CN101694501A - 一种开关电源变压器励磁电流在线的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制K1匝与变压器初级回路串联的第一辅助线圈；绕制K2匝与变压器次级回路串联的第二辅助线圈；第一辅助线圈与第二辅助线圈的绕制方向一致；霍尔电流传感器检测得到电压信号，用于实现变压器磁芯复位功能。所述的K1和K2匝数比值是n，K1和K2匝数值选取为最简单不可约的正整数；所述的变压器的初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。本发明的方法无须运算电路，检测精度高、检测速度快并且适合所有正激式电路的变压器励磁电流在线的检测，尤其对于多绕组变压器，只需要在聚磁环处绕制满足相应匝数比的辅助线圈个数即可。

Description

一种开关电源变压器励磁电流在线的检测方法

技术领域

本发明涉及变压器电路，特别涉及一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法。

背景技术

与小功率开关变换器，即功率在200瓦以下的开关变换器相比，大功率开关变换器，即功率在1000瓦以上的开关变换器，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励磁状态，以免高频变压器磁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，如附图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励磁电流在线检测的方法，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磁芯磁复位的功能实现中。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：

一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，其特征在于：

在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制K1匝与变压器初级回路串联的第一辅助线圈；绕制K2匝与变压器次级回路串联的第二辅助线圈；第一辅助线圈与第二辅助线圈的绕制方向一致；霍尔电流传感器检测得到电压信号，用于实现变压器磁芯复位功能。

所述的K1和K2匝数比值是n，K1和K2匝数值选取为最简单不可约的正整数；所述的变压器的初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。

所述的变压器是多绕组变压器，其初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。

本发明的有益效果是提供一种无须经过运算的变压器励磁电流在线的检测方法，检测速度主要取决于霍尔传感器，无须运算电路，因此具有检测精度高、检测速度快的特点；本发明的检测方法适合所有正激式电路的变压器励磁电流在线的检测，尤其对于多绕组变压器，只需要在聚磁环处绕制满足相应匝数比的辅助线圈个数即可。

附图说明

图1是本发明方法的一实施例的变压器T型电路等效图；

图2是本发明方法的霍尔电流传感器聚磁环绕制的辅助线圈的结构图；

图3是本发明方法应用于全桥电路的实施例图；

图4是本发明方法应用于半桥电路的实施例图；

图5是本发明方法应用于推挽电路的实施例图；

图6是本发明方法应用于单端正激式电路的实施例图；

图7是本发明方法应用于双端正激式电路的实施例图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，应用于大功率开关变换器，即功率在1000瓦以上的开关变换器，通过将霍尔电流传感器与变压器初级回路和次级回路串联的方式实施。在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制K1匝与变压器初级回路串联的第一辅助线圈；绕制K2匝与变压器次级回路串联的第二辅助线圈；第一辅助线圈与第二辅助线圈的绕制方向一致；霍尔电流传感器检测得到电压信号，用于实现变压器磁芯复位功能。

所述的K1和K2匝数比值是n，K1和K2匝数值选取为最简单不可约的正整数；所述的变压器的初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。所述的变压器可以选择多绕组变压器，其初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n，在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制K1匝与变压器初级回路串联的第一辅助线圈；绕制K2匝与变压器次级回路串联的第二辅助线圈，K1和K2匝数比值是n。

图1所示的变压器T型电路等效图，R1一次绕组内部电阻；X1σ一次绕组漏电抗；R’2折算至原边二次绕组内部电阻；X’2σ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是变压器一次绕组电流，也就是初级回路电流；I2折算至原边二次绕组电流，也就是次级回路电流；Im励磁电流；U1一次绕组电压；U’2折算至原边二次绕组电压，现有技术中，一般用差值法来检测励磁电流的大小。运用的数学模型是如图1所示的变压器T型等值电路，运算公式为：

$I_m=I_1-\frac{I_2}{n}$ (式1)

图2所示的霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制第一辅助线圈L1和第二辅助线圈L2，聚磁环3，霍尔传感器4，聚磁环3与霍尔传感器4构成一个完整的霍尔电流传感器；I3是开关电源变压器初级回路电流；I4是开关电源变压器次级回路电流；Ih是霍尔传感器控制电流；Uh是霍尔传感器输出电压。

图3是本发明方法应用于全桥电路的实施例图，S1、S2、S3、S4是桥式电路功率开关管；T是被测开关电源变压器；H1是初级电流产生的磁场强度；H2是次级电流产生的磁场强度。

根据开关电源变压器的初级与次级绕组匝数的比值N1/N2＝n，严格按照等式N1/N2＝K1/K2＝n，计算第一辅助线圈K1和第二辅助线圈K2的匝数，K1和K2的数值选取为最简不可约的正整数。根据选取的K1和K2的数值，在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制第一辅助线圈和第二辅助线圈，并且第一辅助线圈与第二辅助线圈的绕制方向一致。在电气连接实施中，第一辅助线圈K1与功率变压器绕组N1串联，第二辅助线圈K2与功率变压器绕组N2串联。通过控制辅助线圈K1与K2的电流方向，利用右手螺旋定律来判断磁场方向，保证二者在聚磁环中形成的磁场实现相互弱磁的效果，以符合表达式

$I_m=I_1-\frac{I_2}{n}---\left(1\right)$ 的关系。霍尔传感器输出的信号用于变压器磁芯复位功能的实现。

图4是本发明方法应用于半桥电路的实施例图，S1、S2是桥式电路功率开关管、C1、C2是电容，T是被测开关电源变压器；H1是初级电流产生的磁场强度；H2是次级电流产生的磁场强度。图5是本发明方法应用于推挽电路的实施例图。图6是本发明方法应用于单端正激式电路的实施例图。图7是本发明方法应用于双端正激式电路的实施例图。图3-7是本发明方法应用于不同正激式电路的实施例图，图中凡标记相同的元器件，具有相同作用，代表相同的含义。本发明方法应用于不同正激式电路的实施原理与图3中所示的本发明方法应用于全桥电路的实施原理相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，其特征在于：

在霍尔电流传感器的聚磁环上，绕制K1匝与变压器初级回路串联的第一辅助线圈；绕制K2匝与变压器次级回路串联的第二辅助线圈；第一辅助线圈与第二辅助线圈的绕制方向一致；霍尔电流传感器检测得到电压信号，用于实现变压器磁芯复位功能。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，其特征在于：所述的K1和K2匝数比值是n，K1和K2匝数值选取为最简单不可约的正整数；所述的变压器的初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。

3.根据权利要求1所述的一种开关电源的变压器励磁电流在线的检测方法，其特征在于：所述的变压器是多绕组变压器，其初级绕组匝数和次级绕组匝数比值是n。

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