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防止电流检测电路饱和的方法

如果电流互感器的磁芯不能复位,将导致磁芯饱和。电流互感器饱和是一个很严重的问题。首先,不能正确测量电流值,就不能进行有效的电流控制;其次,使电流误差放大器总是“认为”电流值小于设定值,这将使电流误差放大器过补偿,导致电流波形失真。

电流互感器检测最适合应用于对称的电路,如推挽电路、全桥电路。对于单端电路,特别是升压电路,会产生一些我们必须关注的问题。对于升压电路,电感电流就是输入电流。在采用电流连续工作方式时,不管充电还是放电,电感电流总是大于零,即在直流值上叠加一个充放电的波形。因此,电流互感器不能用于直接测量升压电路的输入电流。因为电感电流不能回零而使直流值“丢失”了;电流互感器因不能磁复位而饱和,从而失去过流保护功能,输出产生过压等。在降压电路中也存在同样的问题,电流互感器不能用于直接测量输出电流。

解决这个问题的方法是用两个电流互感器分别测量开关电流和二极管电流。实际的电感电流是这两个电流的合成,这样每个电流互感器就有足够的时间来复位了。但要注意这两个电流互感器的匝比应一样,以保持检测电阻上的电流对称。

功率因数校正电路一般采用升压电路,用双互感器检测。但在线电流过零时,电流互感器也特别容易饱和。因为,此时的占空比约为100%,容易造成磁芯没有足够的时间复位。为此,可以在外电路中采取一些措施来防止电流互感器饱和。如采用电流放大器输出钳位来限制其输出电压,并进一步限制占空比小于100%。设定钳位电压的过程很简单,在刚启动时电流放大器钳位在一个相对较低的值(大约4V),系统开始工作,但过零误差很大。系统一旦正常工作后,钳位电压将升高,电流互感器接近饱和,钳位电压最多升到65V(低电压大负载时),电流的THD在可接受的范围内(<10%),以限制最大占空比。设定的钳位电压不能太低,否则将使电流过零畸变大。

每个电流脉冲都使磁芯复位以克服磁芯饱和,改进外电路还可以改进电流检测电路。一般利用电流检测电路自复位,即利用磁芯中存储的能量和电流互感器的开路阻抗在短时间内

产生足够的伏秒积来复位。但当占空比大于50%,特别是接近100%时,可能没有足够的时间来使磁芯复位。这时,除电流放大器输出钳位外,还可以采用强制复位电路。

强制磁芯复位的电路很多,如使用附加线圈或中心抽头的线圈,最简单的方法是采用强制磁芯复位。脉冲电流到来时,强制复位电路和自复位电路的工作没有差别;当复位时,寄生电容快速充电,副边电压反向,伏秒积增加,磁芯复位速度加快。

对于电流检测电路磁芯复位还要考虑的一个因素是副边线圈的漏电感和分布电容。为了减小损耗,一般选择匝比较大的电流互感器。但匝比大,副边线圈的漏电感和分布电容大,漏电感影响电流上升和下降的时间,分布电容则影响电流互感器的带宽。在磁芯复位时,副边电感和分布电容谐振,如果分布电容大,则谐振频率低,周期长,那么在占空比大、磁芯复位时间短时,副边线圈就没有足够的时间来释放能量使磁芯复位了。所以,应尽量不选择匝比太大的电流互感器。


本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源光纤激光器电源收集整理
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