TWI572130B - 功率變換器及其電流採樣方法及採樣裝置 - Google Patents

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Description

功率變換器及其電流採樣方法及採樣裝置
本申請涉及功率變換器的電流採樣技術，尤其涉及一種隔離型功率變換器電流採樣方法及採樣裝置。
在功率變換器中，常常需要對輸出電流進行監控，以實時得到功率變換器的當前工作狀態。在功率變換器中，較為常見的採樣方式為採樣電路接於功率變換器的輸出端進行功率變換器輸出端的電壓或電流採樣。功率變換器輸出端的採樣大致會用於功率變換器的均流控制、過流保護及向電源系統彙報負載電流或功率情況。在功率變換器中有一類採用了隔離變壓器，可將這類功率變換器稱為隔離型功率變換器。對於這類隔離型功率變換器的輸出端採樣通常採樣隔離變壓器副邊的電參量。
以隔離變壓器副邊電流採樣為例，目前常見的採樣方法是在輸出端串聯電阻。如圖1所示，電流i1經過變壓器T1的原邊後被分為兩個部分，一部分是經過勵磁電感Lm的電流im，一部分是進行傳輸的電流i0；經過副邊Q1和Q2的同步整流後，進一步得到電流i2傳輸到輸出端；電阻Ro串聯在輸出端，用來進行電流採樣。電阻採樣具有簡單、準確、可靠的優點，但會產生一定的損耗，特別 是在諸如服務器電源等輸出電流較大的場合，電阻損耗尤其較大。並且，隨著輸出負載的增大，電阻採樣所產生的損耗也不斷增大。在一些對效率要求較高的應用場合，上述電阻採樣的損耗不能忽略，因此，針對這些場合，有必要對電流採樣加以進一步改善，以提高功率變換器的工作效率。
本申請的實施例旨在提供一種隔離型功率變換器的電流採樣方法和採樣裝置及其應用的隔離型功率變換器，以解決現有技術中電阻採樣存在的以上問題。
為實現上述目的，本申請的實施例提供了一種隔離型功率變換器的電流採樣裝置。其中，該隔離型功率變換器包括方波發生器、原邊濾波電路和隔離變壓器，該原邊濾波電路耦接於隔離變壓器原邊與方波發生器之間。該電流採樣裝置包括第一採樣電路及分流電路。該第一採樣電路耦接於該隔離變壓器原邊，且採樣該隔離變壓器原邊的總電流並輸出第一採樣電流。該分流電路接收該第一採樣電流，並包括第一分流支路和第二分流支路。該第一採樣電流經該第一分流支路和第二分流支路分別被轉換為勵磁採樣電流和待採樣電流。該勵磁採樣電流與流經該隔離變壓器原邊勵磁電感的勵磁電流成比例，該待採樣電流與該隔離變壓器原邊傳輸到副邊的傳輸電流成比例。
本申請的實施例還提供一種隔離型功率變換器，其包括上述的電流採樣裝置。
本申請的實施例還提供一種隔離型功率變換器的電流採樣方法， 包括：提供一隔離型功率變換器，該隔離型功率變換器包括至少一隔離變壓器；採樣該隔離變壓器原邊的總電流獲得該隔離變壓器原邊一採樣總電流；將該採樣總電流分流成與隔離變壓器原邊勵磁電流成比例的一勵磁採樣電流和與該隔離變壓器副邊電流成比例的一採樣電流；以及利用該採樣電流與該隔離變壓器副邊電流成比例獲得該隔離變壓器副邊電流的採樣。
由上述技術方案可知，本申請實施例提供的電流採樣方法和採樣裝置及其應用的隔離型功率變換器，通過設置採樣係數來對功率變換器的變壓器原邊傳輸電流或者副邊負載電流進行採樣，能夠實現較小的採樣損耗。
11‧‧‧第一採樣電路
12‧‧‧分流電路
121‧‧‧第一分流支路
122‧‧‧第二分流支路
123‧‧‧補償電壓產生電路
124‧‧‧直流電壓源
13‧‧‧第二整流電路
14‧‧‧第二採樣電路
21‧‧‧方波發生器
22‧‧‧原邊濾波電路
23‧‧‧輸入電源
41‧‧‧第一整流電路
42‧‧‧副邊濾波電路
43‧‧‧負載
C1‧‧‧濾波電容
C2‧‧‧採樣電容
Co‧‧‧輸出電容
Im‧‧‧勵磁採樣電流
I0‧‧‧待採樣電流
I1‧‧‧第一採樣電流
I2‧‧‧第二採樣電流
im‧‧‧勵磁電流
i0‧‧‧傳輸電流
i1‧‧‧總電流
i2‧‧‧副邊輸出電流
i2_avg‧‧‧副邊輸出電流平均值
I2_avg‧‧‧第二採樣電流平均值
K0‧‧‧比值
K1‧‧‧第一採樣係數
K2‧‧‧第二採樣係數
Lm‧‧‧勵磁電感
Li‧‧‧原邊漏感
Lm1‧‧‧補償電感
Lr‧‧‧電感
N4‧‧‧輔助繞組
Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧開關管
R‧‧‧電阻
T1‧‧‧變壓器
T2‧‧‧電流互感器
VLm1‧‧‧補償電壓
VLm‧‧‧勵磁電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
S201~S204‧‧‧步驟
圖1為現有技術的電阻採樣輸出電流電路示意圖。
圖2為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的實施例一框圖。
圖3為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的實施例二框圖。
圖4至圖5分別為本申請電流採樣裝置實施例中的方波發生器示意圖。
圖6至圖8分別為本申請電流採樣裝置實施例中的整流電路示意圖。
圖9至圖10分別為本申請電流採樣裝置實施例中的第一採樣電流示意圖。
圖11為本申請電流採樣裝置實施例中的分流電路示意圖。
圖12至圖14分別為圖11所示分流電路中的補償電壓產生電路示意 圖。
圖15至圖17分別為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置電路實施例一至三的示意圖。
圖18和圖19分別為圖11所示分流電路中的補償電感取值與採樣精度之間的關係曲線圖。
圖20為本申請隔離型功率變換器的電流採樣方法的實施例流程圖。
下面將詳細描述本申請的具體實施例。應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本申請。圖2為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的實施例一框圖，如圖所示，本實施例的電流採樣裝置所應用的隔離型功率變換器包括方波發生器21、原邊濾波電路22和隔離變壓器T1。其中，熟習隔離變壓器技藝者可知，隔離變壓器T1的原邊通常包括勵磁電感Lm以及與其並聯的原邊漏感Li。
如圖2所示，本實施例的電流採樣裝置設置於變壓器T1的原邊，並包括第一採樣電路11和分流電路12。其中，第一採樣電路11耦接於隔離變壓器T1原邊，且採樣隔離變壓器T1原邊的總電流並輸出第一採樣電流I1；分流電路12接收第一採樣電流I1，並包括第一分流支路121和第二分流支路122。進一步，第一採樣電流I1經第一分流支路121和第二分流支路122分別被轉換為勵磁採樣電流Im和待採樣電流I0；其中，勵磁採樣電流Im與流經勵磁電感Lm的勵磁電流im成比例，待採樣電流I0與變壓器T1的原邊傳輸到副邊的傳輸電流i0成比例。
在一個實施例中，第一採樣電流I1經分流電路12後勵磁採樣電流Im與勵磁電流im的比值可以等於待採樣電流I0與傳輸電流i0的比值。即，Im/im=I0/i0=I1/i1=K1 (1)
K1為第一採樣電路11的採樣係數，在此實施例中，分流電路12對電流只作分流處理，因此經分流後可以得到公式(1)。當然，在其他的分流電路的實施例中，勵磁採樣電流Im與勵磁電流im的比值K1可以不等於待採樣電流I0與傳輸電流i0的比值K0。本領域技術人員通過以上實施例啟示會較為容易實現比例不同的勵磁採樣電流和待採樣電流，因此，不在多進行舉例。下文中也仍以公式(1)適用的情況為例加以說明。
圖3為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的實施例二框圖，如圖所示，與實施例一相比，本實施例的電流採樣裝置所應用的隔離型功率變換器除了方波發生器21、原邊濾波電路22和變壓器T1之外，還包括輸入電源23、第一整流電路41、副邊濾波電路42及負載43。其中，方波發生器21根據輸入電源23的輸入產生方波電壓並輸出，原邊濾波電路22配置為濾除方波發生器21的輸出中的電流紋波；第一整流電路41配置為將變壓器T1的副邊輸出的交流電轉換為直流電，副邊濾波電路42配置為濾除第一整流電路41的輸出中的電流紋波，且副邊濾波電路42的輸出連接至負載43。
如圖3所示，本實施例的電流採樣裝置除了第一採樣電路11和分流電路12之外，還包括第二整流電路13和第二採樣電路14。其中 ，第二整流電路13接收分流電路12輸出的待採樣電流I0並輸出與變壓器T1副邊輸出電流(經過整流後)i2成比例的電流，第二採樣電路14對第二整流電路13的輸出電流採樣並輸出第二採樣電流I2。在一個實施例中，第二採樣電路14可以實施為採樣電阻。
在一個實施例中，第二採樣電流I2與變壓器T1的副邊輸出電流(經過第一整流電路41整流後)i2的電流值滿足以下關係式：I2=K2×i2 (2)
如圖3所示，第二採樣電路14的採樣電流I2與變壓器T1的副邊輸出電流i2是成比例的，係數為K2。因此，通過測量流經第二採樣電路14的電流，就可以得到功率變換器的負載電流的情況。通過對K2的調整，可以調整流過第二採樣電路14中例如採樣電阻的電流。如此一來，與傳統技術中在功率變換器輸出端接採樣電路進行採樣的方法相比，本申請中例舉的電流採樣裝置能夠通過減小K2的值來降低採樣電路的損耗。
在一個實施例中，上述的方波發生器21可以實施為圖4所示的LLC諧振電路，也可以實施為圖5所示的移相全橋電路。在一個實施例中，第一整流電路41可以實施為圖6所示的半波整流電路，或者可以實施為圖7所示的全波整流電路，也可以實施為圖8所示的全橋整流電路。
在一個實施例中，上述的第一採樣電路11可以實施為圖9所示的電流互感器採樣電路，也可以實施為圖10所示的電容採樣電路。
如圖9所示，利用電流互感器T2對隔離變壓器T1原邊的總電流i1採樣。若設置電流互感器T2的匝數比1：m滿足關係式： 1/m=K1 (3)
從而得到第一採樣電流：I1=K1×i1 (4)
如圖10所示，在該實施例中，原邊濾波電路22實施為濾波電容C1，電容採樣電路包括一採樣電容C2；採樣電容C2的一端與濾波電容C1的一端連接，採樣電容C2的另一端為電容採樣電路的輸出端；並且採樣電容C2和濾波電容C1的電容值滿足以下關係式：C2/C1=K1 (5)
從而得到同樣滿足以上關係式(3)的第一採樣電流I1。
結合上述圖2和圖3兩個實施例可以看出，第一採樣電流I1是以第一採樣係數K1對隔離變壓器T1原邊的總電流i1進行採樣得到的結果，第二採樣電流I2是以第二採樣係數K2對變壓器T1副邊輸出電流i2進行採樣得到的結果。由於隔離變壓器T1原邊的總電流i1包括勵磁電感Lm的勵磁電流im和從變壓器T1的原邊傳輸到副邊的傳輸電流i0兩個分量，因此如果需要得到與變壓器T1副邊輸出電流i2成比例(i2與i0成比例)的第二採樣電流I2，就需要用分流電路12分流出分別對應於勵磁電流im和傳輸電流i0的勵磁採樣電流Im和待採樣電流I0。
在一個實施例中，分流電路12的原理如圖11所示，其接收第一採樣電流I1，並包括第一分流支路121、第二分流支路122和補償電壓產生電路123。其中，第一分流支路121包括一補償電感Lm1，其兩端施加有由補償電壓產生電路123產生的補償電壓VLm1，並 且補償電壓VLm1與勵磁電感Lm兩端的勵磁電壓VLm的電壓頻率相等、幅值成比例(由此可知該補償電壓VLm1同樣為方波電壓)，從而分別在第一分流支路121和第二分流支路122得到與勵磁電流im成比例的勵磁採樣電流Im和與傳輸電流i0成比例的待採樣電流I0。
在一個實施例中，上述的補償電壓產生電路123可以實施為如圖12所示，主要包括一由四個二極管組成的全橋整流電路，並將補償電感Lm1的兩端分別連接至該全橋整流電路的兩個橋臂中點，全橋整流電路的輸出端進而連接至一直流電壓源124，從而利用直流電壓源124的輸入來產生施加至補償電感Lm1兩端的補償電壓VLm1。
在一個實施例中，補償電壓產生電路123還可以實施為如圖13所示，其中是由變壓器T1副邊經過第一整流電路41整流後的輸出來提供上述的直流電壓源，下文中圖15的實施例即採用這種方式。在圖12和圖13所示的情況下，全橋整流電路既起到補償電壓產生電路123的作用以在補償電感Lm1的兩端施加補償電壓VLm1，同時又起到第二整流電路13的整流作用。
在一個實施例中，上述的補償電壓產生電路123還可以實施為如圖14所示，通過在變壓器T1的原邊增加輔助繞組N4，從而直接通過與變壓器T1的原邊電壓耦合得到補償電壓VLm1，下文中圖16和圖17的實施例均採用這種方式。需要說明的是，與圖12和圖13不同，若採樣輔助繞組N4為補償電感施加補償電壓，則需要接第二整流電路對第二分支電流進行整流，如圖14所示。
若第一採樣電路是利用電流互感器實現，則補償電感Lm1可直接利用電流互感器本身的寄生電感實現。
在上述實施例的分流電路12中，由於第二分流支路122上的待採樣電流I0直接關係到第二採樣電流I2的準確性。因此，為了保證待採樣電流I0的準確性，在一個實施例中，也即為了使待採樣電流I0滿足以下關係式：I0=K1×i0 (6)
需要對補償電感Lm1的感值進行設置。具體而言，假設施加在勵磁電感Lm兩端的勵磁電壓幅值為VLm，施加在補償電感Lm1兩端的方波電壓幅值為VLm1，則有如下關係式：I0=K1×VLm/Lm=VLm1/Lm1 (7)
因此，補償電感Lm1的感值可表達為以下關係式：Lm1=(VLm1×Lm)/(K1×VLm) (8)
實際應用中，考慮到勵磁電感Lm的工藝誤差、補償電感Lm1的漏感以及來自電路其他器件的影響等等，可以設置不同區間的補償電感Lm1。圖18和圖19分別為圖11所示分流電路中的補償電感不同的取值與採樣精度(這裏指第二採樣電流I2的採樣精度)之間的關係曲線圖。圖18和圖19橫坐標均表示隔離變壓器副邊所接的負載從輕載到重載(0.00%~120.00%)變化，縱坐標表示所採樣電流的實際測量與理論值的誤差。圖18和圖19理論計算出的補償電感為1.8mH。圖18顯示了補償電感值範圍在90%至110%兩個端點值(1.62mH和1.98mH)變化對應的採樣誤差。圖19顯示了補償電 感值範圍在80%至120%兩個端點值(1.44mH和2.16mH)變化對應的採樣誤差。結合二圖所示，如果要保證採樣精度在5%以內，則補償電感Lm1的感值可以設置在100%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至110%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間；如果要保證採樣精度在10%至5%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在90%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至100%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間，或者110%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至115%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間；如果要保證採樣精度在20%至10%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在80%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至90%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間，或者115%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至120%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間。由於採樣精度受輕重載的影響，應用者實際上可根據電路常規工作的負載情況去選擇合適的補償電感來滿足其精度要求，並非局限於此處圖18和圖19的例舉。
在上文對本申請電流採樣裝置的各電路單元分別加以說明的基礎上，下面將結合圖15至圖17對本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的具體電路實施例一至三進行描述。
圖15為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的具體電路實施例一示意圖，如圖所示，本實施例的隔離型功率變換器採用半橋LLC串聯諧振變換器。其中，輸入電壓Vin與一電容並聯，進而連接至由開關管Q1、Q2串聯組成的橋臂，Vin的正端接上橋臂Q1，Vin的負端接下橋臂Q2，橋臂的中點接電感Lr的一端，Lr的另一端與變壓器T1原邊一端相連接，變壓器T1原邊的另一端與電容C1相連接，C1的另一端與Vin的負端連接；變壓器T1的副邊是採用中心抽頭的全波同步整流電路，T1副邊的兩端分別與開關管Q3、 Q4的一端連接，Q3、Q4的另一端相互連接且接至輸出電容Co的負端及地，T1的副邊中心抽頭接至Co的正端。
在本實施例中，第一採樣電路11被實施為圖9所示的電流互感器T2，補償電壓產生電路123被實施為圖13所示的全橋整流電路，第二採樣電路14被實施為採樣電阻R。如圖15所示，電流互感器T2串聯在電容C1與變壓器T1之間，補償電感Lm1的兩端接至全橋整流電路的兩個橋臂中點，全橋整流的上橋臂二極管的陰極接電阻R，用來進行電流採樣，電阻R接至電容C2及功率變換器輸出電壓Vo的正端，電容C2及功率變換器輸出電壓Vo的負端與全橋整流電路的下橋臂二極管的陽極相連接並接地。
如圖15所示，變壓器T1的匝數比為N1：N2：N3=n：1：1，互感器T2的匝比為1：m。在一個實施例中，通過設置使得m×n>10。根據匝數比關係得電流互感器T2副邊電流也即第一採樣電流I1滿足以下關係式：I1=K×i1=i1/m (9)
也即得到上述關係式(3)：K1=1/m。
從而根據上述關係式(8)可得到以下關係式：Lm1=m×VLm1×Lm/VLm (10)
另一方面，VLm與VLm1和採樣電阻R兩端的電壓VR滿足以下關係式：VLm=n×(VLm1+VR)=n×(VLm1+I2×R)=n×(VLm1+i2×R/(m×n)) (11)
如上文所述，由於m×n>10，所以採樣電阻R上的電壓VR可忽略，從而關係式(11)可簡化為：VLm=n×VLm1 (12)
結合關係式(10)和(12)便可將補償電感Lm1表達為：Lm1=m×Lm/n (13)
實際應用中，考慮到勵磁電感Lm的工藝誤差、補償電感Lm1的漏感以及來自電路其他器件的影響等等，可以設置不同區間的補償電感Lm1。例如，如果要保證採樣精度在5%以內，則補償電感Lm1的感值可以設置在100%×m×Lm/n至110%×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在10%至5%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在90%×m×Lm/n至100%×m×Lm/n之間，或者110%×m×Lm/n至115%×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在20%至10%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在80%×m×Lm/n至90%×m×Lm/n之間，或者115%×m×Lm/n至120%×m×Lm/n之間。
在本實施例中，根據變壓器T1和互感器T2的電流變比，可得流過電阻R的電流I2=i2/(m×n)，從而電流I2、i2的平均值I2_avg、i2_avg滿足以下關係式：I2_avg=i2_avg/(m×n) (14)
如此一來，通過採樣流經採樣電阻R的電流，便可以得到變壓器T1副邊輸出電流i2的大小。由於在設計時使得m×n>10，因此，在採樣電阻相同的情況下，本實施例電流採樣裝置中的採樣電阻損耗要遠小於圖1中的採樣電阻損耗。
圖16為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的具體電路實施例二示意圖，如圖所示，本實施例的隔離型功率變換器仍採用圖15所示的半橋LLC串聯諧振變換器，因此相同部分的電路元件此處將不再贅述。
在本實施例中，第一採樣電路11被實施為圖10所示的電容採樣電路，補償電壓產生電路123被實施為圖14所示的輔助繞組N4，第二採樣電路14則仍然被實施為採樣電阻R。如圖所示，電容C2的一端接在電容C1與變壓器T1原邊一端的相連接處，C2的另一端與補償電感Lm1的一端相連，且連接到兩個二極管組成的整流橋的橋臂中點，補償電感Lm1的另一端與繞組N4的一端相連，N4的另一端與下橋臂二極管的陽極相連，採樣電阻R與二極管橋臂並聯。
在本實施例中，變壓器T1的原副邊匝數比為N1：N2：N3：N4=n：1：1：1，電容C1和C2的電容值設置為C2=C1/m(m>10)，且設計時使得m×n>10。由此可得流過電容C2的電流也即第一採樣電流I1也可滿足關係式(9)。類似地，由於採樣電阻R上的電壓可以忽略，因此，補償電感Lm1的感值也可表達為上述關係式(13)。
同樣，在實際應用中，考慮到勵磁電感Lm的工藝誤差、補償電感Lm1的漏感以及來自電路其他器件的影響等等，可以設置不同區間的補償電感Lm1。例如，如果要保證採樣精度在5%以內，則補償電感Lm1的感值可以設置在100%×m×Lm/n至110%×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在10%至5%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在90%×m×Lm/n至100%×m×Lm/n之間，或者110%×m×Lm/n至115% ×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在20%至10%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在80%×m×Lm/n至90%×m×Lm/n之間，或者115%×m×Lm/n至120%×m×Lm/n之間。
在本實施例中，變壓器T1的副邊輸出電流平均值i2_avg和流經採樣電阻R的第二採樣電流I2平均值I2_avg分別滿足以下關係式：i2_avg=(i1-im)_avg×n (15)
I2_avg=(I1-Im)_avg/2=(i1/m-im/m)_avg/2 (16)
由此可得i2_avg和I2_avg之間滿足以下關係式：i2_avg=I2_avg/(2m×n) (17)
如此一來，通過採樣流經採樣電阻R的電流，便可以得到變壓器T1副邊輸出電流i2的大小。由於在設計時使得m×n>10，因此，在採樣電阻相同的情況下，本實施例電流採樣裝置中的採樣電阻損耗也要遠小於圖1中的採樣電阻損耗。
圖17為本申請隔離型功率變換器的電流採樣裝置的具體電路實施例三示意圖，如圖所示，本實施例的隔離型功率變換器仍採用圖15所示的半橋LLC串聯諧振變換器，因此相同部分的電路元件此處將不再贅述。
在本實施例中，第一採樣電路11被實施為圖9所示電流互感器T2，補償電壓產生電路123被實施為圖14所示的輔助繞組N4，第二採樣電路14則仍然被實施為採樣電阻R。如圖所示，電流互感器T2串聯在電容C1與變壓器T1之間，補償電感Lm1的一端連接到兩 個二極管組成的整流橋的橋臂中點，補償電感Lm1的另一端與繞組N4的一端相連，繞組N4的另一端與下橋臂二極管的陽極相連，採樣電阻R與二極管橋臂並聯。
在本實施例中，變壓器T1的原副邊匝數比為N1：N2：N3：N4=n：1：1：1，互感器T2的匝比為1：m，設計時使得m×n>10。由此可得電流互感器T2的副邊電流也即第一採樣電流I1可滿足關係式(9)。類似地，由於採樣電阻R上的電壓可以忽略，因此，補償電感Lm1的感值也可表達為上述關係式(13)。
同樣，在實際應用中，考慮到勵磁電感Lm的工藝誤差、補償電感Lm1的漏感以及來自電路其他器件的影響等等，可以設置不同區間的補償電感Lm1。例如，如果要保證採樣精度在5%以內，則補償電感Lm1的感值可以設置在100%×m×Lm/n至110%×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在10%至5%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在90%×m×Lm/n至100%×m×Lm/n之間，或者110%×m×Lm/n至115%×m×Lm/n之間；如果要保證採樣精度在20%至10%之間，則補償電感Lm1的感值可以設置在80%×m×Lm/n至90%×m×Lm/n之間，或者115%×m×Lm/n至120%×m×Lm/n之間。
在本實施例中，變壓器T1的副邊輸出電流平均值i2_avg和流經採樣電阻R的第二採樣電流I2平均值I2_avg之間同樣可滿足以上關係式(17)。
如此一來，通過採樣流經採樣電阻R的電流，便可以得到變壓器T1副邊輸出電流i2的大小。由於在設計時使得m×n>10，因此，在採樣電阻相同的情況下，本實施例電流採樣裝置中的採樣電 阻損耗也要遠小於圖1中的採樣電阻損耗。
對於以上所例舉的實施例中，第二採樣電流I2平均值I2_avg的公式中包含有數字2的，例如公式16；此採樣電路中的第二整流電路為半橋整流電路，如圖14、圖16和圖17所示。
本申請的實施例還提供一種隔離型功率變換器的電流採樣方法，如圖20所示，在一個實施例中，本申請的電流採樣方法包括以下步驟S201-S204。
S201、提供一隔離型功率變換器，該隔離型功率變換器包括至少一隔離變壓器；S202、採樣該隔離變壓器原邊的總電流獲得該隔離變壓器原邊一採樣總電流；S203、將該採樣總電流分流成與隔離變壓器原邊勵磁電流成比例的一勵磁採樣電流和與該隔離變壓器副邊電流成比例的一採樣電流；以及S204、利用該採樣電流與該隔離變壓器副邊電流成比例獲得該隔離變壓器副邊電流的採樣。
由上述技術方案可知，本申請實施例提供的電流採樣方法和採樣裝置及其應用的隔離型功率變換器，通過設置採樣係數來對功率變換器的變壓器原邊傳輸電流或者副邊負載電流進行採樣，能夠實現較小的採樣損耗。
雖然已參照幾個典型實施例描述了本申請，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本申請能夠以多 種形式具體實施而不脫離申請的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
11‧‧‧第一採樣電路
12‧‧‧分流電路
13‧‧‧第二整流電路
14‧‧‧第二採樣電路
21‧‧‧方波發生器
22‧‧‧原邊濾波電路
23‧‧‧輸入電源
41‧‧‧第一整流電路
42‧‧‧副邊濾波電路
43‧‧‧負載
Im‧‧‧勵磁採樣電流
I0‧‧‧待採樣電流
I1‧‧‧第一採樣電流
I2‧‧‧第二採樣電流
im‧‧‧勵磁電流
i0‧‧‧傳輸電流
i1‧‧‧總電流
i2‧‧‧副邊輸出電流
K1‧‧‧第一採樣係數
K2‧‧‧第二採樣係數
Lm‧‧‧勵磁電感
Li‧‧‧原邊漏感
T1‧‧‧變壓器

Claims (18)

  1. 一種隔離型功率變換器的電流採樣裝置，該隔離型功率變換器包括方波發生器、原邊濾波電路和隔離變壓器；其中，該原邊濾波電路耦接於隔離變壓器原邊與該方波發生器之間，該電流採樣裝置包括：第一採樣電路，耦接於該隔離變壓器原邊，且採樣該隔離變壓器原邊的總電流並輸出第一採樣電流；分流電路，接收該第一採樣電流；該分流電路包括第一分流支路和第二分流支路；該第一採樣電流經該第一分流支路和該第二分流支路分別被轉換為勵磁採樣電流和待採樣電流；該勵磁採樣電流與流經該隔離變壓器原邊勵磁電感的勵磁電流成比例，該待採樣電流與該隔離變壓器原邊傳輸到副邊的傳輸電流成比例。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電流採樣裝置，其中，該勵磁採樣電流與該變壓器原邊的勵磁電流的比值等於該待採樣電流與該變壓器副邊的傳輸電流的比值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電流採樣裝置，其中，該第一分流支路包括一補償電感，該補償電感兩端施加有一補償電壓，該補償電壓與該勵磁電感兩端的電壓頻率相等。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電流採樣裝置，其中，該補償電感的兩端分別連接至一全橋整流電路的兩個橋臂中點，該全橋整流電路的輸出接有一直流電壓源。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電流採樣裝置，其中，該隔離型功 率變換器還包括一第一整流電路，該第一整流電路與該變壓器的副邊耦接，並輸出該直流電壓源。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電流採樣裝置，其中，還包括一第二採樣電路，耦接於該全橋整流電路的輸出端，用於採樣該全橋整流電路的輸出電流並輸出第二採樣電流，該第二採樣電流與該變壓器的副邊輸出電流的電流值滿足以下關係式：I2=K1 * i2/n，其中I2、i2分別為該第二採樣電流與該變壓器的副邊輸出電流的電流值，K1為該第一採樣電流與該隔離變壓器原邊的總電流的電流值之比，n為該變壓器的匝數比。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之電流採樣裝置，其中，該變壓器原邊耦合有一輔助繞組，該輔助繞組產生該補償電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電流採樣裝置，其中，該電流採樣裝置還包括一第二整流電路，該第二整流電路對該待採樣電流整流。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電流採樣裝置，其中，還包括一第三採樣電路，用於採樣該第二整流電路的輸出電流並輸出第三採樣電流，該第三採樣電流與該變壓器的副邊輸出電流的電流值滿足以下關係式：I3=K1×i2/n，其中I3、i2分別為該第三採樣電流與該變壓器的副邊輸出電流的電流值，K1為該第一採樣電流與該隔離變壓器原邊的總電流的電流值之比，n為該變壓器的匝數比。
  10. 如申請專利範圍第6項或第9項所述之電流採樣裝置，其中，該全橋整流電路的輸出電流或該第二整流電路的輸出電流小於該變壓 器副邊的傳輸電流的十分之一。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之電流採樣裝置，其中，該補償電感的取值Lm1在80%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)至120%×(VLm1×Lm)/(K1×VLm)之間，其中VLm1為該補償電壓的幅值，Lm為該勵磁電感的感值，K1為該第一採樣電流與該隔離變壓器原邊的總電流的電流值之比，VLm為該勵磁電感兩端的電壓幅值。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電流採樣裝置，其中，該變壓器的副邊電流大於該變壓器的原邊電流。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電流採樣裝置，其中，該第一採樣電路包括電流互感器，該電流互感器的匝數比1：m滿足以下關係式：1/m=K1，其中，m為大於0的自然數，K1為該第一採樣電流與該隔離變壓器原邊的總電流的電流值之比。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之電流採樣裝置，其中，該原邊濾波電路中包含至少一濾波電容。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電流採樣裝置，其中，該第一採樣電路包括一採樣電容；該採樣電容的一端與該濾波電容的一端連接，該採樣電容的另一端為該第一採樣電路的輸出端；並且該採樣電容和該濾波電容的電容值滿足以下關係式：C2=K1×C1，其中，C1、C2分別為該濾波電容和該採樣電容的電容值，K1為該第一採樣電流與該隔離變壓器原邊的總電流的電流值之比。
  16. 一種隔離型功率變換器的電流採樣方法，包括：提供一隔離型功率變換器，該隔離型功率變換器包括至少一 隔離變壓器；採樣該隔離變壓器原邊的總電流獲得該隔離變壓器原邊一採樣總電流；將該採樣總電流分流成與該隔離變壓器原邊勵磁電流成比例的一勵磁採樣電流和與該隔離變壓器副邊電流成比例的一採樣電流；以及利用該採樣電流與該隔離變壓器副邊電流成比例獲得該隔離變壓器副邊電流的採樣。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電流採樣方法，其中，該隔離變壓器副邊的電流大於該隔離變壓器原邊的總電流。
  18. 一種功率變換器，包括如申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述之電流採樣裝置。
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