以霍爾電流傳感器提高開關電源的效率

摘要：許多開關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電源控制器，用以調節輸入脈沖的占空比或進行電濼保護。以往的開關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電源的電流傳意器，并詳細論述了霍爾傳感器在開關電源中的設計使用方法。霍爾傳感器的使用大大降低了因電流檢測而產生的功耗，提高了開關電源的轉換效率。
關鍵詞：開關電源；電流傳感器；霍爾電流傳感器；轉換效率；保護

開關電源是目前使用最為普遍的直流穩壓電源，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。許多開關電源中需要使用電流傳感器進行電流檢測，將電流大小以電壓信號形式反饋至開關電源控制器，實現電路的脈沖占空比調節或電路保護，以保證開關電源穩定、可靠地工作。
一般開關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電源控制器反饋電流的大小。由于電阻是耗能元件，其將產生功耗。盡管通常電流傳感電阻的阻值較小，產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幾瓦至十幾瓦，直接降低了開關電源的轉換效率。同時，功耗還導致電流傳感電阻的發熱，增加了開關電源的散熱難度。
為克服電流傳感電阻的產生的耗能，本文采用霍爾傳感器作為開關電源的電流傳感器，可以有效地抑制因電流檢測而產生的功耗，提高了開關電源的轉換效率。

1 電流傳感器在開關電源中的應用
開關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。
1)電流控制型開關電源直接對輸入的脈沖電流進行檢測，能同時根據輸入電壓和輸出電壓的變化綜合調節脈沖占空比，具有動態響應速度快，輸入電壓的波動對輸出電壓影響小等特點。電流控制型開關電源中需要電流傳感器檢測輸入的脈沖電流，以作為開關電源調節脈沖占空比、穩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T1導通時，流過隔離變壓器原邊繞組W1的電流Ii將使Rs上產生電壓降Us，Us即為向開關電源控制器反饋的輸入電流值信號。根據輸出電壓反饋信號和輸入電流值反饋信號Us，開關電源控制器將綜合調節電路的脈沖占空比，保證輸出電壓的穩定。

2)雙端型開關電源雙向驅動隔離變壓器，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，以進行電流的平衡控制和電路保護。圖2為一個推挽式開關電源的防偏磁原理圖，電路以電阻Rs作為電流傳感器，當功率開關T1、T2依次導通時，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了偏磁飽和現象，由偏磁控制電路調節功率開關T1或T2的導通占空比，使隔離變壓器的雙向磁感應強度趨于平衡。