我們將設(shè)計一個電流互感器。使用電流互感器可以減小測量變換器原邊電流時的損耗,比如大功率開關(guān)電源,，由于電流過大所以需要使用電流互感線圈來監(jiān)測電流以減少損耗,。

電流互感器與一般的電壓變壓器的區(qū)別在什么地方呢?這個問題即使是資深的磁性元件設(shè)計人員也很難回答,。基本的區(qū)別在于：變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊,，而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊,。電流互感器的電壓大小由負(fù)載決定。

我們通過一個實際的設(shè)計例子,，可以更好地理解電流互感器的工作原理,。

假設(shè)用電流互感器測量變換器的原邊電流，原邊10A電流對應(yīng)1V電壓,。當(dāng)然,，我們可以用一個1V/10A=100mΩ的電阻來測量，但是電阻將造成的損耗為1V×10A=10W,，這么大的損耗對幾乎所有的設(shè)計來說都是不能接受的,。所以，要選用電流互感器,，如圖1所示,。

圖1 用電流檢測互感器減小損耗

當(dāng)然,，為了減少繞組電阻,，我們把原邊的匝數(shù)取為1匝，同時為了使電流降到一個比較低的水平,，副邊匝數(shù)應(yīng)該比較多,。如果副邊匝數(shù)為N，由歐姆定律可得(10/N)R=1V,，在電阻中消耗的功率為P=(1V)^2/R,。我們假設(shè)消耗的功率為50mW(也就是說，我們可以使用100mW規(guī)格的電阻),，這就要求R不得小于20Ω,，如果采用20Ω的電阻，由歐姆定律可得副邊匝數(shù)N=200,。

現(xiàn)在我們來看磁芯,，假設(shè)二極管是普通的一般的二極管，通態(tài)電壓大約為1V,，電流為10A/200=50mA,。互感器輸出電壓為1V,，加上二極管的通態(tài)電壓1V,，總電壓大約2V。250kHz頻率工作時,，磁芯上的磁感應(yīng)強(qiáng)度不會超過

其中4us為一個周期的時間,，實際肯定是不到一個周期的,。

由于原邊流過電流的時間不可能超過開關(guān)周期(否則，磁芯無法復(fù)位),。因此Ae可以很小,，而B也不會很大。這個例子里磁芯的尺寸不能通過損耗要求或磁通飽和要求來確定,，更大的可能是由原副邊之間的隔離電壓來確定,。如果隔離電壓沒有要求，磁芯的大小一般由200匝的繞組所占體積來確定,。你可以用40號的導(dǎo)線流過500mA的峰值電流,，但是這種導(dǎo)線實在太細(xì)，一般的變壓器廠家不會為你繞制,。

實用提示 除非一定要用,，一般情況下不要使用規(guī)格小于36號線的導(dǎo)線。

現(xiàn)在我們來分析為什么不能用電壓變壓器來替代電流互感器?已經(jīng)知道副邊電壓只有2V,，因此原邊電壓為2V/200=100mV,。如果輸入直流電壓為48V，那么電流互感器原邊10mV電壓對48V電壓來說是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電流,，而對原邊幾乎沒有什么影響,。假設(shè)另一種情況(不現(xiàn)實的)，原邊的輸入直流電壓只有5mV,，那么互感器的原邊不可能有10mV的電壓,，同時由于原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大，決定了副邊根本不可能產(chǎn)生50mA的電流,。即使整個5mV電壓全部加在原邊,，副邊也只能產(chǎn)生200×5mV=1V的電壓：不能在轉(zhuǎn)換電阻上產(chǎn)生足夠的電壓。因此,，電壓變壓器只能用作變壓器,，不能用來檢測電流。

從另外一個角度來看：雖然輸入電源的電壓為48V時,，但是流過電流互感器電流的大小不是由原邊的這個48V電壓決定的,，而是其他因素決定的。

電流互感器是有阻抗限制的電壓變壓器,。

最后,，我們來看一下電流互感器的誤差情況怎么樣?答案在于電流互感器的基本定義上：感應(yīng)的是電流。

實用提示 電流互感中的二極管和副邊繞組的電阻不會影響電流的測量,，因為(只要阻抗不是無窮大)串聯(lián)電路中電流處處相等,，與串聯(lián)的元件無關(guān)。

實際工作中,，是不是使用肖特基二極管作為整流二極管是沒有關(guān)系的：二極管的低通態(tài)電壓只影響變壓器,，不會影響電流互感器,。

如果互感器副邊的電感太小，測量誤差將會增大,。也就是激磁電感太小,，假設(shè)我們要求測量電流的最大誤差為1%，原邊電流為10A,，那么副邊電流就是50mA,，這就意味著要求激磁電流(副邊)應(yīng)該小于50mA×1%=500μA。激磁電流沒有流過轉(zhuǎn)換電阻,，我們也無法檢測到這個電流,，這樣誤差就增大了。我們可以算出副邊電感的最小值

現(xiàn)在的匝數(shù)為200,，我們需要AL=16mH/200=400nH的磁環(huán),，用普通的小鐵氧體磁環(huán)就可以了，這種鐵氧體磁環(huán)是很容易找到的,。