[發明專利]用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路和方法

有效

• 申請號: 201810989984.9
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN108988651B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 王康平;尉哲元;王來利;楊旭;邱愛慈
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開一種用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測方法，包括電阻R、變壓器和諧振電容C_r；電阻R和變壓器的一次側繞組串聯，然后并聯到諧振電容C_r的兩端；變壓器的二次側繞組兩端電壓為輸出電壓。和傳統的電流互感器方法相比，該方法能夠顯著減小變壓器繞組中的電流，從而利于減小變壓器的損耗和體積，在測量高頻大電流時具有明顯的優勢。通過實驗驗證了該方法的準確性和可行性。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路和方法。

背景技術

諧振變換器由于效率高、功率密度大等優點，在整個電源領域正得到越來越廣泛的應用。隨著寬禁帶器件的出現，諧振變換器的開關頻率進一步被推到1MHz以上以進一步提高功率密度。對于高頻諧振變換器，準確地檢測諧振腔的電流能夠幫助變換器實現反饋控制、保護、軟啟動、同步驅動等功能。

用于檢測諧振腔電流的方法可以分為兩類：非隔離型方法和隔離型方法。非隔離型方法包括電阻法和電容分壓法，隔離型方法包括霍爾效應傳感器和電流互感器。隔離型方法由于具有隔離、噪聲小等優點而獲得更為廣泛的應用。霍爾效應傳感器可以封裝在一個小芯片中，結構緊湊，但是其帶寬較低并且成本較高。相比之下，電流互感器的成本更低，帶寬可以做的更高，因而電流互感器更加受歡迎。然而，當測量高頻大電流時，電流互感器中變壓器的損耗比較大，為了減小損耗，不得不選擇截面更大的繞組或體積更大的磁芯，這導致了電流互感器難以小型化。此外，這兩種隔離型方法的另一個缺點是需要打斷被測電流的導線，然后將傳感器串聯進去，這會導致布線更加復雜以及由于導線長度的增加而引起的損耗增加。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路和方法，該方法具有結構簡單、體積小、損耗小等優點。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路，包括電阻R和變壓器；電阻R和變壓器的一次側繞組串聯后并聯到高頻諧振變換器的諧振電容C_r的兩端。

用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路的檢測方法，采集變壓器的二次側繞組兩端的輸出電壓V_s，采用輸出電壓V_s表征諧振電路中的被測電流I_r，當1/sC_rR且sL_mR時，根據輸出電壓V_s和被測電流I_r成正比，計算得到被測電流I_r。

作為本發明的進一步改進，輸出電壓V_s和被測電流I_r成正比具體計算步驟如下：

變壓器等效到一次側的勵磁電感為L_m，匝比為1：N；由拉普拉斯變換得到，變壓器的二次側電壓V_s：

當1/sC_rR且sL_mR時，忽略上式中1/sC_r和sL_m，得到：

因此，當信號頻率在1/2πRC_r到R/2πL_m之間時，輸出電壓V_s和被測電流I_r成正比，增益為NL_m/RC_r。

用于高頻諧振變換器的隔離型電流檢測電路，包括電阻R和變壓器；諧振電容C_r的兩端并聯一個支路，該支路由兩個串聯的電容C₁和C₂組成，電阻R和變壓器的一次側繞組串聯，然后并聯到諧振電容C₂的兩端。