平均電流模式控制（CMC）要求為控制環(huán)路重建電流總波形。本文為您介紹選擇具體變壓器所需的一些步驟，以及如何設(shè)計(jì)一種能夠滿足終端應(yīng)用抗變壓器飽和需求的電路。我們使用的模型為功率因數(shù)校正（PFC）拓?fù)?。分析中將使用一種商用電流檢測(cè)變壓器，用于確定需要的參數(shù)，了解如何利用這種信息設(shè)計(jì)一種可抗飽和的電路。

　　概述

　　達(dá)到PFC平均CMC所需的電流信號(hào)重建目標(biāo)意味著功率脈沖（"開(kāi)啟"時(shí)間）期間的電流和空轉(zhuǎn)能量恢復(fù)時(shí)間（"關(guān)閉"時(shí)間）期間的電流，都必須包括在所產(chǎn)生的電流信號(hào)中。在高功率PFC下，電阻傳感器系統(tǒng)的損耗極高，因此需要使用電流變壓器。在分析中，我們對(duì)PFC電路中所需的這種電流變壓器設(shè)計(jì)進(jìn)行了論證，因?yàn)橄啾葮?biāo)準(zhǔn)的正向轉(zhuǎn)換器它的要求更加嚴(yán)格。

　　分析

　　圖1顯示了本次討論所用的模型。

圖1:一個(gè)功率因數(shù)控制轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的原理圖，包括解釋該電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)所需的詳細(xì)電流檢測(cè)變壓器參數(shù)

　　表1列出了用于正確地識(shí)別這種轉(zhuǎn)換器所使用的兩個(gè)電流變壓器的具體詳情。IinLpk電流表示所需電流變壓器具有約20安培的電流處理能力和100 kHz的開(kāi)關(guān)頻率。一個(gè)具有 20安培電流處理能力和50 kHz到1 MHz頻率范圍的PA 1005.100電流變壓器，可以滿足這種設(shè)計(jì)的要求。

表1:PFC 設(shè)計(jì)所需的參數(shù)

表2:電流變壓器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)

　　以上兩個(gè)表格列出了區(qū)別這幾個(gè)參數(shù)所需的信息。

　　很容易便能計(jì)算得到二次繞組的峰值電流（方程式1）：

　　I_RsenseL=I_inLpk/N = 0.183 A

　　利用如下方程式計(jì)算得到檢測(cè)電阻器的電阻值（方程式2）：

　　R1=V_Rsense /I_RsenseL= 5.464

　　假設(shè)轉(zhuǎn)換器工作在負(fù)載和輸入電壓下，則可以計(jì)算得到二次繞組的電壓。該總電壓由電流檢測(cè)電阻器Rsense的電壓（根據(jù)定義為 1 伏）、二極管電壓（定義為 0.7 伏）以及繞組電阻 VRwinding 的電壓組成，其計(jì)算方法如下（方程式 3）：

　　V_Rwinding= R_winding * I_RsenseL= 1.007 V

　　電感總電壓的計(jì)算方法如下（方程式 4）：

　　V_ind= V_Rsense +Vfd+V_Rwinding = 2.707 V

　　該電壓出現(xiàn)在磁化電感的時(shí)長(zhǎng)為（方程式 5）：

　　T_onL = DL / Fosc = 6.995 s

　　磁化電感磁化電流的變化為（方程式 6）：

　　I_magpk = （TonL * V_ind） / Lmag = 9.466 mA

　　這時(shí)，你需要確認(rèn)該變壓器沒(méi)有出現(xiàn)飽和。利用推導(dǎo)所得值，其計(jì)算方程式如下（方程式 7）：

　　Bpk = （37.59 * Vind* DL*105）/（N*Fosc*10-3） = （37.59 * 2.707 * 0.699 * 105）/（100 * 105 * 10-3） = 711.6

　　根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)，允許通量水平為30% 左右，即2000.

　　由于這種配置的通量密度是在極端條件下得到的，其不到易產(chǎn)生飽和的通量水平的一半，因此只要在"關(guān)閉"時(shí)間能夠急劇降低，那么就允許磁化電流增加（這時(shí)幾乎為原來(lái)的三倍）。

　　為了防止變壓器"走向"飽和，你需要在Q1關(guān)閉期間有一個(gè)伏秒積分。這樣便可在"開(kāi)啟"時(shí)間平衡伏秒積分。通過(guò)放置一個(gè)電阻器R1（稱(chēng)作重置電阻器），可以達(dá)到這個(gè)目的，這樣"開(kāi)啟"期間形成的磁化電流便會(huì)在"關(guān)閉"期間強(qiáng)制在該重置電阻器 （R1） 中形成一伏特電壓。請(qǐng)記住，該電阻器的電壓會(huì)隨磁化電流減少而下降。

　　要想知道R1的值，可設(shè)置峰值磁化電流為2 * D_Imagpk,然后設(shè)計(jì)電路，這樣在"開(kāi)啟"期間所選電阻器便會(huì)降低磁化電流至0.5 * D_Imagpk.這樣可以確保峰值電流低于2 * D_Imagpk時(shí)也能正常工作。

　　將磁化電感的初始電流設(shè)置為Iinit = 20 mA,把終磁化電流設(shè)置為Ifinal = 5 mA."關(guān)閉"時(shí)間為T(mén)off= 3.005 μs,而所選變壓器的磁化電感Lmag為2 mH（產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)提供）。知道這些信息后，便可得到R1電阻器的值（方程式 8）。

　　R1= （（ln（Iinit/Ifinal）） * Lmag） / Toff） = （（ln（4）） * 2 mH） / （3.005 μs） = 922.6Ω

　　這時(shí)，解決方案的一半已經(jīng)完成。你還需要解決增壓二極管電流檢測(cè)器的電流變壓器電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題。T2電流變壓器的極端情況是負(fù)載時(shí)出現(xiàn)峰值線壓。

　　高線壓峰值下主開(kāi)關(guān)"開(kāi)啟"時(shí)間為整流二極管 D3 和 T2 電流變壓器繞組的導(dǎo)電時(shí)間。這就是將要用于設(shè)計(jì)的狀態(tài)。

　　由于相同電流需要相同的電流檢測(cè)電阻器電壓，因此兩個(gè)變壓器所使用的Rsense 也相同。T2繞組的電流的導(dǎo)電時(shí)間為（1-D）。變壓器繞組的導(dǎo)電時(shí)間為（方程式 9）：

　　Tondiode= （1-DH） / Fosc= 9.369 μs

　　變壓器的相應(yīng)重置時(shí)間為（方程式 10）：

　　Toffdiode= DH / Fosc= 0.631 μs

　　這些狀態(tài)下（輸入電壓）T2 變壓器繞組的電流大大小于低輸入電壓。高線壓時(shí)，電流IinHpk僅為5.87安培。

　　這樣便得到這些狀態(tài)下的檢測(cè)電阻器電壓（方程式 11）：

　　V_Rsencehigh= （I_inHpk / N） * R2 = （（5.87 A） / 100） * 5.464 Ω = 0.292 V

　　內(nèi)部繞組電阻的電壓為（方程式 12）：

　　V_RwindingH= （I_inHpk/ N） * R_winding= 0.294 V

　　變壓器磁化電感的電壓等于（方程式 13）：

　　V_magHigh= V_Rsencehigh+ Vfd+ V_RwindingH=0.292 V + 0.7 V + 0.294 V = 1.285 V

　　單次脈沖的鐵心通量為（方程式 14）：

　　BpkH = （37.59 * V_magHigh * （1-DH） * 105） / （100 * Fosc *10-3）

　　= （37.59 * 1.285 * .937 *105） / （100 * 105 *10-3） = 452.6

　　通量為允許通量的25%左右。

　　磁化電流計(jì)算方法如下（方程式 15）：

　　I_magH = （V_magHigh * T_ondiode ）/ Lmag= （1.285 V * 9.369μs） / 2 mH = 6.02ma

　　現(xiàn)在，如果我們?cè)O(shè)置磁化電流限制為兩倍I_magH峰值，終電流為ImagH的一半，而時(shí)間則為T(mén)_resetH,其中T_resetH = DH/Fosc,這樣我們便可以計(jì)算得到R2的值（方程式 16）：

　　R2 = （（ln（2/.5）） *Lmag） / TresetH = （1.386 * 2 *10-3 ） / （。631 * 10-6） = 4.395 kΩ

　　結(jié)論

　　到此，我們便完成了PFC電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。降壓轉(zhuǎn)換器的平均電流模式控制使用的計(jì)算方法與此類(lèi)似。使用降壓轉(zhuǎn)換器峰值電流模式控制時(shí)，只需使用上述計(jì)算方法便可，并在負(fù)載和輸入電壓時(shí)使用主開(kāi)關(guān)占空比限制。

　　1 kW以上PFC轉(zhuǎn)換器常常使用的PFC控制器是UCC2817a.功率更高時(shí)，可利用本文中介紹的電流檢測(cè)變壓器，來(lái)測(cè)量功率FET和輸出二極管的電流。