與氮化鎵和碳化硅一樣重要的是讓我們獲得更快、更小的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，無源元件（變壓器）也取得了類似的進(jìn)步。長期以來，更高的工作頻率意味著更小的磁性元件和電容器，這僅僅是因?yàn)槊總€周期所需的能量存儲量減少了。在總功率相同的情況下，每秒能量單位越多，所需的單位越小。

電流互感器用于電源中的控制、保護(hù)、檢測或測量。電流模式控制需要測量峰值電流并做出相應(yīng)的響應(yīng)。保護(hù)通常與過流限制有關(guān)；檢測是知道負(fù)載或電源正在使用電流；最后，在需要功耗時使用測量。

與其他傳感方法相比，電流互感器具有許多優(yōu)勢。它們提供電流隔離，可輕松實(shí)現(xiàn)高側(cè)感測；與電阻器相比，它們的功耗非常低，尤其是在大電流下；它們具有高輸出信號，可提供更好的抗噪性；電路簡單，無需運(yùn)算放大器；單個初級可以集成到封裝中；它們堅(jiān)固而緊湊；它們是 SMT 就緒的。

圖 1：電流互感器的等效電路。初級側(cè)的串聯(lián)元件用虛線表示它們沒有顯著影響。磁化電感和磁芯損耗顯示在次級側(cè)，因?yàn)樵谀抢锟梢詼y量它們。在操作中，它們被反射并影響初級側(cè)，但凈影響是相同的：不理想的電流傳輸。

電流互感器現(xiàn)在可提供基于 EE5 和 EE4.4 磁芯（如 WE-CST 系列）的緊湊尺寸，具有許多標(biāo)準(zhǔn)匝數(shù)比。雖然常見的匝數(shù)比與較大的電流互感器相同，但小尺寸顯著降低了繞組自電容，將工作頻率范圍擴(kuò)展到兆赫茲區(qū)域，如圖 2 所示。

圖 2：圖表顯示了磁化電感、繞組自電容和磁芯尺寸如何影響電流互感器的工作頻率范圍。黑色 = 7492540100-EE13；紅色 = 749251100-EE5；灰色 = 749252100-EE4.4；所有 1:100 匝數(shù)比，100Ω 負(fù)載，歸一化輸出電壓。

圖 3：勵磁電流 (Iex)，即磁化電流 (Im) 和磁芯損耗電流 (Ic) 的矢量和，將電流從測量電流 (Is) 轉(zhuǎn)移開。影響發(fā)生在初級側(cè)，但我們無法在那里進(jìn)行測量。串聯(lián)二極管可防止復(fù)位電壓出現(xiàn)在輸出端。

圖 4：壓降是由增加通過繞組電阻 (V = IR) 的勵磁電流產(chǎn)生的電壓降造成的。

缺點(diǎn)是磁化電感較低，這會影響低端工作頻率，在為應(yīng)用選擇部件時必須考慮。如圖 3 所示，磁化電流 (I m ) 和磁芯損耗 (I c ) 結(jié)合形成勵磁電流 (I ex )，將電流從負(fù)載電阻轉(zhuǎn)移，用于將電流轉(zhuǎn)換為電壓以進(jìn)行測量。這設(shè)置了低頻限制。

除了由于勵磁電流導(dǎo)致的輸出略低于匝數(shù)比所指示的問題外，下垂也是一個考慮因素。在脈沖應(yīng)用中，在脈沖開始時，勵磁電流為 0 并隨時間（脈沖持續(xù)時間）線性增加。這種增加的電流乘以繞組電阻會產(chǎn)生增加的電壓降，從而降低輸出；這稱為下垂。使用電流互感器檢測峰值電流時，下垂必須小于上升的峰值電流，否則無法檢測到峰值。

由磁化電感和下垂引起的差異可以在圖 5 中看到，該圖顯示了來自相同設(shè)置但使用兩個系列電流互感器的波形。749251050 系列使用 EE5 內(nèi)核，而 749252050 系列使用較小的 EE4.4 內(nèi)核。次級電感為 500 μH min。對于較大的變壓器和 205 μH min。對于較小的，均使用 1N4934 二極管和 20 Ω 的負(fù)載電阻。然而，較小變壓器略低的輸出可以通過負(fù)載電阻值的輕微調(diào)整（增加）輕松補(bǔ)償，以完全匹配波形。

圖 5：在不連續(xù)模式反激電路中相同工作條件下兩種變壓器尺寸的比較。中間軌跡是測得的電流。頂部軌跡是次級繞組兩端的電壓，按比例 (5 V/div) 顯示復(fù)位脈沖。底部走線是柵極驅(qū)動。

圖 6：使用各種二極管的復(fù)位響應(yīng)?？焖俸统焖俣O管（黑色 — 1N4934，trr = 200 ns，Vreset ≈ 12 V）提供平滑、及時的響應(yīng)。齊納二極管（紅色 — 1N5245B，trr ≈ 600 ns，Vreset ≈ 14 V）具有更多延遲但受控電壓。信號二極管（灰色 — 1N4148，trr = 4-8 ns，Vreset ≈ 21 V）速度快、噪聲大、電壓大，所有這些都會產(chǎn)生 EMI 噪聲。（來源：伍爾特電子）

較大的復(fù)位脈沖源于 EE4.4 設(shè)計(jì)的較大漏電感。在該產(chǎn)品系列中，單匝初級模制在線圈架的底座中，將繞組彼此相鄰放置，而不是放在更有利的同心位置。這導(dǎo)致更多的能量存儲用于復(fù)位。

在更高的工作頻率下，單極脈沖在開關(guān)電源中很常見，因此在下一個周期開始之前復(fù)位內(nèi)核非常重要。這是由串聯(lián)二極管引起的，需要快速 (t rr ?< ~200 ns)、超快 (t rr ?< ~50 ns) 或齊納二極管以更精確地控制復(fù)位電壓。軟恢復(fù)是首選。

真正快速的信號二極管（如 1N4148）可能太快了，因?yàn)樗鼈儠a(chǎn)生更大的電壓和更粗糙的邊緣，這會導(dǎo)致 EMI 噪聲。肖特基二極管可能受到額定電壓的限制。幾個二極管的響應(yīng)如圖 6 所示。應(yīng)該注意的是，二極管是必要的，以防止負(fù)復(fù)位脈沖進(jìn)入控制器，在那里它會損壞它。

電流互感器選擇的三個簡單步驟是：

確定匝數(shù)比

計(jì)算磁通密度或 Vμs 額定值

計(jì)算由磁化電流引起的誤差

初始參數(shù)將由您的應(yīng)用程序確定。

讓我們使用：

控制器的最大電流信號（電壓，? V S）：1 V

最大一次電流（我P）來衡量：5甲

工作頻率 ( f ) 和最大占空比 ( DC )：500 kHz，0.45

負(fù)載電阻中的功耗 ( P Rb )：0.062 W (1/16 W)

根據(jù)給定的檢測電壓和功耗確定匝數(shù)比。

因此，通過組合，我們可以確定一個負(fù)載電阻（R b），

次級電流（I S），

最后，匝數(shù)比 (N P /N S )。

在計(jì)算 Vμs 額定值時，它需要小于變壓器的額定值，后者基于峰值磁通密度 (B)、次級匝數(shù) (N s ) 和磁芯橫截面積 (A e )。請注意，制造商使用不同的 B 值來計(jì)算他們的伏時積。您應(yīng)該瞄準(zhǔn)一個低值，理想情況下小于 0.2 T。串聯(lián)二極管的電壓降 (V f ) 變化很大，在此處添加為 1 V，因?yàn)樗黾恿司€圈兩端的電壓，這將影響通量等級。它不會影響檢測電流或負(fù)載電壓。

查看 EE4.4 尺寸系列的可用電流互感器列表，額定電流為 7 A、匝數(shù)比為 1:100 且額定 Vμs 為 28.8 的 749252100 很容易滿足要求。

要找到磁化電流的誤差，首先使用最大占空比 (DC) 和頻率 (f)、負(fù)載電壓 (V b )、串聯(lián)二極管電壓降 (V f ) 和次級電感 (大號米）。然后除以理想的傳輸次級電流 (I ST )，

其中?，對于 749252100 變壓器，L m = 820 μH 最小值。因?yàn)殡姼斜恢付樽钚≈担詫?shí)際誤差會更小。

如果精度不夠，不使用更大變壓器的簡單解決方案是通過按比例增加負(fù)載電阻來補(bǔ)償——在本例中為 21 Ω。這不會顯著影響功耗或所需的 Vμs。

微型表面貼裝電流互感器（例如 WE-CST EE4.4 系列）現(xiàn)已推出，適用于您的高頻 GaN 功率轉(zhuǎn)換器。它們至少與檢測電阻一樣小、耗散的功率更少、在更高的電流下工作、提供電流隔離（這意味著在電路中的放置自由），并提供更強(qiáng)、更抗噪聲的檢測電壓，而無需任何額外的電路，如運(yùn)算放大器。輸出可以輕松組合，甚至可以測量直流電流。

審核編輯：湯梓紅