CN101655516B - 一种主路输入电流检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主路输入电流检测装置，包括电流互感器、取样单元和整形单元；电流互感器原边与主功率开关器件相连，取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间；电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元，取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元，整形单元对电压信号进行整形；整形单元包括电容和第一电阻，电容和第一电阻并联后、一端耦合在取样单元与采样端口之间，另一端接地。本发明利用RC充放电去拟和在主功率开关器件关断后的主路电感的电流波形。本发明可很好的模拟电感电流，便于准确的进行电流控制。本发明成本低，节省空间。

Description

一种主路输入电流检测装置
技术领域
本发明涉及一种主路输入电流检测装置。
背景技术
在开关电源中通常需要准确，高效地检测主路输入电流信号，从而实现精确的电流控制。检测电流的方式主要有三种：电阻检测，电流互感器(CT)检测，霍尔(HALL)检测。其中CT检测因具有功耗小，实现了开关电源变压器的原副边电气隔离，价格低廉等优点在开关电源中获得了最为广泛的应用。
在采用CT进行电流检测的方案中，为了防止CT饱和，通常采用了图1所示的连接方式。其中SW1表示主功率开关器件，可以是绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)、金属-氧化层-半导体-场效晶体管、(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor，简称GTO)，甚至二极管(DIODE)等半导体器件。这种连接方式被广泛的使用在单端电路、BUCK、BOOST等电路中。当主功率开关器件导通时，CT检测流过开关器件的电流。当开关器件关断时，CT检测的电流为零，同时在关断的时间内进行磁复位。图2为电感电流连续时CT采样的电流波形。
但在某些情况下例如功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)控制中，在输入电压的峰值处开关器件的占空比很小，同时由于软件和硬件上的延时使得我们采样的真正时刻已经处于开关器件的关断处，检测到的电流为零，严重地影响到控制效果和系统的稳定性。为了克服这种情况通常可以采用HALL检测电感电流参与控制来实现我们的控制指标，但无疑极大的增加了成本。也可以采用两个CT拼接出电感电流参与控制，但在三相系统中由于需要检测的电流较多，也会增加成本、空间，减小系统的功率密度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种成本低、检测效果好的主路输入电流检测装置。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种主路输入电流检测装置，包括电流互感器、取样单元和整形单元；所述电流互感器原边与主功率开关器件相连，所述取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间；所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元，所述取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元，所述整形单元对电压信号进行整形；所述整形单元包括电容和第一电阻，所述电容和第一电阻并联后、耦合在取样单元与采样端口之间。
所述取样单元包括CT副边取样电路和第一信号调理电路，所述第一信号调理电路耦合在CT副边取样电路和整形单元之间，所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路，所述第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波和比例调整。
所述整形单元还包括第一三极管、第二三极管、第二电阻；所述第一三极管基极与第一信号调理电路输出端相连，所述第一三极管集电极接正电源，射极与电容第一端、第一电阻第一端、第二三极管基极分别相连，第二三极管射极经第二电阻接正电源，第二三极管集电极接地。
所述整形单元还包括二极管，所述二极管阳极与第一信号调理电路输出相连，阴极与电容第一端、第一电阻第一端相连。
第一信号调理电路还对CT副边取样电路输出的电压信号进行直流偏置。
还包括第二信号调理电路，所述第二信号调理电路耦合在整形单元和采样端口之间，所述第二信号调理电路对整形单元输出的电压信号进行滤波和比例调整。
所述电容和第一电阻的参数满足如下公式：RC＝3T～5T，其中R为第一电阻的阻值，C为电容的容值。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明采用了一种整形电路和CT检测相结合的方案，通过整形单元模拟出电感电流波形，克服了现有的采用CT主路输入电流检测装置在占空比很小时，由于延时导致采样到的电流值为零的问题。从而彻底解决了在采样中存在的采不到电流值的情况。本发明利用RC充放电去拟和在主功率开关器件关断后的主路电感的电流波形。可以使整形后的波形能够很好的模拟电感电流，便于准确的进行电流控制。本发明还具有节约成本，节省空间的优点。
附图说明
图1是现有的电互感器流检测连接示意图；
图2是电感电流连续时，现有的电互感器流采样的电流波形示意图；
图3是本发明具体实施方式一的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式二的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式二的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一
如图3所示，一种主路输入电流检测装置，包括电流互感器、取样单元和整形单元。所述电流互感器原边与主功率开关器件相连，所述取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间。所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元，所述取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元。所述整形单元对电压信号进行整形，使得在主功率开关器件关断时送到采样端口的电流也不再为零。所述整形单元包括电容C和第一电阻R1，所述电容C和第一电阻R1并联后、耦合在取样单元与采样端口之间。
如图3所示，所述取样单元包括CT副边取样电路和第一信号调理电路，所述第一信号调理电路耦合在CT副边取样电路和整形单元之间，所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路，所述第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波和比例调整。所述比例调整可以通过运算放大器实现。
如图3所示，所述主路输入电流检测装置还包括第二信号调理电路，所述第二信号调理电路耦合在整形单元和采样端口之间，所述第二信号调理电路对整形单元输出的电压信号进行滤波和比例调整。这样实现主路输入电流检测装置与DSP的阻抗匹配。所述采样端口可以为数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)的采样端口。
上述主路输入电流检测装置工作原理如下：
所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给CT副边取样电路。所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路。第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波、比例调整，然后送至整形单元进行处理。在0～DTs时刻(Ts为主功率开关器件的开关周期，D为占空比)，Vin高于电容C上的电压，对电容C进行快速充电，使得电容C上的电压波形能够与电流互感器原边电流波形保持一致。在DTs～Ts过程中，电流互感器原边CT原边的电流为0，电容C通过第一电阻R1进行放电，拟和实际电感(开关电源的主路电感，图中未示出)电流，从而可以达到HALL检测的效果。本发明利用RC充放电去拟和在主功率开关器件关断后的电感电流波形。能够很好的模拟电感电流，便于准确的进行电流控制，不存在采不到电流值的情况。
通过调整电容C和第一电阻R1的参数，可以达到和实际电感电流波形一致的效果。经过发明人反复试验，发现当所述电容和第一电阻的参数满足如下公式：RC＝3T～5T时(其中R为第一电阻的阻值，C为电容的容值)，模拟的波形较好。
具体实施方式二
如图4所示，本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于：所述整形单元还包括二极管D，所述二极管D阳极与第一信号调理电路输出相连，阴极与电容C第一端、第一电阻R1第一端相连，所述电容C第二端、第一电阻R1第二端接地。如图4所示，第一信号调理电路还对CT副边取样电路输出的电压信号进行直流偏置，以补偿二极管的电压损耗。
上述主路输入电流检测装置工作原理如下：
所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给CT副边取样电路。所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路。第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波、比例调整，然后送至整形单元进行处理。在0～DTs时刻(Ts为主功率开关器件的开关周期，D为占空比)，Vin高于电容C上的电压和二极管D的导通压降之和，对电容C进行快速充电，使得电容C上的电压波形能够与电流互感器原边电流波形保持一致。在DTs～Ts过程中，电流互感器原边CT原边的电流为0，二极管反向截止。电容C通过第一电阻R1进行放电，拟和实际电感电流，从而可以达到HALL检测的效果。
具体实施方式三
如图5所示，本具体实施方式与具体实施方式二的不同之处在于：整形单元的结构不同。本具体实施方式中，所述整形单元还包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第二电阻R2；所述第一三极管Q1基极与第一信号调理电路输出端相连，所述第一三极管Q1集电极接正电源，第一三极管Q1射极与电容C第一端、第一电阻第一端、第二三极管基极分别相连，第二三极管射极经第二电阻接正电源，第二三极管集电极接地。第一三极管Q1为NPN型，第二三极管Q2为PNP型。本具体实施方式中，第一信号调理电路不需补偿二极管D的电压。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种主路输入电流检测装置，其特征在于：包括电流互感器、取样单元和整形单元；所述电流互感器原边与主功率开关器件相连，所述取样单元连接在电流互感器副边与整形单元之间；所述电流互感器采样主功率开关器件上的电流信号输出给取样单元，所述取样单元将电流信号转换为适当的电压信号并输出至整形单元，所述整形单元对电压信号进行整形；所述整形单元包括电容和第一电阻，所述电容和第一电阻并联后、一端耦合在取样单元与采样端口之间，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：所述取样单元包括CT副边取样电路和第一信号调理电路，所述第一信号调理电路耦合在CT副边取样电路和整形单元之间，所述CT副边取样电路将电流信号转换为适当的电压信号并输出至第一信号调理电路，所述第一信号调理电路对所述电压信号进行滤波和比例调整。
3.根据权利要求2所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：所述整形单元还包括第一三极管、第二三极管、第二电阻；所述第一三极管基极与第一信号调理电路输出端相连，所述第一三极管集电极接正电源，射极与电容第一端、第一电阻第一端、第二三极管基极分别相连，第二三极管射极经第二电阻接正电源，第二三极管集电极接地。
4.根据权利要求2所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：所述整形单元还包括二极管，所述二极管阳极与第一信号调理电路输出端相连，阴极与电容第一端、第一电阻第一端相连。
5.根据权利要求4所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：第一信号调理电路还对CT副边取样电路输出的电压信号进行直流偏置。
6.根据权利要求2-5任一项所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：还包括第二信号调理电路，所述第二信号调理电路耦合在整形单元和采样端口之间，所述第二信号调理电路对整形单元输出的电压信号进行滤波和比例调整。
7.根据权利要求1-5任一项所述的主路输入电流检测装置，其特征在于：所述电容和第一电阻的参数满足如下公式：RC＝3T～5T，其中R为第一电阻的阻值，C为电容的容值。
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