[发明专利]一种电流互感器采样电路

说明书

本发明公开了一种电流互感器采样电路，其电流互感器的原边绕组串联在被采样电路中，励磁电感、去磁电路和采样电阻的一端均与电流互感器的副边绕组的同名端连接，采样电阻的一端还与电流互感器采样电路的输出端连接，励磁电感和去磁电路的另一端均与电流互感器的副边绕组的异名端连接，采样电阻的另一端与参考地连接，第一采样开关的输出端与电流互感器的副边绕组的异名端连接，第一采样开关的参考端与采样电阻的另一端连接，第一控制信号与第一采样开关的控制端连接，第一控制信号为与流经电流互感器的原边绕组的脉冲电流相对应的脉冲信号。即使被采样电路的输入电压接近零时，也可以通过本发明的电流互感器采样电路进行电流采样。

技术领域

本发明涉及一种电流互感器采样电路。

背景技术

在电源领域，采样电流用做控制、保护是很常见的方法，对于电流采样而言，通常有电阻采样、霍尔芯片采样、电流互感器采样。其中电阻采样成本最低、应用最多，但在电流大时损耗比较大，并且采样地需要与控制芯片的地共地，这导致了电阻采样在某些情况下(如图腾无桥PFC)受限明显；霍尔芯片采样不会受限于参考地，但成本高，并且带宽小，通常只能用来检测平均电流；电流互感器采样损耗小，不会受限于参考地，应用灵活，成本相对也较低，因而也是目前应用极为广泛的电流采样方案。

图1所示为现有的电流互感器采样电路11，包括电流互感器TA1、励磁电感Lm1、去磁电阻Rc1、整流二极管D1以及采样电阻Rs1，其中，电流互感器TA1的原边绕组P1串联在被采样电路中，用来检测被测电流；励磁电感Lm1的一端、去磁电阻Rc1的一端、采样电阻Rs1的一端均与电流互感器TA1副边绕组S1的同名端连接，采样电阻Rs1的一端还与采样输出端Cs1连接，励磁电感Lm1的另一端、去磁电阻Rc1的另一端、整流二极管D1的阴极均与电流互感器TA1副边绕组S1的异名端连接，整流二极管D1的阳极与采样电阻Rs1的另一端连接，采样电阻Rs1的另一端还同时与参考地连接。

图2和图3所示为图1中现有的电流互感器采样电路11在Boost电路中使用时的工作过程示意图。如图2所示，当开关管Q1导通时，电流互感器TA1原边绕组P1通过正向电流，电流互感器TA1副边绕组S1的电流经过采样电阻Rs1与整流二极管D1，并在采样电阻Rs1上产生正的电压信号，同时励磁电感Lm1被励磁；如图3所示，当开关管Q1关断时，通过电流互感器TA1原边绕组P1的正向电流减小到零，整流二极管D1关断，电路产生的励磁电流通过去磁电阻Rc1去磁。然而，当输入电压低于一定值时，图1所示的现有的电流互感器电路将采不到电流互感器TA1原边绕组P1中通过的电流。

图4所示为图3中的电路的采样过程分析图，Vg为被测电路的输入电压，Vcs1为采样电路的输出电压，IQ1为流经电流互感器TA1原边绕组P1的电流，从图中可见，当被测电路的输入电压Vg降低至一定值时采样线性度变差，而当输入电压Vg进一步降低至图中两条竖直虚线之间时，采样电路的输出电压Vcs1为零，此时采样电路失效，无法对电路进行采样。

简单分析如下：设定电流互感器TA1原边绕组P1与副边绕组S1的匝数比为1：N，功率电感感值为L，开关管Q1导通时，电流互感器TA1原边绕组P1的最大分压为：如此开关管Q1导通时电流互感器TA1副边绕组S1最大电压为有电流通过采样电阻Rs1的互感器副边绕组的最小电压为整流二极管D1的管压降。以L＝100μH，Lm1＝1mH，N＝100，VD1＝0.5V为例，当开关管Q1导通时有电流流过采样电阻Rs1的最小输入电压Vgmin＝5.005V，也就是说当输入电压低于5V时，电流互感器TA1将采不到通过其原边绕组P1的电流。这将对电流互感器TA1采样的应用范围形成一定的限制，特别是当电流互感器TA1用极低输入电压电路时。如PFC电路，其存在输入电压很低的情况，如果输入电压在AC附近降不到零，则意味着波形畸变，如果AC过零时PFC电路的输入电压也降到了零或极低电压，现有的电流互感器采样电路将采不到开关电流，如果不采用特殊的控制，环路控制将失效，电路工作将出现异常。

另外，当现有的电流互感器采样电路应用于具有双向电流流动的电路时，还存在电流互感器副边电压应力过大和饱和的问题。