常用的电流互感器检测电路分析.doc

电流互感器是一种重要的电流检测元件，常用于电力系统和电子设备中，以监测和控制电流。在高频开关电源的设计中，电流互感器扮演着关键角色，它能检测开关管、电感等元件的电流，为控制和保护电路提供信号。本文件主要探讨了电流互感器在检测单极性电流脉冲时的应用电路分析。 常见的电流检测方法包括电流互感器、霍尔元件和直接电阻取样。霍尔元件虽然能够提供良好的信号复原性和隔离，但成本较高，且存在微秒级别的延迟。电阻取样则价格低廉，信号复原性好，但无法隔离控制和主功率电路，功耗较大。相比之下，电流互感器因为其低能耗、宽频带、信号质量高、成本适中以及能隔离控制电路的优势，被广泛采用。 在Push-Pull、Bridge等双端变换器中，电流互感器工作良好，因为它可以应对无直流分量的双极性电流脉冲。然而，在Buck、Boost等单端应用中，由于原边存在直流分量，可能导致电流互感器磁芯的单向饱和，从而影响其性能。因此，需要对电流互感器的检测电路进行改进。 电流互感器检测单极性电流脉冲的电路主要有两种形式：自复位和强迫复位。自复位电路依靠原边电流消失后的励磁电流通过副边开路阻抗产生的负向电压来复位磁芯，而强迫复位电路则在直流脉冲消失期间外加一个较大的复位电压，实现快速复位。 图1展示了常用的电流互感器检测电路，其中(a)是检测电路，(b)是原边有电流脉冲时的等效电路，(c)是磁芯复位时的等效电路。当占空比较小时（<0.5），自复位可以有效复位磁芯，但当占空比增大，复位电压不足，可能导致磁芯饱和，丧失检测功能。 为了解决这个问题，文献提出了改良的自复位电流互感器，通过在电流互感器端添加二极管，可以根据原边电流和输出电压的相位关系及信号地的位置设计不同的电路结构，如图2所示的4种电路构造。以图2(c)为例，其在一个脉冲周期内的工作波形如图3所示，这种改进的电路可以实现单极性的输出电压，更利于后续电路处理。 电流互感器检测电路的优化设计对于确保高频开关电源的稳定性和效率至关重要。通过调整电路结构，尤其是引入二极管以改善自复位机制，可以有效地处理单极性电流脉冲，防止磁芯饱和，从而提高电流检测的准确性和系统的可靠性。在实际应用中，设计者应根据具体需求选择合适的检测方法和电路结构，以达到最佳的电流监控效果。