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(多图) 电流互感器在开关电源中的应用

EDN China?? 2006年01月03日 ?? 收藏1

??????? 图3(c)表示电流互感器磁芯复位时的等效电路,T为电流互感器副边分布电容,D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m、T、D中谐振产生负的复位电压值,实现自复位,如图3(g)所示。m、T构成的谐振电路特征阻抗远大于s,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<0.5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s、D支路的电流很小,

并且s很小,所以复位电流经D支路的谐振电流在s上产生的负向电压可以忽略,取样输出电压R波形如图3(h)所示。因为二极管的作用,输出电压信号R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,0~1时间内原边有直流脉冲,1~2时间为磁芯复位过程,2~为复位完毕后波形。

强迫复位的电流互感器检测电路

图4强迫复位的电流互感器检测电路

强迫复位的电流互感器检测电路分析

(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r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>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,Vrr在取样电阻上有一个分压,从而引起误差,大小为

??????????? VR(error)=公式·Vr(1)

??????? 由于Rr远大于Rs,所以VR(error)很小,可以忽略其影响。在t2T时间内,磁芯中还会有一个很小的直流分量为

??????? im=-公式(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。


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开关电源? 电流? 互感器?

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