电流互感器变比选择设计实例

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我们将设计一个电流互感器。使用电流互感器可以减小测量变换 器原边电流时的损耗，比如大功率开关电源，由于电流过大所以需要 使用电流互感线圈来监测电流以减少损耗.

电流互感器与一般的电压变压器的区别在什么地方呢？这个问题 即使是资深的磁性元件设计人员也很难回答。基本的区别在于：变压 器试图把电压从原边变换到副边，而电流互感器试图把电流从原边变 换到副边。电流互感器的电压大小由负载决定。

我们通过一个实际的设计例子，可以更好地理解电流互感器的工 作原理。

假设用电流互感器测量变换器的原边电流，原边

10A电流对应

1V电压。当然，我们可以用一个1V/ 10A=100nQ的电阻来测量，但 是电阻将造成的损耗为1VX 10A=10W这么大的损耗对几乎所有的设 计来说都是不能接受的。所以，要选用电流互感器，如图

I = 10A/JV

1所示

图1用电流检测互感器减小损耗

当然，为了减少绕组电阻，我们把原边的匝数取为 1匝，同时为 了使电流降到一个比较低的水平，副边匝数应该比较多。如果副边匝 数为N,由欧姆定律可得 （10 / N）R=1V在电阻中消耗的功率为 P=（1V）2 / R。我们假设消耗的功率为50mW也就是说，我们可以使用 100mW规格的电阻），这就要求R不得小于20Q,如果采用20Q的电 阻，由欧姆定律可得副边匝数 N=200

现在我们来看磁芯，假设二极管是普通的一般的二极管， 通态电 压大约为1V,电流为10A0 200=50mA互感器输出电压为 1V,加上 二极管的通态电压1V,总电压大约2V。250kHz频率工作时，磁芯上 的磁感应强度不会超过

(2Vx4|is>10f 200匝昇匸

4

由于原边流过电流的时间不可能超过开关周期 （否则，磁芯无法 复位）。因此Ae可以很小，而B也不会很大。这个例子里磁芯的尺寸 不能通过损耗要求或磁通饱和要求来确定， 更大的可能是由原副边之 间的隔离电压来确定。如果隔离电压没有要求，磁芯的大小一般由 200匝的绕组所占体积来确定。你可以用 40号的导线流过500mA的 峰值电流，但是这种导线实在太细，一般的变压器厂家不会为你绕制。

实用提示除非一定要用，一般情况下不要使用规格小于36号线 的导线。

现在我们来分析为什么不能用电压变压器来替代电流互感器 ？已

经知道副边电压只有2V,因此原边电压为2V/200=100mV如果输入 直流电压为48V,那么电流互感器原边10mV电压对48V电压来说是 微不足道的一一那样你可以在副边得到 50mA的电流，而对原边几乎 没有什么影响。假设另一种情况（不现实的），原边的输入直流电压只 有5mV那么互感器的原边不可能有 10mV的电压，同时由于原边阻 抗（如反射副边阻抗）也比较大，决定了副边根本不可能产生 50mA的 电流。即使整个5mVt压全部加在原边，副边也只能产生200X 5mV=1V 的电压：不能在转换电阻上产生足够的电压。因此，电压变压器只能 用作变压器，不能用来检测电流。

从另外一个角度来看：虽然输入电源的电压为48V时，但是流过 电流互感器电流的大小不是由原边的这个 48V电压决定的，而是其他 因素决定的。

电流互感器是有阻抗的电压变压器。

最后，我们来看一下电流互感器的误差情况怎么样 ？答案在于电 流互感器的基本定义上：感应的是电流。

实用提示 电流互感中的二极管和副边绕组的电阻不会影响电流 的测量，因为（只要阻抗不是无穷大）串联电路中电流处处相等，与串 联的元件无关。

实际工作中，是不是使用肖特基二极管作为整流二极管是没有关 系的：二极管的低通态电压只影响变压器，不会影响电流互感器

如果互感器副边的电感太小，测量误差将会增大。也就是激磁电 感

太小，假设我们要求测量电流的最大误差为 1 %,副边电流为50mA 那么副边电流就是50mA这就意味着要求激磁电流（副边）应该小于 50mA< 1% =500卩A激磁电流没有流过转换电阻，我们也无法检测到 这个电流，这样误差就增大了。我们可以算出副边电感的最小值

“ 2VX低十嗣

50mA鶯诧

现在的匝数为200,我们需要 AL=16mHH200=400nH的磁环，用 普通的小铁氧体磁环就可以了，这种铁氧体磁环是很容易找到的。