以霍爾電流傳感器提高開關(guān)電源的效率

摘要：許多開關(guān)電源中需要使用電流傳感器，將電流大小以電壓形式反饋至開關(guān)電源控制器，用以調(diào)節(jié)輸入脈沖的占空比或進(jìn)行電濼保護(hù)。以往的開關(guān)電源往往使用一個串入電流通道的電阻作為電流傳感器，利用電阻的壓降反饋電流的大小。由于電阻是耗能元件，其將產(chǎn)生功耗。為克服電流傳感電阻的功耗，本文采用霍爾傳感器作為開關(guān)電源的電流傳意器，并詳細(xì)論述了霍爾傳感器在開關(guān)電源中的設(shè)計使用方法?；魻杺鞲衅鞯氖褂么蟠蠼档土艘螂娏鳈z測而產(chǎn)生的功耗，提高了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；電流傳感器；霍爾電流傳感器；轉(zhuǎn)換效率；保護(hù)

開關(guān)電源是目前使用最為普遍的直流穩(wěn)壓電源，廣泛用做各種電子裝置的直流供電電源和蓄電池充電電源。許多開關(guān)電源中需要使用電流傳感器進(jìn)行電流檢測，將電流大小以電壓信號形式反饋至開關(guān)電源控制器，實現(xiàn)電路的脈沖占空比調(diào)節(jié)或電路保護(hù)，以保證開關(guān)電源穩(wěn)定、可靠地工作。
一般開關(guān)電源往往使用一個串入主電流通道的電阻作為電流傳感器，利用電阻上的壓降以電壓信號的形式向開關(guān)電源控制器反饋電流的大小。由于電阻是耗能元件，其將產(chǎn)生功耗。盡管通常電流傳感電阻的阻值較小，產(chǎn)生的反饋電壓也比較低，但其功耗仍不可忽略，尤其是在輸入電流或輸出電流比較大時，電流傳感電阻上的功耗可達(dá)幾瓦至十幾瓦，直接降低了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。同時，功耗還導(dǎo)致電流傳感電阻的發(fā)熱，增加了開關(guān)電源的散熱難度。
為克服電流傳感電阻的產(chǎn)生的耗能，本文采用霍爾傳感器作為開關(guān)電源的電流傳感器，可以有效地抑制因電流檢測而產(chǎn)生的功耗，提高了開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

1 電流傳感器在開關(guān)電源中的應(yīng)用
開關(guān)電源從控制方式上可分為電壓控制型和電流控制型，從隔離變壓器的驅(qū)動方式上可分為單端型和雙端型。在這些電路形式中，許多形式的開關(guān)電源需要使用電流傳感器檢測電流，或者用于脈沖占空比的控制，或者用于電路的保護(hù)。
1)電流控制型開關(guān)電源直接對輸入的脈沖電流進(jìn)行檢測，能同時根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的變化綜合調(diào)節(jié)脈沖占空比，具有動態(tài)響應(yīng)速度快，輸入電壓的波動對輸出電壓影響小等特點(diǎn)。電流控制型開關(guān)電源中需要電流傳感器檢測輸入的脈沖電流，以作為開關(guān)電源調(diào)節(jié)脈沖占空比、穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號。圖1所示為一個電流控制型的反激式開關(guān)電源的輸入通道原理圖。圖中電阻Rs在電路中的作用即是電流傳感器，在功率開關(guān)T1導(dǎo)通時，流過隔離變壓器原邊繞組W1的電流Ii將使Rs上產(chǎn)生電壓降Us，Us即為向開關(guān)電源控制器反饋的輸入電流值信號。根據(jù)輸出電壓反饋信號和輸入電流值反饋信號Us，開關(guān)電源控制器將綜合調(diào)節(jié)電路的脈沖占空比，保證輸出電壓的穩(wěn)定。

2)雙端型開關(guān)電源雙向驅(qū)動隔離變壓器，可以有效地提高隔離變壓器的使用效率，減小隔離變壓器的體積。為了防止隔離變壓器偏磁飽和，雙端型開關(guān)電源常常需要電流傳感器檢測輸入隔離變壓器的雙向脈沖電流，以進(jìn)行電流的平衡控制和電路保護(hù)。圖2為一個推挽式開關(guān)電源的防偏磁原理圖，電路以電阻Rs作為電流傳感器，當(dāng)功率開關(guān)T1、T2依次導(dǎo)通時，分別流過隔離變壓器原邊繞組W1和W2的電流I1和I2將被電阻Rs以電壓Us的形式向偏磁控制電路反饋。一旦兩路電流差值過大或某一路電流值過大，即說明隔離變壓器出現(xiàn)了偏磁飽和現(xiàn)象，由偏磁控制電路調(diào)節(jié)功率開關(guān)T1或T2的導(dǎo)通占空比，使隔離變壓器的雙向磁感應(yīng)強(qiáng)度趨于平衡。