电流互感器在开关电源中的应用与分析

"本文主要探讨了电流互感器在电源技术特别是开关电源中的应用，对比了电流互感器、霍尔元件和直接电阻取样三种电流检测方法的优缺点，并着重介绍了电流互感器在双端和单端变换器中的应用情况以及针对单极性电流脉冲的检测电路分析，包括自复位和强迫复位两种复位电路形式。" 在电源技术领域，特别是在高频开关电源的设计中，准确检测开关管、电感等关键元件的电流至关重要，以确保控制和保护电路的正常工作。常见的电流检测手段包括电流互感器、霍尔元件以及直接电阻取样。霍尔元件虽然能够提供良好的信号还原性和隔离，但其延迟问题和较高的成本限制了其广泛应用。电阻取样则因价格低廉和信号质量好而受到青睐，但功耗大且无法隔离主功率电路。相比之下，电流互感器因能耗低、频带宽、信号还原性优良、价格适中且能实现电路隔离，成为了许多设计中的优选方案。 在Push-Pull、Bridge等双端变换器中，由于电流呈现正负对称的双极性脉冲，电流互感器能有效工作并检测无直流分量的电流。然而，在Buck、Boost这类单端变换器中，电流互感器面临挑战，因为单极性电流脉冲会导致磁芯单向饱和，影响检测精度。因此，需要对电流互感器的检测电路进行改进，以适应这种工作环境。 电流互感器检测单极性电流脉冲的电路通常分为自复位和强迫复位两种类型。自复位电路依靠电流脉冲结束后产生的负向电压来复位磁芯，而强迫复位电路则通过外部施加的电压在短时间内强制磁芯复位，以保持其工作性能。 图1(a)展示了一个典型的电流互感器检测电路，而图1(b)则展示了原边有电流脉冲时的等效电路模型。当占空比小于0.5时，电流脉冲消失后，自复位机制依赖于电流互感器的开路阻抗产生的负电压进行复位。这一过程涉及磁芯的磁场变化和取样电阻的作用，具体细节取决于电路参数和电流脉冲特性。 电流互感器在电源技术中扮演着关键角色，特别是在开关电源设计中。正确理解和应用电流互感器及其检测电路对于优化电源性能、提高系统稳定性至关重要。通过选择合适的电流检测方法，结合实际应用场景，工程师可以设计出高效、可靠的电源系统。