在反激、正激、PFC等開關(guān)電源拓撲中，電流互感器（CT）用于采樣開關(guān)管或電感電流，實現(xiàn)逐周期限流和電流模式控制。相比采樣電阻，CT具有無損耗、隔離耐壓高、可測大電流等優(yōu)勢。本文分析CT的工作原理、誤差來源及設(shè)計要點。

一、電流互感器工作原理

CT本質(zhì)上是一個降流變壓器。初級繞組串聯(lián)在被測電流回路中（通常為1匝），次級接采樣電阻Rs。當(dāng)初級流過電流Ip時，次級感應(yīng)出Is = Ip / N（N為匝數(shù)比），在Rs上產(chǎn)生電壓Vs = Is × Rs = Ip × Rs / N。CT只能在交流或脈動直流（滿足伏秒平衡）條件下工作，因此常用于開關(guān)管導(dǎo)通期間的電流采樣。

二、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計

1. 匝數(shù)比（N）

匝數(shù)比決定次級電流大小。N越大，次級電流越小，Rs可選用較大阻值以獲得更高電壓，但繞組電阻和漏感也會增大。常用N為50、100、125、200。計算：N = Ip_max × Rs_min / Vs_ref，其中Vs_ref為控制器電流檢測閾值（通常0.5-1V）。

2. 電感量（Lm）

勵磁電感決定勵磁電流大小，影響測量精度。要求勵磁電感產(chǎn)生的勵磁電流小于被測電流的1%。Lm = (N2 × μ × Ae) / le，其中μ為磁芯磁導(dǎo)率，Ae為截面積，le為磁路長度。

3. 伏秒積（V·μs）

CT的伏秒積限制決定最大導(dǎo)通時間。伏秒積 = Vs_max × t_on_max。若超過限制，磁芯飽和。選型時需滿足：t_on_max < (V·μs) / Vs_max。

4. 采樣電阻（Rs）

Rs取值需平衡：過大導(dǎo)致CT易飽和，過小則信號幅度低。Rs_max = (V·μs) / (I_peak × t_on_max)。通常取10-100Ω。

三、誤差分析

四、復(fù)位電路設(shè)計

CT在開關(guān)管關(guān)斷期間需要復(fù)位，使磁芯去磁。常用復(fù)位方式：

電阻復(fù)位：次級并聯(lián)二極管+電阻，簡單但損耗大。

有源鉗位：使用MOSFET短路次級，效率高。

自復(fù)位：利用反激電壓自然復(fù)位，適用于反激拓撲。

五、PCB布局要點

初級走線：穿過CT中心孔的走線應(yīng)盡量短、粗，減少電阻。

次級回路：采樣電阻緊貼CT引腳，走線短，避免引入噪聲。

屏蔽：CT周圍避免布設(shè)大電流或高頻走線，防止磁場耦合。

濾波：采樣信號需加RC低通濾波（時間常數(shù)約100ns），濾除前沿尖峰。

六、選型示例（Voohu部分型號）

七、常見問題

采樣波形前沿尖峰：漏感引起，可增加RC濾波或選用低漏感CT。

大負載下電流保護誤觸發(fā)：磁芯飽和，需提高CT的伏秒積或減小Rs。

輕載時電流檢測不準(zhǔn)確：勵磁電流占比過大，可提高Lm或增加偏置繞組。

溫升過高：初級DCR過大，選用更粗線徑或降低頻率。

結(jié)語：電流互感器的設(shè)計需要平衡匝數(shù)比、電感量、伏秒積和采樣電阻，并關(guān)注復(fù)位電路和PCB布局，以實現(xiàn)精確的峰值電流檢測。

審核編輯 黃宇