓較??;當(dāng)電流脈沖占空比很大時(shí)(D>0.5),復(fù)位時(shí)間很短,沒有足夠的復(fù)位伏秒值,使得磁芯中直流分量Id增大,有可能造成磁芯逐漸正向偏磁飽和〔如圖1(d2)~(i2)所示〕,失去檢測(cè)的作用,所以自復(fù)位只能應(yīng)用于電流脈沖占空比D0.5的場(chǎng)合。
(a)檢測(cè)電路
(b)原邊有脈沖時(shí)等效電路
(c)磁芯復(fù)位時(shí)等效電路
圖1 常用的電流互感器檢測(cè)電路分析
可以看出,此電路對(duì)于檢測(cè)單極性直流脈沖存在諸多缺點(diǎn)。勵(lì)磁電感電流im中存在直流分量Id,容易導(dǎo)致磁芯飽和。輸出電壓信號(hào)uR為雙極性,不便于后級(jí)電路處理。
2.2 改進(jìn)的自復(fù)位電流互感器
為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓uR的單極性輸出,在電流互感器端加上一個(gè)二極管,根據(jù)原邊輸入電流i1與輸出電壓uR的相位的不同、信號(hào)地位置的不同,可有4種電路結(jié)構(gòu),如圖2所示。
圖2 改進(jìn)的電流互感器檢測(cè)電路
對(duì)圖2(c)的電路工作過程進(jìn)行分析,電路在一個(gè)脈沖周期內(nèi)的工作波形如圖3所示。
(a)檢測(cè)電路
(b)原邊有脈沖時(shí)等效電路
(c)磁芯復(fù)位時(shí)等效電路
圖3 改進(jìn)的電流互感器檢測(cè)電路分析
互感器相關(guān)文章:互感器原理
dc相關(guān)文章:dc是什么
電流傳感器相關(guān)文章:電流傳感器原理
評(píng)論