隔离型功率变换器的电流采样方法及采样装置的制造方法_2

文档序号:9473646阅读:来源:国知局
一来,与传统技术中在功率变换器输出端接采样电路进行采样的方法相比,本申请中例举的电流采样装置能够通过减小K2的值来降低采样电路的损耗。
[0030]在一个实施例中,上述的方波发生器21可以实施为图4所示的LLC谐振电路,也可以实施为图5所示的移相全桥电路。在一个实施例中,第一整流电路41可以实施为图6所示的半波整流电路,或者可以实施为图7所示的全波整流电路,也可以实施为图8所示的全桥整流电路。
[0031 ] 在一个实施例中,上述的第一采样电路11可以实施为图9所示的电流互感器采样电路,也可以实施为图10所示的电容采样电路。
[0032]如图9所示,利用电流互感器T2对隔离变压器Tl原边的总电流il采样。若设置电流互感器T2的匝数比1: m满足关系式:
[0033]1/m = Kl(3)
[0034]从而得到第一采样电流:
[0035]Il = KlXil(4)
[0036]如图10所示,在该实施例中,原边滤波电路22实施为滤波电容Cl,电容采样电路包括一米样电容C2 ;米样电容C2的一端与滤波电容Cl的一端连接,米样电容C2的另一端为电容采样电路的输出端;并且采样电容C2和滤波电容Cl的电容值满足以下关系式:
[0037]C2/C1 = Kl(5)
[0038]从而得到同样满足以上关系式(3)的第一采样电流II。
[0039]结合上述图2和图3两个实施例可以看出,第一采样电流11是以第一采样系数Kl对隔离变压器Tl原边的总电流il进行采样得到的结果,第二采样电流12是以第二采样系数K2对变压器Tl副边输出电流i2进行采样得到的结果。由于隔离变压器Tl原边的总电流il包括励磁电感Lm的励磁电流im和从变压器Tl的原边传输到副边的传输电流1两个分量,因此如果需要得到与变压器Tl副边输出电流i2成比例(i2与1成比例)的第二采样电流12,就需要用分流电路12分流出分别对应于励磁电流im和传输电流1的励磁采样电流Im和待采样电流10。
[0040]在一个实施例中,分流电路12的原理如图11所示,其接收第一采样电流II,并包括第一分流支路121、第二分流支路122和补偿电压产生电路123。其中,第一分流支路121包括一补偿电感Lml,其两端施加有由补偿电压产生电路123产生的补偿电压VLml,并且补偿电压VLml与励磁电感Lm两端的励磁电压VLm的电压频率相等、幅值成比例(由此可知该补偿电压VLml同样为方波电压),从而分别在第一分流支路121和第二分流支路122得到与励磁电流im成比例的励磁采样电流Im和与传输电流1成比例的待采样电流10。
[0041]在一个实施例中,上述的补偿电压产生电路123可以实施为如图12所示,主要包括一由四个二极管组成的全桥整流电路,并将补偿电感Lml的两端分别连接至该全桥整流电路的两个桥臂中点,全桥整流电路的输出端进而连接至一直流电压源124,从而利用直流电压源124的输入来产生施加至补偿电感Lml两端的补偿电压VLml。
[0042]在一个实施例中,补偿电压产生电路123还可以实施为如图13所示,其中是由变压器Tl副边经过第一整流电路41整流后的输出来提供上述的直流电压源,下文中图15的实施例即采用这种方式。在图12和图13所示的情况下,全桥整流电路既起到补偿电压产生电路123的作用以在补偿电感Lml的两端施加补偿电压VLml,同时又起到第二整流电路13的整流作用。
[0043]在一个实施例中,上述的补偿电压产生电路123还可以实施为如图14所示,通过在变压器Tl的原边增加辅助绕组N4,从而直接通过与变压器Tl的原边电压耦合得到补偿电压VLml,下文中图16和图17的实施例均采用这种方式。需要说明的是,与图12和图13不同,若采样辅助绕组N4为补偿电感施加补偿电压,则需要接第二整流电路对第二分支电流进行整流,如图14所示。
[0044]若第一采样电路是利用电流互感器实现,则补偿电感Lml可直接利用电流互感器本身的寄生电感实现。
[0045]在上述实施例的分流电路12中,由于第二分流支路122上的待采样电流1直接关系到第二采样电流12的准确性。因此,为了保证待采样电流1的准确性,在一个实施例中,也即为了使待采样电流1满足以下关系式:
[0046]1 = KlX1(6)
[0047]需要对补偿电感Lml的感值进行设置。具体而言,假设施加在励磁电感Lm两端的励磁电压幅值为VLm,施加在补偿电感Lml两端的方波电压幅值为VLml,则有如下关系式:
[0048]1 = Kl X VLm/Lm = VLml/Lml(7)
[0049]因此,补偿电感Lml的感值可表达为以下关系式:
[0050]Lml= (VLml X Lm) /(KlX VLm)(8)
[0051]实际应用中,考虑到励磁电感Lm的工艺误差、补偿电感Lml的漏感以及来自电路其他器件的影响等等,可以设置不同区间的补偿电感Lml。图18和图19分别为图11所示分流电路中的补偿电感不同的取值与采样精度(这里指第二采样电流12的采样精度)之间的关系曲线图。图18和图19横坐标均表示隔离变压器副边所接的负载从轻载到重载(0.00%?120.00% )变化,纵坐标表示所采样电流的实际测量与理论值的误差。图18和图19理论计算出的补偿电感为1.8mH。图18显示了补偿电感值范围在90%至110%两个端点值(1.62mH和1.98mH)变化对应的采样误差。图19显示了补偿电感值范围在80%至120%两个端点值(1.44mH和2.16mH)变化对应的采样误差。结合二图所示,如果要保证采样精度在5%以内,则补偿电感Lml的感值可以设置在100% X (VLml XLm) / (ΚΙ X VLm)M 110% X (VLml X Lm)/(Kl X VLm)之间;如果要保证采样精度在10 %至5 %之间,则补偿电感 Lml 的感值可以设置在 90% X (VLml XLm)/(Kl X VLm)至 100 % X (VLmlXLm)/(KlXVLm)之间,或者 110 % X (VLml X Lm) / (ΚΙ X VLm)至 115 % X(VLmlXLm)/(KlXVLm)之间;如果要保证采样精度在20%至10%之间,则补偿电感Lml的感值可以设置在 80% X (VLml X Lm)/(Kl X VLm)至 90 % X (VLml X Lm) / (ΚΙ X VLm)之间,或者115% X (VLml XLm)/(Kl X VLm)至 120% X (VLml XLm) / (ΚΙ X VLm)之间。由于采样精度受轻重载的影响,应用者实际上可根据电路常规工作的负载情况去选择合适的补偿电感来满足其精度要求,并非局限于此处图18和图19的例举。
[0052]在上文对本申请电流采样装置的各电路单元分别加以说明的基础上,下面将结合图15至图17对本申请隔离型功率变换器的电流采样装置的具体电路实施例一至三进行描述。
[0053]图15为本申请隔离型功率变换器的电流采样装置的具体电路实施例一示意图,如图所示,本实施例的隔离型功率变换器采用半桥LLC串联谐振变换器。其中,输入电压Vin与一电容并联,进而连接至由开关管Ql、Q2串联组成的桥臂,Vin的正端接上桥臂Q1,Vin的负端接下桥臂Q2,桥臂的中点接电感Lr的一端,Lr的另一端与变压器Tl原边一端相连接,变压器Tl原边的另一端与电容Cl相连接,Cl的另一端与Vin的负端连接;变压器Tl的副边是采用中心抽头的全波同步整流电路,Tl副边的两端分别与开关管Q3、Q4的一端连接,Q3、Q4的另一端相互连接且接至输出电容Co的负端及地,Tl的副边中心抽头接至Co的正端。
[0054]在本实施例中,第一采样电路11被实施为图9所示的电流互感器T2,补偿电压产生电路123被实施为图13所示的全桥整流电路,第二采样电路14被实施为采样电
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