1、電流互感器在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用電流互感器在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用陶洪山，吳燮華(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江杭州310027）摘要：電流互感器可以用來(lái)檢測(cè)高頻開(kāi)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(guò)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。關(guān)鍵詞：電流互感器；磁芯復(fù)位；開(kāi)關(guān)電源1引言在高頻開(kāi)關(guān)電源中，需要檢測(cè)出開(kāi)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

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(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PushPull、Bridge等雙端變換器中，功率變壓器原邊流過(guò)正負(fù)對(duì)稱的雙極性電流脈沖，沒(méi)有直流分量，電流互感器可以得到很好的應(yīng)用。但在Buck、Boos

3、t等單端應(yīng)用場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)器件中流過(guò)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(lái)，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(guò)電流互感器副邊的開(kāi)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(kāi)路阻抗有

4、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?gòu)?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)，復(fù)位時(shí)間很短，沒(méi)有足夠的復(fù)位伏秒值，使得磁芯中直流分量Id增大，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(guò)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

5、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)電路分析圖3(c)表示電流互感器磁芯復(fù)位時(shí)的等效電路，CT為電流互感器副邊分布電容，CD為二極管結(jié)電容。圖3(d)～(i)繪出了占空比小時(shí)，磁芯充分復(fù)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(fù)位依靠勵(lì)磁電流在Lm、CT、CD中諧振產(chǎn)生負(fù)的復(fù)位電壓值，實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，如圖3(g)所示。Lm、CT構(gòu)成的諧振電路特征阻抗遠(yuǎn)大于Rs，所以復(fù)

6、位效果好于圖1電路。但是，諧振產(chǎn)生的復(fù)位電壓并不是很大，當(dāng)脈沖占空比很大時(shí)，復(fù)位時(shí)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(yīng)用于電流脈沖占空比D0.5的場(chǎng)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(guò)；流經(jīng)Rs、CD支路的電流很小，并且Rs很小，所以復(fù)位電流經(jīng)CD支路的諧振電流在Rs上產(chǎn)生的負(fù)向電壓可以忽略，取樣輸出電壓uR波形如圖3(h)所示。因?yàn)槎O管的作用，輸出電壓信號(hào)uR為單極性，其幅值與原