CN101520474A - 基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法，在所述的霍尔电流传感器的聚磁环处，绕制匝数比等于被检测变压器的初级与次级的匝数比的辅助线圈。与变压器初级回路串联的线圈绕制K₁匝，与变压器次级回路串联的线圈绕制K₂匝，K₁与K₂数值选取为最简不可约的正整数。辅助线圈与主功率变压器电气连接方式采取串联方式，即分别串接于变压器初级与次级回路，霍尔传感器上的检测所得的电压信号即反映了励磁电流大小，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。只采用一个霍尔传感器，且无需运算电路，检测速度主要取决于霍尔传感器，故而具有检测精度高、检测速度快的优点。

Description

基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法

技术领域

本发明属变压器技术领域，特别是涉及一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法。

背景技术

与小功率开关变换器相比，大功率开关变换器的技术含量高、市场化程度低和节能效果明显，具有更高的市场经济价值。反激式变换器主要用于小功率变换器的设计，大功率变换器的电路拓扑结构主要用正激式变换器。广义而论，正激式变换器的基本拓扑结构有：单端正激、双端正激、半桥、全桥和推挽，其中全桥变换器具有输出功率最大的潜能。高频变压器在正激式变换器中担负着能量传递、电气隔离和负载匹配的作用，是变换器中的一种极其重要而又比较复杂的磁电耦合非线性器件。与其它种类变换器如反激式变换器不同的是，正激式变换器必须单独设计高频变压器的磁复位系统--及时检测和控制变压器的偏磁状态，以免高频变压器铁芯饱和而损坏变换器。

现有技术中，一般用差值法来检测励磁电流的大小。运用的数学模型是变压器T型等值电路(附图1所示)，运算公式为：

$I_m=I_1-\frac{I_2}{n}$      (式1)

式中：I_m为励磁电流，I₁为初级回路电流，I₂为次级回路电流，n为初次级绕组匝数比。

该方法包含两个基本环节：其一、用两组电流传感器分别检测变压器的初级与次级回路电流，并且电流传感器的数量随变压器绕组数目的增加，而线性增加；其二、用运算电路对所获取两电流进行如上述公式所示运算，得到励磁电流值。

由于运算误差的存在，该方法在实际实施中往往出现检测精度不够，而且出现检测信号的时间延迟。但该方法致命的弱点在于，随着变换器的输出路数的增加，其电流检测点也需要线性增长，相应的运算电路需要重新设计，这导致系统的制作成本和系统的分析和实现增加困难。此外，因为电流采样点是分布在变压器各绕组上，对安规的设计和具体信号的综合、处理，增加了新的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无须经过运算的变压器偏磁电流在线检测方法，该方法的原理是通过单个霍尔传感器，来检测变压器的励磁电流，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法，包括霍尔传感器，在所述的霍尔电流传感器的聚磁环处，绕制匝数比与被检测变压器的初级与次级的匝数比相等的第一辅助线圈和第二辅助线圈，所述的两个辅助线圈与主功率变压器电气连接方式采取串联方式，即分别串接于变压器初级与次级回路，与变压器初级回路串联的线圈绕制K1匝，与变压器次级回路串联的线圈绕制K2匝，K1与K2数值选取为最简不可约的正整数；霍尔传感器检测所得的电压信号即为励磁电流大小，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

所述的被检测变压器为多绕组变压器，则根据输出变压器绕组个数比，相应在霍尔传感器的聚磁环上绕制相同比值的辅助线圈。

所述的被检测变压器的基本拓扑结构包括：单端正激电路、双端正激电路、半桥电路、全桥电路和推挽电路。

有益效果

1.只采用一个霍尔传感器，且无需运算电路，检测速度主要取决于霍尔传感器，故而具有检测精度高、检测速度快的优点。

2.该检测装置适合所有正激式电路的变压器偏磁电流在线检测，尤其对于多绕组结构型变压器，仅需在聚磁环处绕制满足相应匝数比的辅助线圈个数即可，其安装简单、扩展和通用性强的优点更加突出。

附图说明

图1为双绕组变压器T型电路等效图。

其中：R₁一次绕组内部电阻；X_h次绕组漏电抗；R’₂折算至原边二次绕组内部电阻；X’₂折算至原边二次绕组漏电抗；Rm激磁回路等值电阻；Xm激磁电抗；I₁变压器一次绕组电流；I’₂折算至原边二次绕组电流；Im激磁电流；U1一次绕组电压；U’₂折算至原边二次绕组电压。

图2为本发明设计中霍尔电流传感器聚磁环绕制辅助线圈结构图。

其中：1—辅助线圈L_1；2—辅助线圈L_2；3—聚磁环；4—霍尔传感器；聚磁环3与霍尔传感器4构成一个完成的霍尔电流传感器；I₁开关电源变压器初级回路电流；I₂开关电源变压器次级回路电流，I_h霍尔传感器控制电流；U_h霍尔传感器输出电压。

图3为本发明设计的励磁电流检测装置应用于全桥电路的实施例图。

其中：S1、S2、S3、S4桥式电路功率开关管；T被测开关电源变压器；H₁初级电流产生的磁场强度；H₂次级电流产生的磁场强度。

图4为本发明设计的励磁电流检测装置应用于半桥电路的实施例图。

图5为本发明设计的励磁电流检测装置应用于推挽电路的实施例图。

图6为本发明设计的励磁电流检测装置应用于单端正激式电路的实施例图。

图7为本发明设计的励磁电流检测装置应用于双端正激式电路的实施例图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

该检测装置采用与被监测的变压器初级回路和次级回路串联的方法实施。绕制于霍尔传感器聚磁环上辅助线圈匝数比与被检测变压器的初级与次级的匝数比相等为n，其中与被测变压器初级回路串联的辅助线圈匝数为K₁匝，与被测变压器次级回路串联的辅助线圈匝数为K₂匝，辅助线圈的绕制方向一致。当霍尔传感器通以控制电流I_h时，该检测装置把检测所得的励磁电流转化为电压信号U_h，，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

下面以在线监测全桥式变压器的偏磁电流检测装置为例，叙述具体实施要领，附图3为其实施例图。

一.离线计算辅助绕组匝数。根据索取功率变压器初级与次级绕

组匝数比数据 $\frac{N_1}{N_2}=n,$ 严格按照等式 $\frac{N_1}{N_2}=\frac{K_1}{K_2}=n$ 计算出各辅助绕组的匝数，K₁与K₂数值选取为最简不可约的正整数。

二.根据计算所得数据，霍尔传感器聚磁环处，绕制辅助绕组K₁与K₂。

三.电气连接实施中，辅助绕组K₁与功率变压器绕组N1串联，辅助绕组与功率变压器绕组N2串联。

四.通入辅助绕组K1与K2的电流方向，必须保证二者在集磁环中形成的磁场实现相互弱磁的效果，以符合表达式(1)的关系。

五.霍尔传感器输出信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

Claims (3)

1.一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法，包括霍尔传感器，其特征在于：在所述的霍尔电流传感器的聚磁环(3)处，绕制匝数比与被检测变压器的初级与次级的匝数比相等的第一辅助线圈(1)和第二辅助线圈(2)，所述的两个辅助线圈与主功率变压器电气连接方式采取串联方式，即分别串接于变压器初级与次级回路，与变压器初级回路串联的线圈绕制K1匝，与变压器次级回路串联的线圈绕制K2匝，K1与K2数值选取为最简不可约的正整数；霍尔传感器检测所得的电压信号即为励磁电流大小，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

2.根据权利要求1所述的一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法，其特征在于：所述的被检测变压器为拥有2个或2个以上的多绕组变压器，则根据变压器各绕组的匝数比，相应在霍尔传感器的聚磁环上绕制相同比值的辅助线圈。

3.根据权利要求1所述的一种基于单个霍尔电流传感器的变压器偏磁在线检测方法，其特征在于：所述的被检测变压器的基本拓扑结构包括：单端正激变换器、双端正激变换器、半桥正激式变换器、全桥正激式变换器和推挽正激式变换器。

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