平均电流模式控制的电流检测变压器电路设计

时间：05-28 来源：作者：John Bottrill，德州仪器 (TI) 高级应用工程师点击：

摘要

平均电流模式控制 (CMC) 要求为控制环路重建电流总波形。本文为您介绍选择具体变压器所需的一些步骤，以及如何设计一种能够满足终端应用抗变压器饱和需求的电路。我们使用的模型为功率因数校正 (PFC) 拓扑。分析中将使用一种商用电流检测变压器，用于确定需要的参数，了解如何利用这种信息设计一种可抗饱和的电路。

概述

达到 PFC 平均 CMC 所需的电流信号重建目标意味着功率脉冲（"开启"时间）期间的电流和空转能量恢复时间（"关闭"时间）期间的电流，都必须包括在所产生的电流信号中。在高功率 PFC 下，电阻传感器系统的损耗极高，因此需要使用电流变压器。在分析中，我们对 PFC 电路中所需的这种电流变压器设计进行了论证，因为相比标准的正向转换器它的要求更加严格。

分析

图 1 显示了本次讨论所用的模型。

图 1 一个功率因数控制转换器功率级的原理图，包括解释该电流检测电路设计所需的详细电流检测变压器参数

表 1 列出了用于正确地识别这种转换器所使用的两个电流变压器的具体详情。IinLpk 电流表示所需电流变压器具有约 20 安培的一次电流处理能力和 100 kHz 的开关频率。一个具有 20 安培一次电流处理能力和 50 kHz 到 1 MHz 频率范围的 PA 1005.100 电流变压器，可以满足这种设计的要求。

表 1 PFC 设计所需的参数

参数

测量结果

最小 RMS 输入电压

VinL = 85 V

最大 RMS 输入电压

VinH = 265 V

开关频率

Fosc = 100 kHz

最大输出功率

Pout = 1000 W

输出电压

Vout = 400 V

峰值AC电压占空比低线压

DL = 0.7

峰值AC电压占空比高线压

DH = 0.063

最大峰值电流低线压（包括20%纹波效应）

IinLpk = 18.3 A

最大峰值电流高线压（无纹波）

IinHpk = 5.87 A

电流检测电阻的最大电压

VRsense = 1 V

二极管正向压降

Vfd = 0.7 V

表 2 电流变压器产品说明书

参数	测量结果
匝数比1: N	N = 100
二次电感	Lmag = 2.0 mH
二次绕组电阻	Rwinding = 5.5 W?
铁心峰值通量密度	PFD = 2000 Gauss
计算通量密度公式	Bpk = (37.59 * Vind* DL10⁵) / (NFosc10^-3) 这两个表格列出了区别这几个参数所需的信息。很容易便能计算得到二次绕组的峰值电流（方程式1）： IRsenseL = IinLpk / N = 0.183 A 利用如下方程式计算得到检测电阻器的电阻值（方程式2）： R1 = VRsense / IRsenseL = 5.464Ω 假设转换器工作在最大负载和最小输入电压下，则可以计算得到二次绕组的电压。该总电压由电流检测电阻器 Rsense 的电压（根据定义为 1 伏）、二极管电压（定义为 0.7 伏）以及绕组电阻 VRwinding 的电压组成，其计算方法如下（方程式* 3）：

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