本發(fā)明屬于電流采樣
技術領域：
，尤其涉及一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路。
背景技術：
：Superbuck變換器屬于降壓類變換器拓撲結構，在開關電源拓撲中具有與Buck基本型變換器相同的電壓變比，即輸出電壓等于輸入電壓乘以占空比。參照圖1，示出了一種現(xiàn)有的Superbuck變換器的拓撲原理圖；圖2，示出了一種現(xiàn)有的基本Buck變換器的拓撲原理圖。由圖1和2可知，Superbuck變換器為雙電感和雙電容結構，具有高效率、輸入輸出電流連續(xù)等特點，因此，Superbuck變換器逐漸被廣泛應用于航天電源系統(tǒng)中。與傳統(tǒng)的Buck變換器相比，Superbuck變換器的輸入電流為第一電感L1的電感電流，輸出電流等于第一電感L1與第二電感L2的電感電流之和，因此其輸入輸出電流連續(xù)，適合用于對EMC要求嚴格的場合。另一方面，對于降壓型變換器而言，根據能量守恒原理，由于輸出電壓小于輸入電壓，因此，降壓類變換器的輸出電流總大于輸入電流。對于Superbuck變換器而言，輸出電流等于第一電感L1與第二電感L2的電感電流之和，因此，以輸出電流紋波相同為條件設計時，Superbuck變換器中電感造成的損耗遠低于Buck變換器中的電感損耗。由于上述特性，Superbuck變換器拓撲廣泛應用于航天電源系統(tǒng)的單機設計中，用于接口太陽電池陣和蓄電池設備，從而保證高效率傳輸能量以及低電磁干擾效果。由于航天電源系統(tǒng)中對于電子設備的接地有著嚴格的規(guī)定，因此應用于航天電源系統(tǒng)中的Superbuck變換器無法采用在回線中串聯(lián)接入采樣電阻的方式進行電流采樣，這是由于采用回線加入采樣電阻的方式將造成采樣電阻兩端電位不同，另一方面采樣電阻上流經的電流較大，容易造成采樣電路中功耗較大，使變換器拓撲效率降低。另外，由于航天系統(tǒng)中輻照環(huán)境對霍爾傳感器等磁電類傳感器測量精度有著不同程度的影響，同時由于霍爾傳感器采樣信號的延遲時間較大，因此在采樣電路的設計上應盡量避免霍爾傳感器的使用。綜合上述原因，在航天電源系統(tǒng)領域，現(xiàn)階段對于Superbuck變換器的輸入和輸出電流的采樣，通常采用正線電流采樣方法：以采樣電阻為基礎，通過運算放大器進行差模電壓放大得到采樣值。對于現(xiàn)有的正線電流采樣方法，當電流較大時，采樣電阻產生的損耗會隨之升高，這將影響整機效率；當正線電壓較高時，采樣電路中所采用的元器件的耐壓等級也需要提高；此外，采樣電路與控制電路在電氣上沒有隔離。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路，實現(xiàn)了對Superbuck變換器的輸入電流的隔離采樣，減少了延遲，同時降低了損耗。為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路，包括：獨立串接的第一采樣電路和第二采樣電路；所述第一采樣電路中的電流采樣變壓器T1的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p3點，用于采集p1至p3點電流iQ1，將采集的電流iQ1傳輸至所述電流采樣變壓器T1的副邊，形成第一電流信號；其中，所述電流iQ1為斷續(xù)電流；所述第二采樣電路中的電流采樣變壓器T2的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p2點，用于采集p1至p2點電流iC1，將采集的電流iC1傳輸至所述電流采樣變壓器T2的副邊，形成第二電流信號；其中，所述電流iC1為斷續(xù)電流；其中，所述電流采樣變壓器T1和所述電流采樣變壓器T2為兩組完全獨立相同的電流采樣變壓器；所述電流采樣變壓器T1和電流采樣變壓器T2的原副邊繞組匝比相同，均為1:N；所述p1點為所述Superbuck變換器主電路中的第一電感L1與第一電容C1的連接點；所述p2點為所述p1點與所述Superbuck變換器主電路中的第一電容C1之間的任意一點；所述p3點為所述p1點與所述Superbuck變換器主電路中的開關管Q1之間的任意一點。在上述適用于Superbuck變換器的電流采樣電路中，所述第一采樣電路包括：所述電流采樣變壓器T1、電阻Rs1和二極管D2；所述第二采樣電路包括：所述電流采樣變壓器T2和電阻Rs2；其中，所述電阻Rs1與所述電阻Rs2的阻值相同；所述電流采樣變壓器T1的副邊繞組連接所述電阻Rs1和二極管D2；所述二極管D2陽極接入所述電流采樣電路所在的地；其中，所述電流采樣電路與Superbuck變換器主電路隔離或短接；所述電流采樣變壓器T2的副邊繞組連接所述電阻Rs2；所述電流采樣變壓器T2的副邊繞組的低電位與所述電流采樣變壓器T1的副邊繞組的高電位短接。在上述適用于Superbuck變換器的電流采樣電路中，當所述Superbuck變換器主電路中的開關管Q1的占空比大于0.5時，所述電流采樣電路還包括：限流電阻Rcom和輔助電源VCC；所述限流電阻Rcom分別與所述輔助電源VCC和所述二極管D2的陰極連接；其中，所述限流電阻Rcom和輔助電源VCC，用于對所述電流采樣變壓器T1進行磁復位；所述輔助電源VCC相對于采樣信號的地電位為正極性電壓。在上述適用于Superbuck變換器的電流采樣電路中，所述Superbuck變換器主電路包括：輸入電源Vg、第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2、開關管Q1、二極管D1和負載電阻R。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明所述的適用于Superbuck變換器的電流采樣電路，通過設置的兩組完全獨立相同的電流采樣變壓器實現(xiàn)了對Superbuck電路輸入電流的隔離采樣，通過對電流采樣變壓器匝比和采樣電阻的設計，通過采樣電壓即可計算得到所需的輸入電流值。與傳統(tǒng)的電阻采樣方法相比降低了采樣損耗，同時在采樣過程中造成的延遲可以忽略，具有高精度、快速響應的特點。附圖說明圖1是一種現(xiàn)有的Superbuck變換器的拓撲原理圖；圖2是一種現(xiàn)有的基本Buck變換器的拓撲原理圖；圖3是本發(fā)明實施例中一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路與Superbuck變換器主電路的連接示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中一種電流波形示意圖；圖5是本發(fā)明實施例中一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路的電路結構示意圖；圖6是本發(fā)明實施例中一種仿真結果示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明公共的實施方式作進一步詳細描述。參照圖3，示出了本發(fā)明實施例中一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路與Superbuck變換器主電路的連接示意圖。在本實施例中，所述適用于Superbuck變換器的電流采樣電路包括：獨立串接的第一采樣電路和第二采樣電路。其中，需要說明的是，在本實施例中，所述Superbuck變換器主電路可以包括：輸入電源Vg、第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2、開關管Q1、二極管D1和負載電阻R。其中，Superbuck變換器的輸入電流即為第一電感L1的電流iL1，電流iL1可分解為流過開關管Q1的電流iQ1和流過第一電容C1的電流iC1。其中，開關管Q1所在支路的電流iQ1為斷續(xù)電流，第一電容C1所在支路的電流iC1同樣也為斷續(xù)電流。參照圖4，示出了本發(fā)明實施例中一種電流波形示意圖。在本實施例中，當拓撲穩(wěn)態(tài)工作時，電流iL1、電流iQ1和電流iC1的波形如所述圖4所示。其中，t0～t1時間段為輸入電流上升時間段，t1～t2時間段為輸入電流下降時間段。在本實施例中，獨立串接的第一采樣電路和第二采樣電路的設計，減少了兩組變壓器(電流采樣變壓器T1和電流采樣變壓器T2)磁復位過程的相互影響。如圖3，所述第一采樣電路中的電流采樣變壓器T1的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p3點，用于采集p1至p3點電流iQ1，將采集的電流iQ1傳輸至所述電流采樣變壓器T1的副邊，形成第一電流信號；其中，所述電流iQ1為斷續(xù)電流。所述第二采樣電路中的電流采樣變壓器T2的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p2點，用于采集p1至p2點電流iC1，將采集的電流iC1傳輸至所述電流采樣變壓器T2的副邊，形成第二電流信號；其中，所述電流iC1為斷續(xù)電流。在本實施例中，所述電流采樣變壓器T1和電流采樣變壓器T2為兩組完全獨立相同的電流采樣變壓器。所述電流采樣變壓器T1和電流采樣變壓器T2的原副邊繞組匝比相同，均為1:N。其中，所述N可以為任意適當的取值，本實施例對此不作限制。在本實施例中，所述電流采樣變壓器T1的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p3點，用于采集p1至p3點電流iQ1，將采集的電流iQ1傳輸至所述電流采樣變壓器T1的副邊，形成第一電流信號。電流采樣變壓器T2的原邊繞組串聯(lián)接入Superbuck變換器主電路的p1～p2點，用于采集p1至p2點電流iC1，將采集的電流iC1傳輸至所述電流采樣變壓器T2的副邊，形成第二電流信號。其中，所述電流iQ1和所述電流iC1均為斷續(xù)電流，可以通過電流采樣變壓器(電流采樣變壓器T1和電流采樣變壓器T2)傳輸至副邊形成電流信號，而不會造成變壓器磁飽和。結合圖3可知，在本實施例中，所述p1點為所述Superbuck變換器主電路中的第一電感L1與第一電容C1的連接點；所述p2點為所述p1點與所述Superbuck變換器主電路中的第一電容C1之間的任意一點；所述p3點為所述p1點與所述Superbuck變換器主電路中的開關管Q1之間的任意一點。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，參照圖5，示出了本發(fā)明實施例中一種適用于Superbuck變換器的電流采樣電路的電路結構示意圖。如圖5，所述第一采樣電路包括：所述電流采樣變壓器T1、電阻Rs1和二極管D2。所述第二采樣電路包括：所述電流采樣變壓器T2和電阻Rs2。其中，所述電阻Rs1與所述電阻Rs2的阻值相同。優(yōu)選的，所述電流采樣變壓器T1的副邊繞組連接所述電阻Rs1和二極管D2；所述二極管D2陽極接入所述電流采樣電路所在的地。其中，所述電流采樣電路與Superbuck變換器主電路可以隔離也可以短接。優(yōu)選的，所述電流采樣變壓器T2的副邊繞組連接所述電阻Rs2。優(yōu)選的，所述電流采樣變壓器T2的副邊繞組的低電位與所述電流采樣變壓器T1的副邊繞組的高電位短接。在本實施例中，當選擇的電阻Rs1和電阻Rs2的阻值相同時，電阻Rs1和電阻Rs2所形成的串聯(lián)電壓us即可與Superbuck變換器主電路的輸入電流iL1形成一定的比例關系：iL1＝us*N/Rs······公式(1)其中，Rs表示電阻Rs1和電阻Rs2的阻值。進一步優(yōu)選的，在本實施例中，當所述Superbuck變換器主電路中的開關管Q1的占空比大于0.5時，所述電流采樣電路還包括：限流電阻Rcom和輔助電源VCC；所述限流電阻Rcom分別與所述輔助電源VCC和所述二極管D2的陰極連接；其中，所述限流電阻Rcom和輔助電源VCC，用于對所述電流采樣變壓器T1進行磁復位；所述輔助電源VCC相對于采樣信號的地電位為正極性電壓。在本實施例中，參照圖4中所述的電流波形對采樣電路的工作原理進行簡單介紹。在t0-t1時間段，流經開關管Q1的電流iQ1與流經第一電容C1的電流iC1分別經過電流采樣變壓器T1與電流采樣變壓器T2的作用，使變壓器副邊電流幅值降為原邊電流幅值的1/N，分別疊加在電阻Rs1和電阻Rs2上形成壓降，因此電阻Rs1與電阻Rs2串聯(lián)得到的總電壓即為電流采樣值對應的電壓量。在t1-t2時間段，由于開關管流經Q1的電流iQ1等于零，因此電流采樣變壓器T1副邊無電流信號，電阻Rs1兩端壓降為0。而流經第一電容C1的電流iC1經過電流采樣變壓器T2作用在電阻Rs2上形成壓降，因此電阻Rs1與電阻Rs2串聯(lián)得到的總電壓依然反映了電流采樣值的大小。綜上所述，在一個周期內，電阻Rs1與電阻Rs2的串聯(lián)電壓us即反映了電流iL1的波形。在本實施例中，由于流經開關管Q1的電流iQ1只有單向電流，因此，在電流采樣變壓器T1的副變繞組增加二極管D2整流，以防止磁復位過程對輸出結果的影響。在實際應用過程中，開關管Q1占空比可能大于0.5，當Superbuck變換器主電路工作在占空比大于0.5的工況時，電流采樣電路副邊需要加入限流電阻Rcom和輔助電源VCC對電流采樣變壓器T1進行磁復位。如圖5所示，輔助電源VCC相對于采樣信號的地電位為正極性電壓。優(yōu)選的，如果設計要求中對采樣電路有隔離需求，則需要使用隔離輔助電源VCC和限流電阻Rcom進行磁復位，如果無需求，則可以直接采用Superbuck變換器的輸入電壓進行磁復位，以減少磁復位電源的復雜性。在本發(fā)明中，對所述適用于Superbuck變換器的電流采樣電路進行了仿真試驗。按照上述電路拓撲原理圖搭建PowerSimulation(簡稱PSIM，電氣仿真軟件)軟件仿真平臺，其中，主電路參數如下：第一電感L1250uH輸入電壓Vg42V第二電感L2110uH負載電阻R4Ω第一電容C12.5uF開關管Q1占空比0.5第二電容C210uF輸出電壓Vout21V采樣電阻Rs值10Ω電流采樣變壓器匝比(1：N)1:10參照圖6，示出了本發(fā)明實施例中一種仿真結果示意圖。如圖6，四條波形依次為：電流iL1(輸入電感電流)、電流iC1、電流iQ1和串聯(lián)電壓us的波形圖。根據上述公式可知，us的電壓值與電流iL1值相同，通過仿真試驗對上述原理進行了驗證。結果表明該采樣電路可以有效對輸入電流進行隔離采樣，與傳統(tǒng)的電阻采樣方法相比降低了采樣損耗，同時在采樣過程中造成的延遲可以忽略，具有高精度、快速響應的特點。本說明中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員的公知技術。當前第1頁1 2 3