專利名稱：一種主路輸入電流檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主路輸入電流檢測裝置。
背景技術(shù)：
在開關(guān)電源中通常需要準確，高效地檢測主路輸入電流信號，從而實 現(xiàn)精確的電流控制。檢測電流的方式主要有三種電阻檢測，電流互感器
(CT)檢測，霍爾(HALL)檢測。其中CT檢測因具有功耗小，實現(xiàn)了 開關(guān)電源變壓器的原副邊電氣隔離，價格低廉等優(yōu)點在開關(guān)電源中獲得了 最為廣泛的應(yīng)用。
在采用CT進行電流檢測的方案中，為了防止CT飽和，通常采用了 圖1所示的連接方式。其中SW1表示主功率開關(guān)器件，可以是絕緣柵雙極 型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱IGBT)、金屬-氧化層-半導(dǎo) 體-場效晶體管、(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,簡稱 MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(Gate Turn-off Thyristor,簡稱GTO)，甚至 二極管(DIODE)等半導(dǎo)體器件。這種連接方式被廣泛的使用在單端電路、 BUCK、 BOOST等電路中。當主功率開關(guān)器件導(dǎo)通時，CT檢測流過開關(guān) 器件的電流。當開關(guān)器件關(guān)斷時，CT檢測的電流為零，同時在關(guān)斷的時 間內(nèi)進行磁復(fù)位。圖2為電感電流連續(xù)時CT采樣的電流波形。
但在某些情況下例如功率因數(shù)校正(Power Factor Correction,簡稱 PFC)控制中，在輸入電壓的峰值處開關(guān)器件的占空比很小，同時由于軟 件和硬件上的延時使得我們采樣的真正時刻已經(jīng)處于開關(guān)器件的關(guān)斷處， 檢測到的電流為零，嚴重地影響到控制效果和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了克服這 種情況通?？梢圆捎肏ALL檢測電感電流參與控制來實現(xiàn)我們的控制指 標，但無疑極大的增加了成本。也可以采用兩個CT拼接出電感電流參與 控制，但在三相系統(tǒng)中由于需要檢測的電流較多，也會增加成本、空間， 減小系統(tǒng)的功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是為了克服以上的不足，提出了一種成 本低、檢測效果好的主路輸入電流檢測裝置。本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決
一種主路輸入電流檢測裝置，包括電流互感器、取樣單元和整形單元；
所述電流互感器原邊與主功率開關(guān)器件相連，所述取樣單元連接在電流互
感器副邊與整形單元之間；所述電流互感器采樣主功率開關(guān)器件上的電流 信號輸出給取樣單元，所述取樣單元將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌?輸出至整形單元，所述整形單元對電壓信號進行整形；所述整形單元包括 電容和第一電阻，所述電容和第一電阻并聯(lián)后、耦合在取樣單元與采樣端 口之間。
所述取樣單元包括CT副邊取樣電路和第一信號調(diào)理電路，所述第一 信號調(diào)理電路耦合在CT副邊取樣電路和整形單元之間，所述CT副邊取 樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋恋谝恍盘栒{(diào)理電路，所 述第一信號調(diào)理電路對所述電壓信號進行濾波和比例調(diào)整。
所述整形單元還包括第一三極管、第二三極管、第二電阻；所述第一 三極管基極與第一信號調(diào)理電路輸出端相連，所述第一三極管集電極接正 電源，射極與電容第一端、第一電阻第一端、第二三極管基極分別相連， 第二三極管射極經(jīng)第二電阻接正電源，第二三極管集電極接地。
所述整形單元還包括二極管，所述二極管陽極與第一信號調(diào)理電路輸 出相連，陰極與電容第一端、第一電阻第一端相連。
第一信號調(diào)理電路還對CT副邊取樣電路輸出的電壓信號進行直流偏置。
還包括第二信號調(diào)理電路，所述第二信號調(diào)理電路耦合在整形單元和 采樣端口之間，所述第二信號調(diào)理電路對整形單元輸出的電壓信號進行濾 波和比例調(diào)整。
所述電容和第一電阻的參數(shù)滿足如下公式RC=3T~5T，其中R為 第一電阻的阻值，C為電容的容值。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是本發(fā)明采用了一種整形電路和 CT檢測相結(jié)合的方案，通過整形單元模擬出電感電流波形，克服了現(xiàn)有 的采用CT主路輸入電流檢測裝置在占空比很小時，由于延時導(dǎo)致采樣 的電流值為零的問題。從而徹底解決了在采樣中存在的采不到電流值的情 況。本發(fā)明利用RC充放電去擬和在主功率開關(guān)器件關(guān)斷后的主路電感的 電流波形?？梢允拐魏蟮牟ㄐ文軌蚝芎玫哪M電感電流，便于準確的進 行電流控制。本發(fā)明還具有節(jié)約成本，節(jié)省空間的優(yōu)點。


圖1是現(xiàn)有的電互感器流檢測連接示意圖2是電感電流連續(xù)時，現(xiàn)有的電互感器流采樣的電流波形示意圖； 圖3是本發(fā)明具體實施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明具體實施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一
如圖3所示， 一種主路輸入電流檢測裝置，包括電流互感器、取樣單 元和整形單元。所述電流互感器原邊與主功率開關(guān)器件相連，所述取樣單 元連接在電流互感器副邊與整形單元之間。所述電流互感器采樣主功率開 關(guān)器件上的電流信號輸出給取樣單元，所述取樣單元將電流信號轉(zhuǎn)換為適 當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋琳螁卧?。所述整形單元對電壓信號進行整形，使 得在主功率開關(guān)器件關(guān)斷時送到采樣端口的電流也不再為零。所述整形單 元包括電容C和第一電阻R1，所述電容C和第一電阻R1并聯(lián)后、耦合在 取樣單元與采樣端口之間。
如圖3所示，所述取樣單元包括CT副邊取樣電路和第一信號調(diào)理電 路，所述第一信號調(diào)理電路耦合在CT副邊取樣電路和整形單元之間，所 述CT副邊取樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋恋谝恍盘?調(diào)理電路，所述第一信號調(diào)理電路對所述電壓信號進行濾波和比例調(diào)整。 所述比例調(diào)整可以通過運算放大器實現(xiàn)。
如圖3所示，所述主路輸入電流檢測裝置還包括第二信號調(diào)理電路， 所述第二信號調(diào)理電路耦合在整形單元和采樣端口之間，所述第二信號調(diào) 理電路對整形單元輸出的電壓信號進行濾波和比例調(diào)整。這樣實現(xiàn)主路輸 入電流檢測裝置與DSP的阻抗匹配。所述采樣端口可以為數(shù)字信號處理 (Digital Signal Processing,簡稱DSP)的采樣端口 。
上述主路輸入電流檢測裝置工作原理如下
所述電流互感器采樣主功率開關(guān)器件上的電流信號輸出給CT副邊取 樣電路。所述CT副邊取樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵?至第一信號調(diào)理電路。第一信號調(diào)理電路對所述電壓信號進行濾波、比例 調(diào)整，然后送至整形單元進行處理。在o /)j;時刻(r,為主功率開關(guān)器件的開關(guān)周期，D為占空比)，p;高于電容c上的電壓，對電容c進行快速 充電，使得電容c上的電壓波形能夠與電流互感器原邊電流波形保持一致。 在/)r, r,過程中，電流互感器原邊CT原邊的電流為O，電容C通過第一
電阻Rl進行放電，擬和實際電感(開關(guān)電源的主路電感，圖中未示出)
電流，從而可以達到HALL檢測的效果。本發(fā)明利用RC充放電去擬和在 主功率開關(guān)器件關(guān)斷后的電感電流波形。能夠很好的模擬電感電流，便于 準確的進行電流控制，不存在采不到電流值的情況。
通過調(diào)整電容C和第一電阻R1的參數(shù)，可以達到和實際電感電流波 形一致的效果。經(jīng)過發(fā)明人反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)當所述電容和第一電阻的參數(shù) 滿足如下公式RC=3 T~5 T時(其中R為第一電阻的阻值，C為電容的 容值)，模擬的波形較好。
具體實施方式
二
如圖4所示，本具體實施方式
與具體實施方式
一的不同之處在于所 述整形單元還包括二極管D，所述二極管D陽極與第一信號調(diào)理電路輸出 相連，陰極與電容C第一端、第一電阻R1第一端相連，所述電容C第二 端、第一電阻Rl第二端接地。如圖4所示，第一信號調(diào)理電路還對CT 副邊取樣電路輸出的電壓信號進行直流偏置，以補償二極管的電壓損耗。
上述主路輸入電流檢測裝置工作原理如下
所述電流互感器采樣主功率開關(guān)器件上的電流信號輸出給CT副邊取 樣電路。所述CT副邊取樣電路將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵?至第一信號調(diào)理電路。第一信號調(diào)理電路對所述電壓信號進行濾波、比例 調(diào)整，然后送至整形單元進行處理。在o Dr,時刻(r,為主功率開關(guān)器件 的開關(guān)周期，Z)為占空比)，^高于電容C上的電壓和二極管D的導(dǎo)通壓 降之和，對電容C進行快速充電，使得電容C上的電壓波形能夠與電流互 感器原邊電流波形保持一致。在D7; r,過程中，電流互感器原邊CT原邊 的電流為0， 二極管反向截止。電容C通過第一電阻R1進行放電，擬和 實際電感電流，從而可以達到HALL檢測的效果。
具體實施方式
三
如圖5所示，本具體實施方式
與具體實施方式
二的不同之處在于整 形單元的結(jié)構(gòu)不同。本具體實施方式
中，所述整形單元還包括第一三極管 Ql、第二三極管Q2、第二電阻R2;所述第一三極管Ql基極與第一信號 調(diào)理電路輸出端相連，所述第一三極管Ol集電極接正電源，第一三極管Q1射極與電容C第一端、第一電阻第一端、第二三極管基極分別相連， 第二三極管射極經(jīng)第二電阻接正電源，第二三極管集電極接地。第一三極 管Q1為NPN型，第二三極管Q2為PNP型。本具體實施方式
中，第一信 號調(diào)理電路不需補償二極管D的電壓。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種主路輸入電流檢測裝置，其特征在于包括電流互感器、取樣單元和整形單元；所述電流互感器原邊與主功率開關(guān)器件相連，所述取樣單元連接在電流互感器副邊與整形單元之間；所述電流互感器采樣主功率開關(guān)器件上的電流信號輸出給取樣單元，所述取樣單元將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋琳螁卧?，所述整形單元對電壓信號進行整形；所述整形單元包括電容和第一電阻，所述電容和第一電阻并聯(lián)后、一端耦合在取樣單元與采樣端口之間，另一端接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于所述取樣 單元包括CT副邊取樣電路和第一信號調(diào)理電路，所述第一信號調(diào)理電路 耦合在CT副邊取樣電路和整形單元之間，所述CT副邊取樣電路將電流 信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋恋谝恍盘栒{(diào)理電路，所述第一信號調(diào) 理電路對所述電壓信號進行濾波和比例調(diào)整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于所述整形 單元還包括第一三極管、第二三極管、第二電阻；所述第一三極管基極與 第一信號調(diào)理電路輸出端相連，所述第一三極管集電極接正電源，射極與 電容第一端、第一電阻第一端、第二三極管基極分別相連，第二三極管射 極經(jīng)第二電阻接正電源，第二三極管集電極接地。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于所述整形 單元還包括二極管，所述二極管陽極與第一信號調(diào)理電路輸出相連，陰極 與電容第一端、第一電阻第一端相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于第一信號調(diào)理電路還對CT副邊取樣電路輸出的電壓信號進行直流偏置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5任一所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于還包括第二信號調(diào)理電路，所述第二信號調(diào)理電路耦合在整形單元和采樣端 口之間，所述第二信號調(diào)理電路對整形單元輸出的電壓信號進行濾波和比 例調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一所述的主路輸入電流檢測裝置，其特征在于所 述電容和第一電阻的參數(shù)滿足如下公式RC=3T 5T，其中R為第一電 阻的阻值，C為電容的容值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主路輸入電流檢測裝置，包括電流互感器、取樣單元和整形單元；電流互感器原邊與主功率開關(guān)器件相連，取樣單元連接在電流互感器副邊與整形單元之間；電流互感器采樣主功率開關(guān)器件上的電流信號輸出給取樣單元，取樣單元將電流信號轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾妷盒盘柌⑤敵鲋琳螁卧?，整形單元對電壓信號進行整形；整形單元包括電容和第一電阻，電容和第一電阻并聯(lián)后、一端耦合在取樣單元與采樣端口之間，另一端接地。本發(fā)明利用RC充放電去擬和在主功率開關(guān)器件關(guān)斷后的主路電感的電流波形。本發(fā)明可很好的模擬電感電流，便于準確的進行電流控制。本發(fā)明成本低，節(jié)省空間。
文檔編號G01R19/00GK101655516SQ20081013099
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者榮 張 申請人:力博特公司