CN106160477B - 电流感测电路 - Google Patents

Abstract

一种电流感测电路，包括：电流感测变压器，包括连接到转换器输入端的初级线圈，和次级线圈；连接于次级线圈的第一电流通路，其包括第一电阻器，并被配置成使在次级线圈中感应的正向电流流经第一电流通路；以及连接于次级线圈的第二电流通路，其包括第二电阻器，并被配置成使在次级线圈中感应的反向电流流经第二电流通路，其中第一电流通路还包括布置在次级线圈与第一电阻器之间的至少一个电压降元件。

Description

电流感测电路

技术领域

本发明总的来说涉及一种电流感测电路，更特别涉及一种能够消除电流感测电路输出端的偏移电压的电流感测电路。

背景技术

在混合动力车辆或电动车辆中，低压直流(DC)-直流转换器(LDC)向车辆的各种类型的汽车电子元件提供动力。也就是说，LDC将从高压电池输出的高电压转换成低电压，并将低电压作为动力源提供给汽车电子元件。

根据LDC中电流的变化，向LDC的输出端执行功率传输。为了使电流改变，LDC具有多个开关元件。也就是说，LDC意图根据开关元件的开-关操作，将电流的方向改变成正向方向和反向方向，并且通常可分为全桥转换器和半桥转换器。

因此，由LDC执行的电流感测，在控制LDC过程中起到重要作用。利用包括电流感测变压器(CT)的电流感测电路，来进行电流感测。

然而，当在电流感测变压器的次级侧的输出整流级中使用同步整流器时，不连续电流模式区间会消失，并且在转换器需要的输出负载较低的低负载区域的功率传输区间会产生反向流动的问题。当反向电流增加时，电流感测变压器的伏-秒平衡条件使得在0A区间，在电流感测电路的输出端产生偏移电压，使得在低输入电流时，感测到较高的电流。

发明内容

因此，本发明的实施例是考虑到在相关现有技术中存在的上述问题而提出。本发明的目的在于提供一种能够消除电流感测电路输出端的偏移电压的电流感测电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种电流感测电路，包括：电流感测变压器，其包括连接到转换器输入端的初级线圈，和次级线圈；连接于次级线圈的第一电流通路，其包括第一电阻器，并被配置成使在次级线圈中感应的正向电流流经第一电流通路；以及连接于次级线圈的第二电流通路，其包括第二电阻器，并被配置成使在次级线圈中感应的反向电流流经第二电流通路，其中第一电流通路还包括布置在次级线圈与第一电阻器之间的至少一个电压降元件。

至少一个电压降元件可以是电阻器、二极管和齐纳二极管中的至少一个。

第一电阻器的电阻可小于第二电阻器的电阻。

被施加到第一电阻器的正电压与被施加到第二电阻器的负电压具有相等大小。

至少一个电压降元件可使电压降低，所降低的量为在转换器所需的输出负载小于预设参考值的低负载区域被施加到第一电阻器的偏移电压的大小。

第一电流通路还可包括第一二极管，使得正向电流流经第一电流通路，以及至少一个电压降元件可以与第一二极管串联连接。

至少一个电压降元件的数量和类型，可取决于被施加到第一电阻器的偏移电压的大小

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，将可以更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，其中：

图1和图2是示出根据本发明的实施例的电流感测电路和被连接于电流感测电路的转换器的电路图；以及

图3A和图3B示出根据本发明实施例，在连接到电压降元件之前和之后感测值随电流大小进行变化的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的实施例以及在本说明书或申请文件中公开的相关特定结构或功能描述，仅以描述本发明实施例的目的被示出。本发明的实施例可以采用各种形式来实现，并且不应解释为局限于在本说明书中或本申请文件中所描述的实施例。

根据本发明的实施例可以以各种方式变型，并且可具有各种不同的形式，因此意图在附图中示出特定实施例，并在本说明书或申请文件中进行详细描述。然而，应当理解的是，这些实施例并非意图将基于本发明的概念的实施例限制到特定公开的形式，而是包括包含在本发明的构思和范围内的各种变化、等效布置或变型。

本文所使用的术语是仅为了说明特定实施例的目的，而无意限制本发明。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也用来包括其复数形式，除非上下文中另外明确指出。还可理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。

诸如“第一”和“第二”的术语可用于描述不同的元件，但这些元件并不被这些术语所限制。这些术语仅用来区分一元件与其他元件，并且第一元件可被称为第二元件，以及以同样的方式，第二元件可被称为第一元件，而不背离基于本发明概念的范围。

在整个说明书中，应当理解，表示第一元件“连接”或“连结”到第二元件的表述，可包括利用其它元件将第一元件连接或连结到第二元件(其中，其它元件介于第一元件与第二元件之间)的情况，还包括第一元件“直接连接”或“直接连结”到第二元件的情况。相反地，应当理解，表示第一元件“直接连接”或“直接连结”于第二元件的表述，是指在第一元件和第二元件之间没有插入元件。描述元件之间关系的其它表述，即，“在两者之间”和“直接在两者之间”或“相邻的”以及“直接相邻的”，应当以类似方式进行解释。

本说明书中使用的术语仅用于描述特定实施例，而并非用于限制本发明。除非在文中特别指出相反描述之外，否则单数表达形式包括复数表达形式。在本说明书中，应当理解，诸如“包括”或“具有”的术语仅仅是为了表明特征、数目、步骤、操作、元件、部件或其组合是存在的，而不是意图排除一个或多个其他特征、数目、步骤、操作、元件、部件或其组合存在或被添加的可能性。

可以理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括一般的机动车辆，例如客运汽车，包括运动型多用车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和艇在内的水运工具、航空器，等等，并且包括混合动力交通车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。本文所提到的混合动力车辆是指使用两种或多种动力源的车辆，例如汽油和电力混合动力车辆。

除非有不同的定义，否则本文所使用的包括技术或科学术语的所有术语与本发明涉及领域的技术人员通常所理解的术语具有相同的意义。与通常所使用的字典中所定义的术语相同的术语应当被解释为具有与相关领域的上下文意义相同的意义，而不能被解释为理想的或过于正式的意义，除非它们在本说明书中被明确定义。

下文中，将参考附图对本发明的示例性实施例进行详细描述。在所有的附图中，使用相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1和图2是示出根据本发明实施例的电流感测电路以及被连接到电流感测电路上的转换器的电路图。根据本发明的实施例的电流感测电路100，包括：由初级线圈和次级线圈组成的电流感测变压器8，其中初级线圈被连接到转换器10的输入端；第一电流通路，连接到次级线圈，并被配置成使在次级线圈中感应的正向电流可以从第一电流通路中流过，并且包括第一电阻器5；以及第二电流通路，被连接到次级线圈，并被配置成使在次级线圈中感应的反向电流可以从第二电流通路流过，并且包括第二电阻器1。在此，第一电流通路还可包括布置在次级线圈和第一电阻器5之间的至少一个电压降元件4。电压降元件4可以是电阻器、二极管以及齐纳二极管(Zener diode)中的至少一个。电压降元件4的数量和类型取决于被施加到第一电阻器5的偏移电压的大小。也就是说，与在最坏条件下产生的偏移电压(例如，最高的可能电压值)的大小相对应的二极管、电阻器以及齐纳二极管中的任何一个，可被选择并被连接至第一电流通路。

在第一电流通路中，第一二极管3被设置成使得正向电流可以流动，并且电压降元件4与第一二极管3串联连接。电流感测变压器8的初级线圈连接到全桥转换器10的输入端，并且由于电流感测变压器8的初级线圈和次级线圈之间的互感使得伏-秒平衡(voltage-second)条件能够被保持。

电流感测电路100用于利用在第一电阻器5感应的电压的大小来感测电流。正向电流(即，正电流)流经第一电流通路，反向电流(即，负电流)流经第二电流通路。由于反向电流比正向电流小得多，因此第二电阻器1的电阻值比第一电阻器5的电阻值大得多，使得伏-秒平衡条件能够被保持。也就是说，当伏-秒平衡条件能够被满足时，被施加到第一电阻器5的正电压的大小与被施加到第二电阻器1的负电压的大小彼此相等。

第一电流通路可以是功率传输通路，而第二电流通路可以是回流通路。当同步整流器被使用在转换器10中的变压器的次级侧的整流级时，或者当间隙变压器(gaptransformer)被用作上述变压器时，在转换器10所需的输出负载的量小于预设参考值的低负载功率传输区间中，会出现反向电流流经第一电流通路的情况。在间隙变压器的情况下，由于互感电流可产生偏移电压。

例如，当同步整流器被用作转换器10的输出整流级时，不连续电流模式(DCM)区间消失，电流在低负载区域的功率传输区间沿反方向流动，从而与现有的连续电流模式(CCM)区间相比，增大了电流感测误差。此外，根据条件，在第一电阻器5中产生偏移电压，使得电流的大小和感测电压的大小不具有线性关系。

图3A和图3B示出表明根据本发明实施例的在连接到电压降元件之前和之后感测值随着电流大小而变化的曲线图。参照图3A和3B，在常规电流感测电路中，存在电压值不随着电流值增加而增加的区间，因而电流值和电压值具有非线性关系。而在根据本发明实施例的电流感测电路中，可以看出，电流值和电压值具有线性关系，其中电压值随着电流值的增加而增加。也就是说，通过克服非线性，由电流感测电路感测到的电流值具有重要的意义。

当反向电流流经第一电流通路时，在第一电阻器5处产生偏移电压。这样的偏移电压可通过电压降元件4而被消除。也就是说，具有与偏移电压相同大小的电压被施加到电压降元件4，从而消除偏移电压。

在根据本发明实施例的电流感测电路中，不能利用常规高速开关二极管来实施的至少一个电压降元件，与高速开关二极管串联连接，从而减小偏移电压。此外，所公开的实施例可以通过电压降元件来降低电压，从而消除输出电压偏移。另外，所公开的实施例可以解决：当电流在低负载功率区域中沿反方向(即，负方向)流动时，电流感测误差增大；以及当产生输出电压偏移时，会出现感测电流值的非线性等问题。所公开的实施例还可防止因存在偏移电压而感测到高于实际电流的电流值的现象。

尽管已出于示例的目的公开了本发明的实施例，然而，本领域技术人员应当理解，在不背离本发明所公开的所附权利要求的范围和思想的前提下，还可以进行各种改型、添加和替换。因此，本发明的技术范围应当由所附权利要求的技术思想和范围来限定。

Claims (6)

1.一种电流感测电路，包括：

电流感测变压器，包括连接到转换器输入端的初级线圈，和次级线圈；

连接于所述次级线圈的第一电流通路，其包括第一电阻器和作为高速开关二极管的第一二极管，该第一二极管被配置成使在所述次级线圈中感应的正向电流流经所述第一电流通路；以及

连接于所述次级线圈的第二电流通路，其包括第二电阻器，并被配置成使在所述次级线圈中感应的反向电流流经所述第二电流通路，

其中所述第一电流通路还包括布置在所述次级线圈与所述第一电阻器之间的至少一个电压降元件，并且所述至少一个电压降元件与所述第一二极管串联连接，其中所述至少一个电压降元件的电压容量被确定为对应于被施加到所述第一电阻器的偏移电压的大小。

2.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述至少一个电压降元件是电阻器、二极管和齐纳二极管中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述第一电阻器的电阻小于所述第二电阻器的电阻。

4.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中被施加到所述第一电阻器的正电压与被施加到所述第二电阻器的负电压具有相等大小。

5.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述至少一个电压降元件使电压降低，所降低的量为在所述转换器所需的输出负载小于预设参考值的低负载区域被施加到所述第一电阻器的偏移电压的大小。

6.根据权利要求1所述的电流感测电路，其中所述至少一个电压降元件的数量和类型，取决于被施加到所述第一电阻器的偏移电压的大小。