CN102124641A - 电功率转换器中的负载电流检测 - Google Patents

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Abstract

电功率转换器具有：变压器(4)和检测电路，所述检测电路用于获得重构的输出或者负载电流。在本发明的第一方面，通过从缩放的初级电流(Iprim)减去缩放的初级电压(Vcap)的时间积分。在本发明的第二方面，通过从缩放的初级电流(Iprim)减去辅助线圈(24)两端电压(Vaux)的缩放电压的时间积分。

Description

电功率转换器中的负载电流检测
技术领域
本发明涉及电功率转换器中的负载电流检测，具体地涉及谐振转换器。
发明内容
根据本发明的一个方面，提出了一种电功率转换器，包括：具有初级电路和次级电路的变压器，所述初级电路由AC信号供电，以在用于输送负载电流的所述次级电路上感应次级AC信号；检测电路，操作用于检测表示所述初级电路中电流的第一电信号和表示所述初级电路两端电压的时间积分的第二电信号；缩放电路，用于根据所述变压器的泄露和磁化电感将所述第一电信号相对于第二电信号进行缩放或者按比例调节；以及计算电路，用于将缩放的第一和第二信号进行组合，以便有效地从所缩放的第一电信号中减去所缩放的第二电信号以获得差信号，所述差信号表示反映到变压器的初级侧的负载电流，并且因此表示实际的负载电流。
这样，在无需辅助线圈的情况下，可以实现输出或者负载电流的重建。这是通过确定初级电流与变压器的初级线圈两端电压的时间积分之间的差来实现的。
根据本发明的另一个方面，提出了一种电功率转换器，包括：具有初级电路和次级电路的变压器，所述初级电路由AC信号供电，以在用于输送负载电流的所述次级电路上感应次级AC信号；检测电路，用于获得表示负载电流的电信号，其中所述检测电路包括：电路元件，用于获得表示初级电路中的电流的第一电信号；辅助电路，用于获得表示变压器中流动的磁化电流的第二电信号；以及计算电路，用于将第一和第二信号进行组合，以便从第一信号中有效地减去第二信号以获得差信号，所述差信号表示反映到变压器的初级侧的负载电流，并且因此表示实际的负载电流，其中所述辅助电路包括：辅助线圈，在所述辅助线圈两端感应辅助电压；以及积分电路，用于将所述辅助电压相对于时间进行积分以获得第二电信号，并且根据所述辅助线圈相对于初级电路和次级电路的耦合程度来缩放或者按比例调节所述第一和第二电信号的相对幅度。
通过这一方面，通过利用适当缩放的这些信号来计算初级电流和辅助线圈两端电压的时间积分之间的差，可以实现输出电流重建。这样，可以将辅助线圈与变压器的初级线圈耦合，得到的益处是无需针对辅助线圈的干线隔离(mains isolation)。
附图说明
现在将参考附图作为示例描述本发明的实施例，其中：
图1示出了串联谐振转换器的通用电路图；
图2示出了图1的转换器的变压器的等效电路；
图3是与图1类似的视图，但是示出了在本发明的第一方面使用的输出信号；
图4示出了如何处理图3的输出信号；
图5与图1类似，但是示出了根据本发明第二方面与转换器的变压器相关联的辅助线圈；
图6示出了图5的变压器的等效电路；以及
图7示出了如何处理图6电路的有用输出信号。
具体实施方式
图1示出了串联谐振转换器的通用电路图。转换器包括转换电路1，用于将DC输入2(标记为Vbus)转换为AC信号，所述AC信号对变压器4的初级线圈3供电。在变压器4的分离的次级线圈5a、5b两端感应的次级AC信号由包括两个二极管6和7的第二转换器电流整流为用Vout标记的DC输出电压8，用于输送负载电流。
第一转换器电路在受控的频率按照交替的顺序感应矩形轮廓脉冲Gh和Gl。将所述脉冲馈送至谐振电路，所述谐振电路包括电容器9、串联泄露电感10和承载磁化电流的磁化电感12。将所述变压器4表示为具有N:1∶1的匝数比的理想变压器，所述匝数比是初级线圈3、分离的次级线圈的一半5a和分离的次级线圈的另一半5b的匝数之比。示出了初级线圈3和磁化电感12并联，这种并联结构承载初级电流，并且与泄露电感10和电容器9串联。这种并联结构也与承载初级电流的感测电阻器12串联。这样，电阻器13两端的电压表示初级电流。
图2示出了变压器的等效电路，在初级侧模型化泄露电感。所述电压VIm是电压Vcap减去电感10两端的电压。同样，所述电感10两端的电压是Ls乘以初级电流相对于时间的一阶导数，得到以下等式：
I out = I prim ( 1 + L S L m ) - 1 L m ∫ V cap dt (等式1)
图3与图1类似，但是示出了分别在输出15、16和17上输送所要求的信号Vcap、Iprim和接地信号。
图4示出了如何根据等式1处理这三个信号以提供重构的输出电流Iout。所述信号Vcap由电容分压器缩放，并且馈送至积分器18。将信号Iprim在放大器19中缩放，并且在包括运算放大器22在内的代数和电路20中执行必要的减法，以在线路23上产生所述Iout信号。
图5与图1类似，但是示出了与变压器相关联的辅助线圈24。
图6示出了图5的变压器的等效电路，在次级侧模型化泄露电感。在这种情况下：
Iout＝AIprim-B∫Vauxdt    (等式2)
其中A和B是取决于辅助线圈与变压器的初级线圈和次级线圈的耦合程度的常数。如果LSaux1远大远小于LSaux2，辅助线圈耦合至变压器的次级线圈。如果LSaux1远小于LSaux2，辅助线圈完全与变压器的初级线圈耦合。在等式2中，右手的第二项表示磁化电流。
图7示出了如何根据等式2处理信号Vaux和Iprim，以提供重构的输出电流Iout。将Vaux信号馈送至积分器25，并且按照因子B缩放。将Iprim在放大器26中按照因子A缩放，在包括运算放大器28的代数加法器27中对积分器25和放大器26的输出相减，以在线路29上输送Iout信号。
所述辅助线圈不必缠绕在变压器的次级(干线隔离的)一侧，使得由于非理想耦合引起的误差可以通过对于等式2中的因子A和B选择适当的值来进行校正。
通过阅读本发明公开，其他变型和修改对于本领域普通技术人员而言是清楚明白的。这些变型和修改可以包含本领域已知的等同和其他特征，可以用于代替这里所述的特征或者除了这里所述特征之外来使用。
尽管在该申请中已经明确将权利要求表达为特定特征的组合，应该理解的是本发明公开的范围也包括这里明确或者隐含公开的任何新特征或者新特征的组合、或者任意衍生物，不管其是否涉及任何权利要求中所声明的相同发明，不管是否如同本发明一样减轻任何或相同技术问题。
在分立的实施例的上下文中描述的特征也可以在单独的实施例中组合地提供。相反地，为了简明起见，在单一实施例中描述的各种特征可以单独地提供或者按照任何合适的子组合进行提供。因此，申请人提请注意的是，在本申请的审查以及由此获得的任意另外申请期间，可以明确将新权利要求表达为这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (5)

1.一种电功率转换器，包括：
具有初级电路和次级电路的变压器(4)，所述初级电路由AC信号供电，以在用于输送负载电流的所述次级电路上感应次级AC信号；
检测电路，操作用于检测表示所述初级电路中电流的第一电信号(Iprim)和表示所述初级电路两端电压(Vcap)的时间积分的第二电信号；
缩放电路(18、19)，用于根据所述变压器的泄露和磁化电感，将所述第一电信号相对于第二电信号进行缩放或者按比例调节；以及
计算电路(22)，用于将缩放的第一和第二信号进行组合，以便有效地从所缩放的第一电信号中减去所缩放的第二电信号，以获得差信号，所述差信号表示反映到变压器(4)的初级侧的负载电流，并且因此表示实际的负载电流。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述缩放电路操作用于将第一和第二信号按照
Figure FPA00001311371900011
的比率与相应的因子相乘，其中Ls是泄露电感，以及Lm是磁化电感。
3.根据权利要求1或2所述的转换器，其中所述计算电路根据上述等式1计算负载电流。
4.一种电功率转换器，包括：
具有初级电路(3、12)和次级电路的变压器(4)，所述初级电路由AC信号供电，以在用于输送负载电流的所述次级电路上感应次级AC信号；
检测电路，用于获得表示负载电流的电信号，其中所述检测电路包括：电路元件(13)，用于获得表示初级电路(3、12)中的电流的第一电信号；辅助电路(24、25)，用于获得表示变压器(4)中流动的磁化电流的第二电信号；以及计算电路(27)，用于将第一和第二信号进行组合，以便有效地从第一信号中减去第二信号以获得差信号，所述差信号表示反映到变压器(4)的初级侧的负载电流，并且因此表示实际的负载电流，
其中所述辅助电路包括：辅助线圈，在所述辅助线圈两端感应辅助电压；以及积分电路(25)，用于将所述辅助电压相对于时间进行积分以获得第二电信号，并且根据所述辅助线圈相对于初级电路和次级电路的耦合程度来缩放或者按比例调节所述第一和第二电信号的相对幅度。
5.根据权利要求4所述的转换器，其中所述计算电路根据上述等式2计算输出电流。
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