中心議題：

• DC-DC轉換器初級電流檢測方法

解決方案：

• 電阻直接取樣
• 利用霍爾元件(LEM)取樣
• 利用電流互感器取樣

引言

在開關電源設計中
，很重要的一項內容是過載保護功能的設計
，尤其是在空間領域，由於其高可靠、高風險、不可維修的特性，使得空間用DC-DC轉換器要具備可靠的過載保護功能。

過載保護功能是指在負載過載情況下
，能有效保護DC-DC轉換器不會因過熱而損壞。由於用電負載不同

，對過載保護功能要求也不同。控製係統要求過載後DC-DC轉換器不能斷電，其采取限流保護；有效載荷係統要求可以在過載後DC-DC轉換器斷電
，其采取截流保護。

設計過載保護就需要檢測電路中的電流
，DC-DC轉換器的電流取樣可以直接檢測輸出回路的電流，例如次級整流回路的電流
；也可以檢測初級回路的電流
，例如流過功率MOSFET管的電流。

電流檢測的一般方式

電流檢測常用的方式為電阻直接取樣

、利用霍爾元件(LEM)取樣和利用電流互感器取樣。

用電阻取樣易於實現，電路設計簡單

，但損耗大
，檢測信號易受幹擾，適用於小功率轉換電路，電路如圖1所示
，其中R1為電流檢測電阻。以源端平均電流1A為例，常用的電流控製型PWM控製器UC1845的電流保護檢測電壓為1V，這樣需要的電阻為1Ω
，功耗為1W
，按照航天器元器件降額要求(GJB／Z 35-93《元器件降額準則》)
，至少選用2W的電阻。而一個2W電阻的封裝對於模塊電源來說體積較大。 用霍爾元件雖然檢測精度較高，但成本、體積常常對於模塊電源來說還是無法接受。

一般電流互感器的特性介於電阻和霍爾元件之間，是用得最多的一種電流檢測方法。DC-DC轉換器中常用的是脈衝直流互感器，其原理如圖2所示，工作方式為單向磁化，類似正激轉換器。當初級電流流通時，磁芯中磁場逐漸增大；當初級電流不再增加時，次級感應電勢將二極管擊穿，使磁芯複位到剩磁感應強度Br。

通常初級線圈為1匝，次級匝數很多，這樣可以減小次級反射到初級的阻抗
，以減小對初級的影響。
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如果不考慮線圈電阻
，則次級感應電壓可以近似為電壓源，脈衝直流互感器的設計依據公式(1)：


式中：e2為次級感應電壓，Ton為導通時間

，N2為次級線圈匝數
，Ae為磁芯有效截麵積，△B為工作磁感應強度，單位為特斯拉(T)。

互感器勵磁電流im有如下關係式：


一般電流互感器初級匝數為1
，即N1=1，則(3)式可以表示為：


式中：AL為磁芯電感係數，表達式為：

如果定義電流檢測誤差為：

即電流互感器設計公式為：

用輸入差模電感作電流互感器的原理

由於電磁兼容性的需要
，DC-DC轉換器輸入端都要加EMC濾波器，通常的濾波器由共模濾波電感、差模濾波電感、濾波電容組成
，如圖3所示。

youyushuruhuiluchuanjielegongzuoyukaiguanzhuangtaidegonglvkaiguanguan

，yincishuruduanyoulianggedianliuhuilu，yigeshishurudianrongtongguoshurudianganchongdianhuilu，lingyigeshishurudianrongtongguobianyaqichujixianggonglvkaiguanguanfangdianhuilu。

用輸入差模電感作電流互感器，檢測輸入電流的應用電路如圖4所示。
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下麵推導互感器次級感應電壓與輸入電流的關係。

如果忽略T1次級反射阻抗的影響
，可以將T1初級等效成電流值為輸入電流Iin的恒流源
，主變壓器初級及開關管V1可以等效成受占空比控製的脈動電流源。

不考慮V1的導通與截止時間，且整個轉換器工作在連續模式，主變壓器初級導通時的電流可以近似為常值，這樣整個工作周期內主要各點電壓
、電流波形如圖5所示。
電路工作於穩態後
，t0～t1時間段V1關斷，輸入通過Iin給輸入電容Cin充電；t1～t2時間段V1導通，輸入電容Cin通過主變壓器和V1放電，如此循環。

可以推導輸入電流與電容紋波電壓的關係為：


因此可以把輸入電容上的紋波電壓等效為T1初級的交流信號源，如圖6所示。

互hu感gan器qi初chu級ji按an照zhao一yi般ban差cha模mo電dian感gan進jin行xing設she計ji
，本ben文wen再zai不bu贅zhui述shu了le。設she計ji次ci級ji時shi，此ci時shi不bu能neng按an照zhao一yi般ban電dian流liu互hu感gan器qi次ci級ji設she計ji


，而er是shi把ba電dian流liu互hu感gan器qi次ci級ji作zuo為wei正zheng激ji變bian壓ya器qi次ci級ji去qu設she計ji，次ci級ji匝za數shu為wei：


電路仿真

作者用Saber-2005仿真軟件對這一應用電路進行了仿真分析，仿真電路如圖7所示。輸出電壓為28.5V
，輸出電流步長為0.1A

，從0A變化到4A。

測試數據

作者設計了一個開關電源
，輸入互感器用MPP磁芯55045A2，初級而數22匝，次級匝數220匝，輸出電壓28V，輸出電流步長為0.1 A，從0A變化到4A，輸出電流與互感器次級感應電壓Vout的實測曲線如圖8所示。

結語

本文探討了一種利用輸入濾波差模電感
，做DC-DCzhuanhuanqishurudianliuhuganqideyuanliyushejifangfa，zaidianluyingyongzhongkeyishenglvedandudedianliuhuganqi。dangranduiyujutidianlu，qishejiyaoyilaiyushurulvbodianrongdedaxiao
，yinciduiyuyigejutideDC-DC轉換器，應先設計輸入濾波電路

，再設計該電流互感器。