開關電源中電流測試電路的探討

功率開關電路的電路拓撲分為電流模式控制和電壓模式控制。電流模式控制具有動態反應快、補償電路簡化、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優勢，因而取得越來越廣泛的使用。而在電流模式的控制電路中，要準確、高效地測量電流值，故電流測試電路的實現就成為一個緊要的問題。

本文解析了電流測試電路的實現辦法，并探討在電流測試中常遇見的電流互感器飽和、副邊電流下垂的問題，最后用試驗結果分解了升壓電路中電流測試辦法。

2電流測試電路的實現

在電流環的控制電路中，電流放大器通常選擇較大的增益，其好處是可以選擇一個較小的電阻來獲得足夠的測試電壓，而測試電阻小損耗也小。

電流測試電路的實現辦法緊要有兩類：電阻測試（resistivesensing）和電流互感器（currentsensetransformer）測試。

電阻測試有兩種，如圖1、圖2所示。

當使用圖1筆直測試開關管的電流時還非得在測試電阻RS旁并聯一個小RC濾波電路，如圖3所示。因為當開關管斷開時集電極電容放電，在電流測試電阻上出現瞬態電流尖峰，此尖峰的脈寬和幅值常足以使電流放大器鎖定，從而使pWM電路出錯。

但是在實際電路設計時，特別在設計大功率、大電流電路時采用電阻測試的辦法并不理想，因為測試電阻損耗大，達數瓦，甚至十幾瓦；而且很難找到幾百毫歐或幾十毫歐那么小的電阻。

圖1電阻測試（接地）

圖2電阻測試（不接地）

圖3帶濾波的電阻測試電路[page]

圖4升壓電路輸入電感電流值測試

圖5電流放大器的箝位電路

圖6具有輸入電壓補償的電流放大器箝位電路

圖7測試正電壓的強制復位電路

圖8測試負電壓的強制復位電路[page]

實際上在大功率電路中實用的是電流互感器測試，如圖4所示。電流互感器測試在保持良好波形的同時還具有較寬的帶寬，電流互感器還供應了電氣隔離，并且測試電流小損耗也小，測試電阻可選用稍大的值，如一二十歐的電阻。電流互感器將整個瞬態電流，包括直流分量耦合到副邊的測試電阻上進行測量，但同時也要求電流脈沖每次過零時磁芯能正常復位，尤其在均勻電流模式控制中，電流互感器測試更加適用，因為均勻電流模式控制中被測試的脈沖電流在每個開關周期中都回零。

為了使電流互感器完全地磁復位，就要給磁芯供應大小相等方向相反的伏秒積。在多數控制電路拓撲中，電流過零時占空比接近100％，所以電流過零時磁復位時間在開關周期中只占很小的比例。要在很短的時間內復位磁芯，常需在電流互感器上加一個很大的反向偏壓，所以在設計電流互感器電路時應使用高耐壓的二極管耦合在電流互感器副邊和測試電阻之間。

3戒備電流測試電路飽和的辦法

倘若電流互感器的磁芯不能復位，將導致磁芯飽和。電流互感器飽和是一個很嚴重的問題，首先是不能正確測量電流值，從而不能進行有效的電流控制；其次使電流誤差放大器總是“認為”電流值小于設定值，這將使電流誤差放大器過補償，導致電流波形失真。

電流互感器測試最適合使用在對稱的電路，如推挽電路、全橋電路中。關于單端電路，特別是升壓電路，會出現一些我們非得關注的問題。關于升壓電路，電感電流就是輸入電流，那么在電流繼續工作方式時，不管充電還是放電，電感電流總是大于零，即在直流值上重疊一個充放電的波形。因此電流互感器不能用于筆直測量升壓電路的輸入電流，因為電感電流不能回零而使直流值“丟失”了；并且電流互感器因不能磁復位而飽和，從而失去過流保護功能，輸出出現過壓等。在降壓電路中也存在同樣的問題，電流互感器不能用于筆直測量輸出電流。

處理這個問題的辦法是用兩個電流互感器分別測量開關電流和二極管電流，如圖4所示實際的電感電流是這兩個電流的合成，這樣每個電流互感器就有足夠的時間來復位了。但要留意這兩個電流互感器的匝比應相同，以保持測試電阻RS上的電流對稱。

功率因數校正電路一般采用升壓電路，用雙互感器測試，但在線電流過零時，電流互感器也特別容易飽和。因為此時的占空比約為100％，從而容易造成磁芯沒有足夠的時間復位。為此可以在外電路中采取一些措施來戒備電流互感器飽和。如采用電流放大器輸出箝位來限制其輸出電壓，并進一步限制占空比小于100％，電路如圖5所示。設定箝位電壓的過程很簡單，在剛起動時電流放大器箝位在一個相對較低的值（約莫4V），系統開始工作，但過零誤差很大；一旦系統正常工作后，箝位電壓將升高，電流互感器接近飽和，箝位電壓最多升到6.5V（低電壓大負載時）并且電流的THD在可接受的范圍內（

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