CN109507469B

CN109507469B - 电流感测装置

Info

Publication number: CN109507469B
Application number: CN201910113565.3A
Authority: CN
Inventors: 叶忠
Original assignee: Shanghai Zhuan Core Enterprise Management Consulting Partnership (limited Partnership)
Current assignee: Inventchip Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: CN109507469A

Abstract

本公开涉及一种电流感测装置，所述装置包括电流互感器、第一初级回路、第二初级回路、次级回路；电流互感器包括串联连接的第一初级绕组和第二初级绕组、以及次级绕组；第一初级回路依次连接有所述电感、电源、第一二极管、第一晶体管及第一初级绕组；第二初级回路依次连接有电感、所述电源、第二二极管、第二晶体管及第二初级绕组；次级回路包括次级绕组及输出端，次级绕组用于感应流过第一初级绕组的电流或第二初级绕组的电流，次级回路的输出端用于根据流过第一初级绕组的电流或流过第二初级绕组的电流输出电感对应的感测电流。本公开可以利用一个电流互感器对图腾柱PFC的电流进行精确检测，并可以在实现双向电流检测的前提下显著降低成本。

Description

电流感测装置

技术领域

本公开涉及电源技术领域，尤其涉及一种电流感测装置。

背景技术

在供电系统中，电源的转换效率极其重要，相关技术中有通过图腾柱功率因数校正电路（以下简称为图腾柱PFC）来提高电源的转换效率的方式。在将图腾柱PFC应用于供电系统以改善电源的转换效率时，通常需要检测图腾柱PFC的电流以获取图腾柱PFC电路的工作情况，然而，在相关技术中，对图腾柱PFC进行电流检测的技术方案具有各种各样的缺点，例如，在部分相关技术中只能检测图腾柱PFC的单向电流，在另一部分相关技术中，虽然可以实现图腾柱PFC电流的双向检测，但是控制电路及控制方法过于复杂，实现成本也高，并且由于复杂的控制方法及控制电路，容易导致电流的检测出现错误。

因此，亟需提出一种易于实现、成本低廉、电流检测准确的新的技术方案以对图腾柱PFC进行电流检测。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种电流感测装置，用于检测图腾柱功率因数变换电路的电流，所述图腾柱PFC变换电路包括第一晶体管和第二晶体管；所述装置包括电流互感器、第一初级回路、第二初级回路、次级回路；其中，

所述电流互感器包括串联连接的第一初级绕组和第二初级绕组、以及次级绕组；其中，所述第一初级绕组的第一端与所述第一晶体管的第一端电性连接，所述第二初级绕组的第一端与所述第二晶体管的第一端电性连接；所述第一初级绕组的第二端和所述第二初级绕组的第二端电性连接于电感；

所述第一初级回路基于所述第一初级绕组形成，用于检测所述第一晶体管导通时流过所述电感的电流，依次连接有所述电感、电源、第一二极管、所述第一晶体管及所述第一初级绕组；

所述第二初级回路基于所述第二初级绕组形成，用于检测所述第二晶体管导通时流过所述电感的电流，依次连接有所述电感、所述电源、第二二极管、所述第二晶体管及所述第二初级绕组；

所述次级回路包括次级绕组及输出端，所述次级绕组用于感应流过所述第一初级绕组的电流或所述第二初级绕组的电流，所述次级回路的输出端用于根据流过所述第一初级绕组的电流或流过所述第二初级绕组的电流输出所述电感对应的感测电流；

其中，所述次级绕组的第一端与所述第一初级绕组的第一端及所述第二初级绕组的第二端为同名端。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

控制信号产生模块，电性连接于所述第一晶体管及所述第二晶体管，用于输出开关控制信号，所述开关控制信号包括第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号、第一采样信号、第二采样信号，其中，所述第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号用于控制所述第一晶体管、所述第二晶体管的导通状态。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块还用于接收预设占空比信号，并根据所述预设占空比信号输出所述开关控制信号；

其中，所述控制信号产生模块在输出所述第一晶体管控制信号的时间的中点输出所述第一采样信号，在输出所述第二晶体管控制信号的时间的中点输出所述第二采样信号。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块还包括：

极性检测比较器，所述极性检测比较器的两个输入端分别电性连接于所述电源的两端，所述极性检测比较器的输出端电性连接于所述控制信号产生模块的控制端，用于根据所述电源的电压输出极性检测信号到所述控制信号产生模块；

其中，当所述电源输出电压为正半周时，所述极性检测比较器的输出端输出第一极性检测信号；

当所述电源输出的电压为负半周时，所述极性检测比较器的输出端输出第二极性检测信号。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块，还用于在接收到所述第一极性检测信号时，向所述第一晶体管输出所述第一晶体管控制信号，向所述第二晶体管输出所述第二晶体管控制信号，其中，在所述第一晶体管接收到所述第一晶体管控制信号的期间，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管处于截止状态，所述电感放电；在所述第二晶体管接收到所述第二晶体管控制信号的期间，所述第二晶体管导通，所述第一晶体管处于截止状态，所述电源通过所述第二初级回路对所述电感充电；或

在接收到所述第二极性检测信号时，向所述第一晶体管输出所述第二晶体管控制信号，向所述第二晶体管输出所述第一晶体管控制信号，其中，在所述第二晶体管接收到所述第一晶体管控制信号的期间，所述第二晶体管导通，所述第一晶体管处于截止状态，所述电感放电；在所述第一晶体管接收到所述第二晶体管控制信号的期间，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管处于截止状态，所述电源通过所述第一初级回路对所述电感充电。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

中位电流获取模块，电性连接于所述次级回路的输出端，用于在接收到所述第一采样信号时获取第一采样电流，在接收到所述第二采样信号时获取所述第二采样电流，并根据所述第一采样电流及所述第二采样电流获取中位电流，所述中位电流为所述感测电流的中值。

在一种可能的实施方式中，所述次级回路还包括第三二极管及感测电阻，所述次级绕组依次与所述第三二极管及感测电阻电性连接，所述第三二极管与所述感测电阻之间的连接点为所述次级回路的输出端，所述中位电流获取模块包括：

第一采样开关及第一电容，所述第一采样开关电性连接于所述次级回路的输出端及所述第一电容，在接收到所述第一采样信号时，所述第一采样开关导通，所述第一电容获取所述第一采样电流；

第二采样开关及第二电容，所述第二采样开关电性连接于所述次级回路的输出端及所述第二电容，在接收到所述第二采样信号时，所述第二采样开关导通，所述第二电容获取所述第二采样电流；

第一运算放大器，所述第一运算放大器电性连接于所述第一电容及所述第二电容，用于接收所述第一采样电流及所述第二采样电流，并根据所述第一采样电流及所述第二采样电流获取平均电流；

第二运算放大器，电性连接于所述第二电容及所述第一运算放大器，用以获取所述第二采样电流及所述平均电流，并根据所述第二采样电流及所述平均电流获取中位电流。

在一种可能的实施方式中，所述第一运算放大器的增益为0.5，所述第一运算放大器获取所述平均电流的公式为：

Iavg=（Is2-Is1）/2，其中，Iavg为所述平均电流，Is1为所述第一采样电流，Is2为所述第二采样电流；

所述第二运算放大器获取所述中位电流的公式为：

Icent=Is2-Iavg，其中，所述Icent为所述中位电流。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

电流重建模块，电性连接于所述控制信号产生模块、所述次级回路的输出端及所述中位电流获取模块，用于获取所述感测电流及所述中位电流，并根据所述感测电流及中位电流获取重建电流，其中，所述重建电流为流经所述电感的电感电流。

在一种可能的实施方式中，所述电流重建模块包括：

重建开关子模块，用于接收所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号，并根据所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择路径传输所述感测电流及所述中位电流；

电流重建子模块，电性连接于所述重建开关子模块，用于根据所述感测电流及所述中位电流获取所述重建电流。

在一种可能的实施方式中，所述重建开关子模块包括第一重建开关及第二重建开关，所述电流重建子模块包括重建运算放大器，所述根据所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择路径传输所述感测电流及所述中位电流，包括：

所述第一重建开关在接收到所述第一晶体管控制信号时，将所述感测电流通过第二路径输出到所述重建运算放大器的负向输入端，同时将所述中位电流通过第一路径输出到所述重建运算放大器的正向输入端；

所述第二重建开关在接收到所述第二晶体管控制信号时，将所述中位电流通过第四路径输出到所述重建运算放大器的负向输入端，同时将所述感测电流通过第-三路径输出到所述重建运算放大器的正向输入端。

在一种可能的实施方式中，当所述重建运算放大器的正向输入端接收到所述感测电流及所述重建运算放大器的反向输入端接收到所述中位电流时，根据如下公式获取所述重建电流：

Irct=Is-Icent，其中，Irct为所述重建电流，Is为所述感测电流，Icent为所述中位电流；

当所述重建运算放大器的正向输入端接收到所述中位电流及所述重建运算放大器的反向输入端接收到所述感测电流时，根据如下公式获取所述重建电流：

Irct=Icent-Is。

在一种可能的实施方式中，所述第一重建开关及所述第二重建开关为双刀单掷开关或多路选择开关。

在一种可能的实施方式中，所述第一晶体管及所述第二晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、双极结型晶体管（BJT）的其中之一。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块包括脉冲宽度调制信号产生器。

根据本公开的另一方面，提出了一种电流感测装置，所述电流感测装置用于感测被感测电路的电流，所述电流包括正向电流和负向电流，所述装置包括：电流互感器、二极管及感测电阻；

所述电流互感器包括串联连接的第一初级绕组和第二初级绕组、以及次级绕组，所述电流互感器的第一初级绕组和第二初级绕组与被感测电路连接；

所述次级绕组的第一端电性连接于所述二极管的正极，所述二极管的负极通过感测电阻电性连接于所述次级绕组的第二端，所述二极管与所述感测电阻的连接端用于输出感测电流；

在一种可能的实施方式中，所述被感测电路包括具有半桥结构的电路。

在一种可能的实施方式中，所述具有半桥结构的电路包括图腾柱PFC电路、同步降压电路、逆变器。

本公开所述的电流感测装置，由一个电流互感器实现，通过电流互感器串联连接的第一初级绕组及第二初级绕组分别形成第一初级回路及第二初级回路，利用第一初级回路及第二初级回路可以对图腾柱PFC电路中的电流进行感测，并通过电流互感器的次级回路输出感测电流。通过以上电流感测装置，本公开可以利用一个电流互感器对图腾柱PFC的电流进行精确检测，并可以在实现双向电流检测的前提下显著降低成本，且由于电路设计思路精简使得电流感测装置易于实现。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开一实施方案的电流感测装置的示意图。

图2示出了根据本公开一实施方式电流感测装置的示意图。

图3示出了根据本公开一实施方式的控制信号产生模块根据电源Vac电压极性产生极性检测信号的示意图。

图4示出了根据本公开一实施方式的电流重建模块根据感测电流Is重建电感电流IL的波形示意图。

图5示出了根据本公开一实施方式的电流重建模块根据感测电流Is重建电感电流IL的又一波形示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施方案的电流感测装置的示意图。

电流感测装置用于检测图腾柱功率因数变换电路的电流，如图1所示，所述图腾柱功率因数变换电路包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2；所述装置包括电流互感器CT、第一初级回路、第二初级回路、次级回路；其中，

所述电流互感器CT包括串联连接的第一初级绕组CT1和第二初级绕组CT2、以及次级绕组CT3；其中，所述第一初级绕组CT1的第一端与所述第一晶体管Q1的第一端电性连接，所述第二初级绕组CT2的第一端与所述第二晶体管Q2的第一端电性连接；所述第一初级绕组CT1的第二端和所述第二初级绕组CT2的第二端电性连接于电感L；

所述第一初级回路基于所述第一初级绕组CT1形成，用于检测所述第一晶体管导通时流过所述电感的电流IL，依次连接有所述电感L、电源Vac、第一二极管D1、所述第一晶体管Q1及所述第一初级绕组CT1；

所述第二初级回路基于所述第二初级绕组CT2形成，用于检测所述第二晶体管Q2导通时流过所述电感L的电流IL，依次连接有所述电感L、所述电源Vac、第二二极管D2、所述第二晶体管Q2及所述第二初级绕组CT2；

所述次级回路包括次级绕组CT3及输出端，所述次级绕组CT3用于感应流过所述第一初级绕组CT1的电流或所述第二初级绕组CT2的电流，所述次级回路的输出端用于根据流过所述第一初级绕组CT1的电流或流过所述第二初级绕组CT2的电流输出所述电感对应的感测电流Is；

其中，所述次级绕组CT3的第一端与所述第一初级绕组CT1的第一端及所述第二初级绕组CT2的第二端为同名端。

在一种可能的实施方式中，所述第一初级绕组CT1的第二端和所述第二初级绕组CT2的第二端相连接的连接点可以是电流互感器CT的中心抽头，电流互感器CT还包括磁芯（磁铁）。应该明白的是，互感器CT的匝数比可以根据实际需要设置，本公开不做限定。

在一种可能的实施方式中，所述第一晶体管Q1及所述第二晶体管Q2为金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、双极结型晶体管（BJT）的其中之一，例如，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2可PMOS晶体管。

在一种可能的实施方式中，在第一初级回路中，第一初级绕组CT1的第一端可以电性连接于第一晶体管Q1的源极（第一端），第一晶体管Q1的漏极（第二端）可以电性连接于第一二极管D1的负极，第一二极管D1的负极可以电性连接于电源Vac的第一端，电源Vac的第二端电性连接于电感L的第一端，电感L的第二端电性连接于第一初级绕组CT1的第二端。

在一种可能的实施方式中，在第二初级回路中，第二初级绕组CT2的第一端电性连接于第二晶体管Q2的漏极（第一端），第二晶体管Q2的源极（第二端）电性连接于第二晶体管的正极，第二晶体管的负极电性连接于电源Vac的第一端，电源Vac的第二端电性连接于电感L的第一端，电感L的第二端电性连接于第二初级绕组CT2的第二端。

应该明白的是，以上对第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的第一端、第二端的描述是示例性的，在实际应用中，晶体管的源极、漏极可以调换使用，因此，以上描述不应视为对本公开的限制。

在一种可能的实施方式中，第一二极管D1的正极电性连接于第二二极管D2的负极。

在一种可能的实施方式中，所述次级回路还包括第三二极管Ds及感测电阻R，所述次级绕组CT3的第一端依次与所述第三二极管及感测电阻电性连接，所述第三二极管Ds与所述感测电阻R之间的连接点为所述次级回路的输出端，其中，第三二极管Ds的正极电性连接于次级绕组CT3的第一端。

在一种可能的实施方式中，电流互感器CT还可以是其他的形式，例如，可以是由两个互感器组成的。

在本实施方式中，两个互感器的初级绕组串联连接，两个互感器的次级绕组并联连接，其中，两个互感器的初级绕组及次级绕组的同名端都同向设置。

在一种可能的实施方式中，电源Vac为交流电源，可以周期性地输出正向电压及负向电压。

在电源Vac输出正向电压时（假设电流从电源Vac的第二端流向电源Vac的第一端），如果第二晶体管Q2导通，第一晶体管Q1断开（处于截止状态），则电源Vac通过第二初级回路对电感L充电，电流流过第二初级绕组CT2，次级绕组CT3感应出流过第二初级绕组CT2的感测电流Is（与流过电感L的电感电流IL对应），由于第二初级绕组CT2的第二端与次级绕组CT3的第一端为同名端，当电流从第二初级绕组CT2的第二端递增流入时，次级绕组CT3的同名端输出与流过第二次级绕组同向的感测电流Is（正电流）；如果第一晶体管Q1导通，第二晶体管Q2断开，则电感L通过第一晶体管Q1进行放电，此时，电流递减流过第一初级绕组CT1，次级绕组CT3感应出流过第一初级绕组CT1的感测电流Is（与流过电感L的电感电流IL对应），由于第一初级绕组CT1的第二端与次级绕组CT3的第一端为异名端，同时CT1电流递减流过，次级绕组CT3的第一端输出与流过第一初级绕组CT1的电流方向相反的感测电流Is（负电流，但正的感应输出）。

在一种可能的实施方式中，在电源Vac输出负向电压时（假设电流从电源Vac的第一端流向电源Vac的第二端），此时，在第一晶体管Q1导通、第二晶体管Q2断开时，电源Vac通过第一初级回路对电感L进行充电，在第一晶体管Q1断开、第二晶体管Q2导通时，电感L通过第二晶体管Q2进行放电，其过程与电源Vac输出正向电压时的过程类似，在此不再赘述。

请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施方式电流感测装置的示意图。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

控制信号产生模块10，电性连接于所述第一晶体管Q1及所述第二晶体管Q2，用于输出开关控制信号，所述开关控制信号包括第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号、第一采样信号、第二采样信号，其中，所述第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号用于控制所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2的导通状态。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块10还用于接收预设占空比信号，并根据所述预设占空比信号输出所述开关控制信号。

其中，所述控制信号产生模块10在输出所述第一晶体管控制信号的时间的中点输出所述第一采样信号，在输出所述第二晶体管控制信号的时间的中点输出所述第二采样信号。

在本实施方式中，预设占空比信号可以来自PFC电路或其他控制电路，预设占空比的大小可以根据实际需要设置，本公开不对预设占空比信号的来源及大小进行限制。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块10可以包括所包括脉冲宽度调制信号产生器110，以根据预设占空比信号输出与预设占空比信号对应的开关控制信号。

在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块10还包括：

极性检测比较器120，所述极性检测比较器120的两个输入端分别电性连接于所述电源的两端，所述极性检测比较器120的输出端电性连接于所述控制信号产生模块的控制端，用于根据所述电源Vac极性检测信号电压极性输出极性检测信号到所述控制信号产生模块10；

其中，当所述电源Vac在正半周时，所述极性检测比较器120的输出端输出第一极性检测信号，此时，所述第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号分别用于控制所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2的导通状态；

当所述电源Vac在负半周时，所述极性检测比较器120的输出端输出第二极性检测信号，此时所述第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号分别用于控制所述第二晶体管Q2、所述第一晶体管Q1的导通状态。在其他实施方式中，本领域技术人员也可以通过其他的方式检测电源Vac的电流流向从而输出不同的极性检测信号，本公开不做限定。

请参阅图3，图3示出了根据本公开一实施方式的控制信号产生模块10根据电源Vac电压极性产生极性检测信号的示意图。

如图3所示，电源Vac在在正半周期间，极性检测比较器120输出第一极性检测信号，此时，在一种可能的实施方式中，所述控制信号产生模块10，还用于在接收到所述第一极性检测信号时，向所述第一晶体管Q1输出所述第一晶体管控制信号Q1-g，向所述第二晶体管Q2输出所述第二晶体管控制信号Q2-g，其中，在所述第一晶体管Q1接收到所述第一晶体管控制信号Q1-g的期间，所述第一晶体管Q1导通，所述第二晶体管Q2处于截止状态，所述电感L放电；在所述第二晶体管Q2接收到所述第二晶体管控制信号Q2-g的期间，所述第二晶体管Q2导通，所述第一晶体管Q1处于截止状态，所述电源Vac通过所述第二初级回路对所述电感充电。

在一种可能的实施方式中，在控制信号产生模块10接收到所述第二极性检测信号时，向所述第一晶体管Q1输出所述第二晶体管控制信号Q2-g，向所述第二晶体管Q2输出所述第一晶体管控制信号Q1-g，其中，在所述第二晶体管Q2接收到所述第一晶体管控制信号Q1-g的期间，所述第二晶体管导通，所述第一晶体管处于截止状态，所述电感进行放电；在所述第一晶体管接收到所述第二晶体管控制信号Q2-g的期间，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管处于截止状态，所述电源Vac通过所述第一初级回路对所述电感充电。

在一种可能的实施方式中，控制信号产生模块10输出的第二晶体管控制信号总为主动管驱动信号，第一晶体管控制信号总为同步管驱动信号。

在一个示例中，在电源Vac输出正电压时（工作于正半周），第二晶体管为主动管，第一晶体管为同步管。在电源Vac输出负电压时（工作于负半周），第一晶体管为主动管，第二晶体管为同步管。

例如，为便于说明，可以用信号Vg1和信号Vg2来说明，无论电源Vac工作于正半周还是负半周，可以利用信号Vg1来驱动第一晶体管，利用信号Vg2来驱动第二晶体管。

如图3所示，当电源Vac为正半周电压时，信号Vg1的值为第一晶体管控制信号Q1-g，信号Vg2的值为第二晶体管控制信号Q2-g；当电源Vac为负半周电压时，信号Vg1的值为第二晶体管控制信号Q2-g，信号Vg2的值为第一晶体管控制信号Q1-g。

从图3可以看出，无论电源Vac输出正向电流还是反向电流，控制信号产生模块10都在输出第一晶体管控制信号Q1-g及第二晶体管控制信号Q2-g的时间的中点输出第一采样信号Q1-spl或第二采样信号Q2-spl。

在一种可能的实施方式中，正如图3所示，第一晶体管控制信号Q1-g及第二晶体管控制信号Q2-g的占空比可以不同，本领域技术人员可以根据需要通过所述预设占空比信号设置第一晶体管控制信号Q1-g及第二晶体管控制信号Q2-g的占空比，本公开不做限定。

在其他实施方式中，控制信号产生模块10也可以通过其他方式实现，只要能够根据电源Vac电压极性对第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的导通状态进行交替控制即可。

通过以上控制信号产生模块10，本公开可以根据电源Vac的交流特性输出不同的控制信号以选择不同的回路对电感L进行充放电，上述的控制信号产生模块10实现方式简便，有利于降低成本。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

中位电流获取模块20，电性连接于所述次级回路的输出端，用于在接收到所述第一采样信号Q1-spl时获取第一采样电流Is1，在接收到所述第二采样信号Q2-spl时获取所述第二采样电流Is2，并根据所述第一采样电流Is1及所述第二采样电流Is2获取中位电流Icent，所述中位电流Icent为所述感测电流Is的中值。

在一种可能的实施方式中，所述中位电流获取模块20包括：

第一采样开关K1及第一电容C1，所述第一采样开关K1电性连接于所述次级回路的输出端及所述第一电容C1，在接收到所述第一采样信号Q1-spl时，所述第一采样开关导通，所述第一电容C1获取所述第一采样电流Is1；

第二采样开关K2及第二电容C2，所述第二采样开关K2电性连接于所述次级回路的输出端及所述第二电容C2，在接收到所述第二采样信号Q2-spl时，所述第二采样开关K2导通，所述第二电容C2获取所述第二采样电流Is2；

第一运算放大器210，所述第一运算放大器210电性连接于所述第一电容C1及所述第二电容C2，用于接收所述第一采样电流Is1及所述第二采样电流Is2，并根据所述第一采样电流Is1及所述第二采样电流Is2获取平均电流Iavg；

第二运算放大器220，电性连接于所述第二电容C2及所述第一运算放大器210，用以获取所述第二采样电流Is2及所述平均电流Iavg，并根据所述第二采样电流Is2及所述平均电流Iavg获取中位电流Icent。

在一种可能的实施方式中，所述第一运算放大器210的增益可以为0.5，所述第一运算放大器210获取所述平均电流的公式为：

所述第二运算放大器220获取所述中位电流的公式为：

Icent=Is2-Iavg，其中，所述Icent为所述中位电流。

通过以上装置，本公开可以获取电流感测装置输出的感测电流的平均电流及中位电流，可以提供图腾柱PFC电路分析的重要依据，对提高图腾柱PFC电路的电源转换效率具有重要意义。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括：

电流重建模块30，电性连接于所述控制信号产生模块10、所述次级回路的输出端及所述中位电流获取模块20，用于获取所述感测电流及所述中位电流，并根据所述感测电流及中位电流获取重建电流，其中，所述重建电流为流经所述电感的电感电流。

应该明白的是，电流重建模块30输出的重建电流的电流波形由于传输的损耗可能会出现与电感电流的电流波形不一致之处。

在一种可能的实施方式中，所述电流重建模块30包括：

重建开关子模块310，用于接收所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号，并根据所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择路径传输所述感测电流及所述中位电流；

电流重建子模块320，电性连接于所述重建开关子模块310，用于根据所述感测电流及所述中位电流获取所述重建电流。

在一种可能的实施方式中，所述重建开关子模块310包括第一重建开关K3及第二重建开关K4。

在本实施方式中，所述第一重建开关K3及所述第二重建开关K4为多刀单掷开关或多路选择开关，例如，第一重建开关K3及第二重建开关K4可为双刀单掷开关。当然，在其他实施方式中，第一重建开关K3及第二重建开关K4可以是其他的形式，只要第一重建开关K3及第二重建开关K4在接收到第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号时可以选择对应的路径以实现电流的重建即可。

在一种可能的实施方式中，所述电流重建子模块320包括重建运算放大器321，所述根据所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择路径传输所述感测电流及所述中位电流，包括：

所述第一重建开关K3在接收到所述第一晶体管控制信号时，将所述感测电流通过第二路径输出到所述重建运算放大器321的负向输入端，同时将所述中位电流通过第一路径输出到所述重建运算放大器321的正向输入端；

所述第二重建开关K4在接收到所述第二晶体管控制信号时，将所述中位电流通过第四路径输出到所述重建运算放大器321的负向输入端，同时将所述感测电流通过第三路径输出到所述重建运算放大器321的正向输入端。

在一种可能的实施方式中，所述第一路径-第四路径可以根据第一重建开关K3及第二重建开关K4的类型进行设置，本公开不做限定。

在一种可能的实施方式中，当所述重建运算放大器321的正向输入端接收到所述感测电流及所述重建运算放大器321的反向输入端接收到所述中位电流时，根据如下公式获取所述重建电流：

Irct=Is-Icent，其中，Irct为所述重建电流，Is为所述感测电流，Icent为所述中位电流。

在一种可能的实施方式中，当所述重建运算放大器321的正向输入端接收到所述中位电流及所述重建运算放大器的反向输入端接收到所述感测电流时，根据如下公式获取所述重建电流：

Irct=Icent-Is。

在一种可能的实施方式中，电流重建子模块320还包括隔离电容C3，隔离电容C3电性连接于重建运算放大器321的两个输入端，用于将输入重建运算放大器321两个输入端的信号隔离开。

在其他的实施方式中，电流重建子模块320也可以是其他的形式，只要可以依据本公开提出的电流重建公式将电路感测装置输出的感测电流进行处理从而重建流过电感L的电流波形即可。

应该明白的是，以上过程介绍了电源Vac输出正向电压时的电流重建，在电源Vac输出反向电压时，其过程类似，在此不再赘述。

请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施方式的电流重建模块根据感测电流Is重建电感电流IL的波形示意图。

请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施方式的电流重建模块根据感测电流Is重建电感电流IL的又一波形示意图。

从图4及图5可以看出，本公开提出的电流感测装置，可以对正常情况下流经电感L的电流（不包括负电流纹波）的电流波形进行重建（图4），同时，也可以对具有负电流纹波的电感电流IL的电流波形进行重建（图5）。从图中可以看出，无论在那种情形下，电流重建模块30对电感电流IL的电流波形进行重建的原理是相似的，因此，下面将以图4为例对电流重建模块30根据感测电流Is重建电感电流IL的电流波形的过程进行描述。

结合图3，从图4可以看出，电感电流IL随着电源Vac的周期性变化呈现周期性变化，可以根据图4所示，示例性地根据电感电流IL的波峰电流Ipk及波谷电流Iv得到电感电流IL波形中的平均电流Iavg，可以看出，电感电流IL的平均电流Iavg为波峰电流Ipk及波谷电流Iv的平均值。

与之类似的是，从图4可以看出，电流感测装置输出的感测电流Is也同时呈现周期性的变化，但与电感电流IL不同的是，由于感测电流Is是经过电流互感器CT感测出来的电流值，因此，会反应出不同的波形，例如，在感测电流Is的底部，由于第一晶体管Q1与第二晶体管Q2的交替开关，会使得电流互感器中的磁铁复位，又因为电流互感器中的磁铁复位，会在电流互感器的次级回路产生负电压，负电压无法通过二极管Ds，这导致了在感测电流的底部产生了零电流。

可以看出，虽然感测电流Is与电感电流IL在波形的形态上具有差异，但是在合理地选择对称轴（Icent）后，可以对该对称轴以下的感测电流波形Is进行镜像处理，从而得到重建电流的波形，从图4可以看出，重建电流Irct的波形与电感电流IL的电流波形在形态上类似。

由于本公开的电流感测装置中的电流互感器的设置，例如，第一初级绕组CT1、第二初级绕组CT2及次级绕组CT3的同名端的设置方式，使得感测电流具有了可镜像的特性，从而可以根据这样的特性得到重建电流Irct。

通过选择合适的时间对输出的感测电流Is进行采样，获得第一采样电流Is1及第二采样电流Is2，即可根据第一采样电流Is1及第二采样电流Is2获得中位电流（也即对称轴），

在一种可能的实施方式中，所述平均电流的公式为：

所述第二运算放大器获取所述中位电流的公式为：

Icent=Is2-Iavg，其中，所述Icent为所述中位电流（也即对称轴）。

从图4可以看出，根据上述方法获得的对称轴，即相当于电感电流IL中的“0”轴，以该对称轴为基准通过如下方法就可以实现前述的“镜像”处理以获得重建电流Irct：

第二晶体管Q2导通时，利用感测电流Is的电流值减去中位电流Icent的电流值：

第一晶体管Q1导通时，利用中位电流的电流值减去感测电流Is的电流值：

Irct=Icent-Is。

应该明白的是，以上介绍是示例性的，当电源Vac工作于另一个半周期时，第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的导通状态会有所区别，然而，其原理类似，因此在此不在赘述。

通过以上装置，本公开可以根据输入电流重建模块30的第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择中位电流及感测电流，并通过不同的路径将中位电流及感测电流输出到电流重建模块30的电流重建子模块320以对流过电感L的电流进行重建，通过电流重建模块30输出的重建电流，可以对图腾柱PFC的工作情况进行观察，对提高电源转换效率具有重要意义。

本公开还提出了一种电流感测装置，所述电流感测装置用于感测被感测电路的电流，所述电流包括正向电流和负向电流，所述装置包括：电流互感器、二极管及感测电阻；

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种电流感测装置，其特征在于，用于检测图腾柱功率因数校正PFC变换电路的电流，所述图腾柱功率因数校正PFC变换电路包括第一晶体管和第二晶体管；所述装置包括电流互感器、第一初级回路、第二初级回路、次级回路；其中，

所述次级回路包括次级绕组、第三二极管、感测电阻及输出端，所述次级绕组用于感应流过所述第一初级绕组的电流或所述第二初级绕组的电流，所述次级回路的输出端用于根据流过所述第一初级绕组的电流或流过所述第二初级绕组的电流输出所述电感对应的感测电流；

其中，所述次级绕组的第一端电连接于所述二极管、所述感测电阻及所述输出端，所述次级绕组的第一端与所述第一初级绕组的第一端及所述第二初级绕组的第二端为同名端；

其中，所述装置还包括：

控制信号产生模块，电性连接于所述第一晶体管及所述第二晶体管，用于接收预设占空比信号，并根据所述预设占空比信号输出开关控制信号，所述开关控制信号包括第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号、第一采样信号、第二采样信号，其中，所述第一晶体管控制信号、第二晶体管控制信号用于控制所述第一晶体管、所述第二晶体管的导通状态，其中，所述控制信号产生模块在输出所述第一晶体管控制信号的时间的中点输出所述第一采样信号，在输出所述第二晶体管控制信号的时间的中点输出所述第二采样信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制信号产生模块还包括：

极性检测比较器，所述极性检测比较器的两个输入端分别电性连接于所述电源的两端，所述极性检测比较器的输出端电性连接于所述控制信号产生模块的控制端，用于根据所述电源输出的电压输出极性检测信号到所述控制信号产生模块；

其中，当所述电源输出电压正半周时，所述极性检测比较器的输出端输出第一极性检测信号；

当所述电源输出电压负半周时，所述极性检测比较器的输出端输出第二极性检测信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述控制信号产生模块，还用于在接收到所述第一极性检测信号时，向所述第一晶体管输出所述第一晶体管控制信号，向所述第二晶体管输出所述第二晶体管控制信号，其中，在所述第一晶体管接收到所述第一晶体管控制信号的期间，所述第一晶体管导通，所述第二晶体管处于截止状态，所述电感放电；在所述第二晶体管接收到所述第二晶体管控制信号的期间，所述第二晶体管导通，所述第一晶体管处于截止状态，所述电源通过所述第二初级回路对所述电感充电；或

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

中位电流获取模块，电性连接于所述次级回路的输出端，用于在接收到所述第一采样信号时获取第一采样电流，在接收到所述第二采样信号时获取第二采样电流，并根据所述第一采样电流及所述第二采样电流获取中位电流，所述中位电流为所述感测电流的中值。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述次级回路还包括第三二极管及感测电阻，所述次级绕组依次与所述第三二极管及感测电阻电性连接，所述第三二极管与所述感测电阻之间的连接点为所述次级回路的输出端，所述中位电流获取模块包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述第一运算放大器的增益为0.5，所述第一运算放大器获取所述平均电流的公式为：

所述第二运算放大器获取所述中位电流的公式为：

Icent=Is2-Iavg，其中，所述Icent为所述中位电流。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流重建模块包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述重建开关子模块包括第一重建开关及第二重建开关，所述电流重建子模块包括重建运算放大器，所述根据所述第一晶体管控制信号及第二晶体管控制信号选择路径传输所述感测电流及所述中位电流，包括：

所述第二重建开关在接收到所述第二晶体管控制信号时，将所述中位电流通过第四路径输出到所述重建运算放大器的负向输入端，同时将所述感测电流通过第三路径输出到所述重建运算放大器的正向输入端。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

当所述重建运算放大器的正向输入端接收到所述感测电流及所述重建运算放大器的反向输入端接收到所述中位电流时，根据如下公式获取所述重建电流：

Irct=Icent-Is。

11.根据权利要求9-10任一项所述的装置，其特征在于，所述第一重建开关及所述第二重建开关为双刀单掷开关或多路选择开关。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一晶体管及所述第二晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、双极结型晶体管（BJT）的其中之一。

13.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述控制信号产生模块包括脉冲宽度调制信号产生器。