CN113067458B - 一种应用于双向ac-dc变换器的电流采样电路 - Google Patents

一种应用于双向ac-dc变换器的电流采样电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种应用于双向AC‑DC变换器的电流采样电路，包括：图腾柱PFC电路、第一电流检测电路、第二电流检测电路和控制器，图腾柱PFC电路设有开关S1和开关S2串联成的快管桥臂。本发明通过在图腾柱PFC电路的快管桥臂上加入两个电流互感器，配合软件采样与控制时序满足双向AC/DC对于电流检测的需求，高精度，高带宽，低延时，低成本。

Description

一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路
技术领域
本发明涉及电流采样技术领域，尤其是一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路。
背景技术
随着新能源汽车爆发式的增长，对车载充电机的需求也是大幅度增加。一般对于车载充电机电网侧的功率因数与电流谐波具有较高的要求，因此车载充电机的前级AC/DC需要电流检测装置，以满足电网侧功率因数与电流谐波的控制需求。参考中国专利公开号为CN206379716U的电动汽车、车载充电器及其过流保护电路，车载充电器包括AC/DC变换器和DC/DC变换器，AC/DC变换器和DC/DC变换器均采用光耦驱动的SiC开关管，过流保护电路包括：电流检测单元，通过检测DC/DC变换器的输出端电流以输出电流检测值；过流保护单元，用于输出过流保护信号；控制单元，在接收到过流保护信号时关闭SiC开关管的控制信号输出通道，以使AC/DC变换器和DC/DC变换器停止工作。该过流保护电路可以在车载充电器出现过流故障时快速触发过流保护功能。参考中国专利公开号为CN103809007A的无桥PFC电路电感电流采样装置及方法，包括：第一采样单元、第二采样单元、以及第三采样单元，无桥PFC电路电感电流采样装置与无桥PFC电路相连接，其中，第一采样单元与无桥PFC电路的第一开关管串联，用于对流过第一开关管的电流进行采样，获取第一采样信号V1；第二采样单元与无桥PFC电路的第二开关管串联，用于对流过第二开关管的电流进行采样，获取第二采样信号V2；第三采样单元的一端与无桥PFC电路的接地端连接，另一端与无桥PFC电路的PFC电容的负输出端连接，用于对流过无桥PFC电路的升压二极管的电流进行采样，获取第三采样信号V3，而以上电流检测器无法满足高精度，高带宽，低延时，低成本等需求。
发明内容
本发明解决了现有电流检测器精度低的问题，提出一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，通过在图腾柱PFC电路的快管桥臂上加入两个电流互感器，配合软件采样与控制时序满足双向AC/DC对于电流检测的需求，高精度，高带宽，低延时，低成本。
为实现上述目的，提出以下技术方案：
一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，包括：
图腾柱PFC电路，设有开关S1和开关S2串联成的快管桥臂；
第一电流检测电路，包括依次连接的第一电流互感器CT、第一退磁电路和第一电流采样电路，所述第一电流采样电路输出第一采样信号VS1，所述第一电流互感器CT为变压器T1，所述变压器T1的原边绕组与所述开关S1串联；
第二电流检测电路，包括依次连接的第二电流互感器CT、第二退磁电路和第二电流采样电路，所述第二电流采样电路输出第二采样信号VS2，所述第二电流互感器CT为变压器T2，所述变压器T2的原边绕组与所述开关S2串联；
控制器，连接所述第一电流采样电路和第二电流采样电路，接收第一采样信号VS和第二采样信号VS2 ，在一个开关周期中，所述控制器在开关S1和S2的驱动中点对第一电流检测电路与第二电流检测电路各采样一次，得到采样点Sa1，Sa2，Sa3，Sa4，获得对应的四个采样值。
作为优选，控制器执行以下步骤:
若变压器T1和变压器T2为同名端连接，则判断主动管的采样值，若AC电压此时为正半周，则主动管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则主动管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；
若变压器T1和变压器T2为异名端连接，则判断续流管的采样值，若AC电压此时为正半周，则续流管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则续流管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值。本发明通过在图腾柱PFC的快管桥臂上加入两个电流互感器，满足一般的控制需求与异常工况下的过流保护需求，配合软件采样与控制时序满足双向ACDC对于电流检测的需求，高精度，高带宽，低延时，低成本。
作为优选，所述第一退磁电路和第二退磁电路均设有二极管D1、PMOS Q1、二极管D2和电阻R1，在第一退磁电路中，PMOS Q1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOS Q1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于所述变压器T1的副边绕组的一端，所述二极管D1的负极接于所述变压器T1的副边绕组的另一端；在第二退磁电路中，PMOS Q1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOS Q1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于所述变压器T2的副边绕组的一端，所述二极管D1的负极接于所述变压器T2的副边绕组的另一端。
作为优选，所述第一电流采样电路和第二电流采样电路均设有二极管D3、电阻R2和电阻R3，所述电阻R2的一端和电阻R3的一端并接于二极管D3的负极，在第一电流采样电路中，所述电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于所述变压器T1的副边绕组的一端，所述二极管D3的正极接于所述变压器T1的副边绕组的另一端，在第二电流采样电路中，所述电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于所述变压器T2的副边绕组的一端，所述二极管D3的正极接于所述变压器T2的副边绕组的另一端。
作为优选，所述图腾柱PFC电路设有电感L1、开关S3、开关S4、电容Cbulk和交流电源AC，所述交流电源AC一端连接于电感L1的一端，电感L1的另一端并接有开关S1的源极和开关S2的漏极，所述开关S1的漏极与开关S3的漏极、电容Cbulk的一端并接，所述电容Cbulk的另一端与开关S2的源极、开关S4的源极并接，所述开关S3的源极和开关S4的漏极并接于交流电源AC的另一端，所述采样电流值作为电感L1的电流值。
作为优选，还设有AC电压检测电路，所述AC电压检测电路并接于交流电源AC两端，检测交流电源AC两端的电压，并将交流电源AC两端的电压传输到控制器。
作为优选，还设有母线电压检测电路，所述母线电压检测电路并接于电容Cbulk的两端，检测电容Cbulk两端的电压，并将电容Cbulk两端的电压传输到控制器。
作为优选，电流采样电路运行在电流采样模式中，电流互感器的副边绕组、二极管D3和电流采样单元构成电流回路。
作为优选，电流采样电路运行在旁路模式中，电流互感器的副边绕组、PMOS Q1和二极管D1构成电流回路。
作为优选，电流采样电路运行在退磁模式中，电流互感器的副边绕组、电阻R1和二极管D1构成电流回路。
本发明的有益效果是：本发明通过在图腾柱PFC的快管桥臂上加入两个电流互感器，满足一般的控制需求与异常工况下的过流保护需求，配合软件采样与控制时序满足双向ACDC对于电流检测的需求，高精度，高带宽，低延时，低成本。
附图说明
图1是实施例的图腾柱PFC电路图；
图2是实施例电流互感器CT原副边同名端连接电路示意图；
图3是实施例电流互感器CT原副边异名端连接电路示意图；
图4是实施例开关S2和开关S4导通的图腾柱PFC电路电流流向示意图；
图5是实施例开关S1和开关S4导通的图腾柱PFC电路电流流向示意图；
图6是实施例电流互感器CT原副边同名端且开关S2和开关S4导通的第二电流检测电路电流流向示意图；
图7是实施例电流互感器CT原副边同名端且开关S1和开关S3导通的第一电流检测电路电流流向示意图；
图8是实施例电流互感器CT原副边同名端连接采样波形示意图；
图9是实施例开关S1和开关S3导通的图腾柱PFC电路电流流向示意图；
图10是实施例开关S2和开关S3导通的图腾柱PFC电路电流流向示意图；
图11是实施例电流互感器CT原副边同名端且开关S1和开关S3导通的第二电流检测电路电流流向示意图；
图12是实施例电流互感器CT原副边同名端且开关S2和开关S4导通的第一电流检测电路电流流向示意图；
图13是实施例电流互感器CT原副边异名端且开关S2和开关S4导通的第一电流检测电路电流流向示意图；
图14是实施例电流互感器CT原副边异名端且开关S2和开关S4导通的第二电流检测电路电流流向示意图；
图15是实施例电流互感器CT原副边异名端且开关S1和开关S3导通的第一电流检测电路电流流向示意图；
图16是实施例电流互感器CT原副边异名端且开关S1和开关S3导通的第二电流检测电路电流流向示意图；
图17是实施例电流互感器CT原副边异名端连接采样波形示意图；
图18是实施例AC-DC反向工作且AC电压处于正半周的理想电流方向示意图；
图19是实施例AC-DC反向工作且AC电压处于正半周的波形图；
图20是实施例AC-DC反向工作且AC电压处于负半周的理想电流方向示意图；
图21是实施例AC-DC反向工作且AC电压处于负半周的波形图；
图22是实施例电流互感器CT原副边异名端连接且AC-DC反向工作的正半周期波形图；
图23是实施例电流互感器CT原副边异名端连接且AC-DC反向工作的负半周期波形图。
具体实施方式
实施例：
说明书附图和实施例中出现的CT1指代第一电流检测电路，CT2指代第二电流检测电路。本实施例提出一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，包括：
参考图1，图腾柱PFC电路设有开关S1、开关S2、电感L1、开关S3、开关S4、电容Cbulk和交流电源AC，开关S1和开关S2串联形成快管桥臂；交流电源AC一端连接于电感L1的一端，电感L1的另一端并接有开关S1的源极和开关S2的漏极，开关S1的漏极与开关S3的漏极、电容Cbulk的一端并接，电容Cbulk的另一端与开关S2的源极、开关S4的源极并接，开关S3的源极和开关S4的漏极并接于交流电源AC的另一端，电感L1的电流值可作为采样电流值，其中快管桥臂上的开关S1和开关S2工作在高频开关状态，开关S3和开关S4工作在工频开关状态。
第一电流检测电路，包括依次连接的第一电流互感器CT、第一退磁电路和第一电流采样单元，第一电流采样单元输出第一采样信号VS1，第一电流互感器CT为变压器T1，变压器T1的原边绕组与开关S1串联；第二电流检测电路，包括依次连接的第二电流互感器CT、第二退磁电路和第二电流采样单元，第二电流采样单元输出第二采样信号VS2，第二电流互感器CT为变压器T2，变压器T2的原边绕组与开关S2串联；
控制器，连接第一电流采样电路和第二电流采样电路，接收第一采样信号VS和第二采样信号VS2 ，在一个开关周期中，控制器在开关S1和S2的驱动中点对第一电流检测电路与第二电流检测电路各采样一次，得到采样点Sa1，Sa2，Sa3，Sa4，获得对应的四个采样值，其中Sa1和Sa3对应第一电流检测电路，Sa2和Sa4对应第二电流检测电路，并且控制器执行以下步骤:
若变压器T1和变压器T2为同名端连接，则判断主动管的采样值，若AC电压此时为正半周，则主动管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则主动管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；
若变压器T1和变压器T2为异名端连接，则判断续流管的采样值，若AC电压此时为正半周，则续流管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则续流管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值。
参考图4，若AC输入为正半周，上正下负时，开关管S4保持导通，开关管S2进行开关动作；当开关管S2开通时，主功率电流如图4所示；当开关管S2关断时，主功率电流如图5所示。此时开关管S2为主动管；开关管S1可以不进行开关动作，此时图5功率电流流经开关管S1的体二极管；开关管S1也可以进行开关动作，开关时序与开关管S2互补，此时图5功率电流流经开关管S1的沟道，即常见的同步整流方式。此时开关管S1为续流管。
参考图2和图3，第一退磁电路和第二退磁电路均设有二极管D1、PMOS Q1、二极管D2和电阻R1，在第一退磁电路中，PMOS Q1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOS Q1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于变压器T1的副边绕组的一端，二极管D1的负极接于变压器T1的副边绕组的另一端；在第二退磁电路中，PMOSQ1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOS Q1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于变压器T2的副边绕组的一端，二极管D1的负极接于变压器T2的副边绕组的另一端。
第一电流采样单元和第二电流采样单元均设有二极管D3、电阻R2和电阻R3，电阻R2的一端和电阻R3的一端并接于二极管D3的负极，在第一电流采样电路中，电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于变压器T1的副边绕组的一端，二极管D3的正极接于变压器T1的副边绕组的另一端，在第二电流采样电路中，电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于变压器T2的副边绕组的一端，二极管D3的正极接于变压器T2的副边绕组的另一端。
本实施例还设有AC电压检测电路，AC电压检测电路并接于交流电源AC两端，检测交流电源AC两端的电压，并将交流电源AC两端的电压传输到控制器。
本实施例还设有母线电压检测电路，母线电压检测电路并接于电容Cbulk的两端，检测电容Cbulk两端的电压，并将电容Cbulk两端的电压传输到控制器。
电流采样电路运行在电流采样模式中，电流互感器的副边绕组、二极管D3和电流采样单元构成电流回路。电流采样电路运行在旁路模式中，电流互感器的副边绕组、PMOSQ1和二极管D1构成电流回路。电流采样电路运行在退磁模式中，电流互感器的副边绕组、电阻R1和二极管D1构成电流回路。
以下对本实施例的工作原理进行说明：
参考图2，当电流互感器CT原副边同名端连接时，以AC-DC正向工作为例，即AC转DC变换为例，且以AC电压处于正半周为例，为上正下负，则在理想情况下，AC电流方向应如图4和图5所示。
具体的，当开关S2和开关S4导通时，如图4所示的电流流向，电流互感器CT的原边电流自CT2的同名端流入时，则CT2的副边电流自同名端流出，则CT2的电流路径如图6最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表流经开关S2的功率电流的采样信号VS2，其采样输出信号可参阅图8所示的“CT2采样”波形200，也即CT2工作在正向采用模式，并此时CT2的变压器T1正向励磁；而此时的CT1，其原边无电流通过，但其副边有变压器T1自身产生的激励电流，其电流路径如图7最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表变压器T1的激励电流的采样信号VS1，其采样输出信号可参阅图8所示的“CT1采样”波形100。如图8所示，代表流经开关S2的功率电流的采样信号VS2逐渐增大，如波形200，因CT1中此时无来自原边的激励，因此其自身产生的激励电流逐渐减小，如波形100所示。
之后原边电流换流，则开关S1和开关S4导通，如图5所示的电流流向，主功率不走开关S2，则此时CT2原边无电流通过，此时控制CT2 中的PMOS Q1关断，CT2的副边电流走退磁回路，如图6中的内侧箭头所示进行反向退磁，利用高阻R1=10kΩ快速退磁，则此时CT2的副边电流不经过采样电阻，因此采样电阻输出值为0，如图8所示的“CT2采样”波形210，即CT2工作在退磁模式；而此时的CT1，其原边电流自同名端流出时，CT1的副边电流自同名端流出，如果走反向退磁回路，退磁回路的高阻R1较大，会迅速导致变压器T1反向磁饱和，因此需要PMOS Q1导通，使副边电流经过PMOS Q1与二极管D1构成的反向旁路回路，实现反向旁路，而将采样电阻旁路，而使得采样输出为零，如图8中的波形110。在此工作过程中，开关S2为主动管，开关S1为续流管。则判断若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值。
此如在正半周期，CT2的采样电阻输出的采样信号为功率电流值。
以AC-DC正向工作为例，即AC转DC变换为例，且以AC电压处于负半周为例，为下正上负，则在理想情况下，AC电流方向应如图9和10所示。
具体的，当开关S1和开关S3导通时，如图9所示的电流流向，电流互感器CT原边电流自CT1的同名端流入时，则CT1的副边电流自同名端流出，则CT1的电流路径如图11最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表流经开关S1的功率电流的采样信号VS1，其采样输出信号可参阅图8所示的“CT1采样”波形120，也即CT1工作在正向采用模式，并此时CT1的变压器T1正向励磁；而此时的CT2，其原边无电流通过，但副边有变压器T2自身产生的激励电流，其电流路径如图12最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表变压器T2的激励电流的采样信号VS2，其采样输出信号可参阅图8所示的“CT2采样”波形220。如图8所示，代表流经开关S1的功率电流的采样信号VS1逐渐增大，如波形120，因CT2中此时无来自原边的激励，因此其自身产生的激励电流逐渐减小，如波形220所示。
之后原边电流换流，则开关S2和开关S3导通，如图10所示的电流流向，主功率不走开关S1，则此时CT1原边无电流通过，此时控制CT1中的PMOS Q1关断，CT1的副边电流走退磁回路，如图12中内侧箭头所示，进行反向退磁，利用高阻R1=10kΩ快速退磁，则此时CT1的副边电流不经过采用电阻，因此采样电阻输出值为0，如图8所示的“CT1采样”波形230，也即CT1工作在退磁模式；而此时的CT2，其原边电流自同名端流出时，CT2的副边电流自同名端流入，如果走反向退磁回路，退磁回路的R1较大，会迅速导致T2反向磁饱和，因此需要PMOSQ1导通，使副边电流经过PMOS Q1与二极管D1构成的反向旁路回路，实现反向旁路，而将采样电阻旁路，而使得采样输出为零，如图8中的波形230。在此工作过程中，开关S1为主动管，开关S2为续流管，则判断若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值。
此如在负半周期，CT1的采样电阻输出的采样信号为功率电流值。
参考图3，当电流互感器CT原副边异名端连接时，以AC-DC正向工作，即AC转DC变换为例，且以AC电压处于正半周为例，为上正下负，则在理想情况下，AC电流方向应如图4和5所示。
具体的，当开关S2和开关S4导通时，如图4所示的电流流向，电流互感器CT原边电流自CT2的同名端流出时，则CT2的副边电流自同名端流入，如果走反向退磁回路，退磁回路的高阻R1较大，会迅速导致变压器T1反向磁饱和，因此需要PMOS Q1导通，使副边电流经过PMOS Q1与二极管D1构成的反向旁路回路，实现反向旁路,则CT2的电流路径如图14内侧箭头所示，波形如图17所示的波形400；而此时的CT1，主功率不走开关S1，则此时CT1原边无电流通过，此时控制CT1 中的PMOS Q1关断， CT1的副边电流走退磁回路，如图13中的内侧箭头所示，进行反向退磁，利用高阻R1=10kΩ快速退磁，则此时CT1的副边电流不经过采用电阻，因此采样电阻输出值为0，如图17所示的波形300，也即CT1工作在退磁模式。
之后原边电流换流，则开关S1和开关S4导通，如图5所示的电流流向，此时电流互感器CT原边电流自CT1的同名端流入时，则CT1的副边电流自同名端流出，则CT1的电流路径如图13最外侧箭头所示，也即电流流经反向电流采样回路，而由采样电阻输出代表流经开关S1的功率电流的采样信号VS1，其采样输出信号可参阅图17所示的波形310，也即CT1工作在正向采用模式，并此时CT1的变压器T1正向励磁；而此时的CT2，其原边无电流通过，但副边有变压器T2自身产生的激励电流，其电流路径如图14所示的外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表变压器T2的激励电流的采样信号VS2，其采样输出信号可参阅图17所示的波形410。在此工作过程中，开关S2为主动管，开关S1为续流管。则判断若Sa3的采样值大于Sa1的采样值 ，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值。此如在正半周期，CT1的采样电阻输出的采样信号为功率电流值。
当电流互感器CT原副边异名端连接时，以AC-DC正向工作，即AC转DC变换为例，且以AC电压处于负半周为例，为下正上负，则在理想情况下，AC电流方向应如图9和10所示。
具体的，当开关S1和开关S3导通时，如图9所示的电流流向，电流互感器CT原边电流自CT1的同名端流出时，则CT1的副边电流自同名端流入，如果走反向退磁回路，退磁回路的高阻R1较大，会迅速导致变压器T1反向磁饱和，因此需要PMOS Q1导通，使副边电流经过PMOS Q1与二极管D1构成的反向旁路回路，实现反向旁路,则CT1的电流路径如图16所示的内侧箭头所示，如图17所示的波形320所示；而此时的CT2，主功率不走开关S2，则此时CT2原边无电流通过，此时控制CT2中的PMOS Q1关断， CT2的副边电流走退磁回路，如图15中的内侧箭头所示，进行反向退磁，利用高阻R1=10kΩ快速退磁，则此时CT2的副边电流不经过采用电阻，因此采样电阻输出值为0，如图17所示的波形420，也即CT2工作在退磁模式。
之后原边电流换流，则开关S2和开关S3导通，如图10所示的电流流向，此时电流互感器CT原边电流自CT2的同名端流入时，则CT2的副边电流自同名端流出，则CT2的电流路径如图15所示的最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表流经开关S2的功率电流的采样信号VS2，其采样输出信号可参阅图17所示的波形430，也即CT2工作在正向采样模式，并此时CT2的变压器T2正向励磁；而此时的CT1，其原边无电流通过，但副边有变压器T1自身产生的激励电流，其电流路径如图16所示的最外侧箭头所示，也即电流流经正向采样回路，而由采样电阻输出代表变压器T1的激励电流的采样信号VS1，其采样输出信号可参阅图17所示的波形320。在此工作过程中，开关S1为主动管，开关S2为续流管。则判断若Sa2的采样值大于Sa4的采样值 ，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的采样值小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值。
此如在负半周期，CT2的采样电阻输出的采样信号为功率电流值。
以AC-DC反向工作，即DC到AC变换为例，且以AC电压处于正半周为例，其开关工作过程为开关S1和开关S4导通工作，开关S2和开关S4导通续流，为上正下负，则在理想情况下，AC电流方向应如图18所示。其工作波形如图19所示，其原理与正向工作相似不再累述。
以AC-DC反向工作，即DC到AC变换为例，且以AC电压处于负半周为例，其开关工作过程为开关S2和开关S3导通工作，开关S1和开关S4导通续流，为上负下正，则在理想情况下，AC电流方向应如图20所示，其工作波形如图23所示，其原理与正向工作相似不再累述。
如上所述，只有当主功率电流自电流互感器CT原边同名端流入时，采样侧才能检测到有效反应主功率电流的信号。而在同一开关周期内，CT1与CT2会同时输出采样信号，如图8中的波形100和波形200，而CT1与CT2中的采样值中只有一个能有效反应实际主功率电流值，如图8中的波形200和波形120才有效反应实际主功率电流值，但实际上，我们无法事先得知实际电感电流方向，因此在采样得到CT1与CT2的采样值以后，需要甄别筛选出反应实际主功率电流值的有效采样值，如图8中，需要在波形100和波形200中选出波形200，在波形120和波形220中选出波形120。
对于电流互感器CT同名端连接，以AC-DC正向工作为例，且以AC电压处于正半周为例，为上正下负，在开关S1与开关S2的驱动中点对CT1与CT2各采样一次，得到Sa1，Sa2，Sa3，Sa4四个采样点，其中Sa1和Sa3对应第一电流检测电路，Sa2和Sa4对应第二电流检测电路。
通过比较开关S1驱动中点采样，开关S2驱动中点采样的数据情况，确认选用哪一个电流互感器CT信号作为正向沟道电流信号进行控制，并由此判断此开关周期的电感电流流向。如图8，在正半周期，主动管为开关S2，则比较CT2采样结果Sa2的采样值与Sa4的采样值；若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则Sa2的采样值作为L1电流值；若Sa2的采样值小于Sa4的采样值，如进入负半周期，则采用Sa3的采样值作为L1电流值。
参考图22 和图23，对于同名端连接，当AC-DC反向工作，以AC电压处于正半周为例，为上正下负，在S1与S2的驱动中点对CT1与CT2各采样一次。得到Sa1，Sa2，Sa3，Sa4四个采样点。
通过比较开关S1驱动中点采样，开关S2驱动中点采样的数据情况，确认选用哪一个电流互感器CT信号作为正向沟道电流信号进行控制，并由此判断此开关周期的电感电流流向。当主动管为开关S1，则比较CT1采样结果Sa1的采样值与Sa3的采样值；若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则Sa3的采样值作为L1电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值， 如进入负半周期，则Sa2的采样值作为L1电流值。
以电流互感器CT异名端为例，以AC-DC正向工作为例，且以AC电压处于正半周为例，为上正下负，在开关S1与开关S2的驱动中点对CT1与CT2各采样一次。得到Sa1，Sa2，Sa3，Sa4四个采样点。
通过比较开关S1驱动中点采样，开关S2驱动中点采样的数据情况，确认选用哪一个电流互感器CT信号作为正向沟道电流信号进行控制，并由此判断此开关周期的电感电流流向。如图17，在正半周期，主动管为开关S2， 续流管为开关S1，则比较CT1采样结果Sa1的采样值与Sa3的采样值；若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则Sa3的采样值作为L1电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值，如进入负半周期，则采用Sa2的采样值为L1电流值。
对于异同名端连接，当AC-DC反向工作时其原理参考上述，不再累述。

Claims (9)

1.一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，包括：
图腾柱PFC电路，设有开关S1和开关S2串联成的快管桥臂；
第一电流检测电路，包括依次连接的第一电流互感器CT、第一退磁电路和第一电流采样单元，所述第一电流采样单元输出第一采样信号VS1，所述第一电流互感器CT为变压器T1，所述变压器T1的原边绕组与所述开关S1串联；
第二电流检测电路，包括依次连接的第二电流互感器CT、第二退磁电路和第二电流采样单元，所述第二电流采样单元输出第二采样信号VS2，所述第二电流互感器CT为变压器T2，所述变压器T2的原边绕组与所述开关S2串联；
控制器，连接所述第一电流采样电路和第二电流采样电路，接收第一采样信号VS和第二采样信号VS2 ，在一个开关周期中，所述控制器在开关S1和S2的驱动中点对第一电流检测电路与第二电流检测电路各采样一次，得到采样点Sa1，Sa2，Sa3，Sa4，获得对应的四个采样值，其中Sa1和Sa3对应第一电流检测电路，Sa2和Sa4对应第二电流检测电路；
所述控制器执行以下步骤:若变压器T1和变压器T2为同名端连接，则判断主动管的采样值，若AC电压此时为正半周，则主动管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则主动管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；
若变压器T1和变压器T2为异名端连接，则判断续流管的采样值，若AC电压此时为正半周，则续流管为开关管S1，若Sa3的采样值大于Sa1的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值；若Sa3的采样值小于Sa1的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若AC电压此时为负半周，则续流管为开关管S2，若Sa2的采样值大于Sa4的采样值，则选择Sa2的采样值作为采样电流值；若Sa2的小于Sa4的采样值，则选择Sa3的采样值作为采样电流值。
2.根据权利要求1所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，所述第一退磁电路和第二退磁电路均设有二极管D1、PMOS Q1、二极管D2和电阻R1，在第一退磁电路中，PMOS Q1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOSQ1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于所述变压器T1的副边绕组的一端，所述二极管D1的负极接于所述变压器T1的副边绕组的另一端；在第二退磁电路中，PMOS Q1的源极、二极管D2正极和电阻R1的一端并接于二极管D1的正极，PMOS Q1的漏极、二极管D2负极和电阻R1的另一端并接于所述变压器T2的副边绕组的一端，所述二极管D1的负极接于所述变压器T2的副边绕组的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，所述第一电流采样单元和第二电流采样单元均设有二极管D3、电阻R2和电阻R3，所述电阻R2的一端和电阻R3的一端并接于二极管D3的负极，在第一电流采样电路中，所述电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于所述变压器T1的副边绕组的一端，所述二极管D3的正极接于所述变压器T1的副边绕组的另一端，在第二电流采样电路中，所述电阻R2的另一端和电阻R3的另一端并接于所述变压器T2的副边绕组的一端，所述二极管D3的正极接于所述变压器T2的副边绕组的另一端。
4.根据权利要求1所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，所述图腾柱PFC电路设有电感L1、开关S3、开关S4、电容Cbulk和交流电源AC，所述交流电源AC一端连接于电感L1的一端，电感L1的另一端并接有开关S1的源极和开关S2的漏极，所述开关S1的漏极与开关S3的漏极、电容Cbulk的一端并接，所述电容Cbulk的另一端与开关S2的源极、开关S4的源极并接，所述开关S3的源极和开关S4的漏极并接于交流电源AC的另一端。
5.根据权利要求4所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，还设有AC电压检测电路，所述AC电压检测电路并接于交流电源AC两端，检测交流电源AC两端的电压，并将交流电源AC两端的电压传输到控制器。
6.根据权利要求4所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，还设有母线电压检测电路，所述母线电压检测电路并接于电容Cbulk的两端，检测电容Cbulk两端的电压，并将电容Cbulk两端的电压传输到控制器。
7.根据权利要求3所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，电流采样电路运行在电流采样模式中，电流互感器的副边绕组、二极管D3和电流采样单元构成电流回路。
8.根据权利要求3所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，电流采样电路运行在旁路模式中，电流互感器的副边绕组、PMOS Q1和二极管D1构成电流回路。
9.根据权利要求3所述的一种应用于双向AC-DC变换器的电流采样电路，其特征在于，电流采样电路运行在退磁模式中，电流互感器的副边绕组、电阻R1和二极管D1构成电流回路。
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