摘要：為了在功率電子應(yīng)用中實現(xiàn)感測電流的高精度、高速度、高可靠，以及無磁滯影響，本文提出了一種新的零波紋DC電流變壓器(DCCT)電路。這種DCCT電路由與內(nèi)部振蕩器時鐘脈沖同步的二相(反相)晶體管磁心多諧振蕩器組成。文中給出了其工作原理和實驗結(jié)果、及其靜態(tài)和動態(tài)特性，據(jù)稱其時鐘脈沖在3kHz內(nèi)的響應(yīng)時間為2μS。

　　1 引言

　　為了用逆變器進(jìn)行矢量控制的方法控制AC電機，最通用的方法是必須用定子電流得到轉(zhuǎn)矩，該電流基本為交流。因此，為了控制電機的速度，AC電流的頻率應(yīng)從零變化到幾百赫芝。為檢測零頻電流，傳感器應(yīng)具有一種測量DC電流的功能。此外，為了求得瞬時轉(zhuǎn)矩，檢測速度應(yīng)足夠高。為此目的，傳感器檢測電流應(yīng)從DC到幾百kHz的AC，并在溫度變化和噪聲條件下應(yīng)具有足夠高的精度和可靠性。此方面應(yīng)用，使用了基于霍爾效應(yīng)的電流傳感器，不過，這種傳感器也存在著缺陷，這是由于其磁軛存在著磁滯現(xiàn)象，這就造成了電機控制方面的轉(zhuǎn)矩波紋。有時，這種瞬態(tài)響應(yīng)在某些情況下可能是不充分的，不過這些缺點可通過用高速飽和電抗器型DC變壓器加以克服[1]，見圖1。借助于內(nèi)部磁心的互感磁通量，可以檢測到精確的DC電流。另一方面，在這種電路中，至少需要3個低頻變壓器構(gòu)成這種飽和電抗器型DC變壓器;如此必然會增加電路的復(fù)雜性，同時也相應(yīng)地增大體積，并增加了成本費用。

 　　圖1 飽和電抗器型DC電流變壓器的功能方塊圖，它由檢測磁心，低頻變壓器、二個調(diào)整器/補償器和外部振蕩器組成。

　　為了解決這一問題，本文介紹了一種新型DC電流變壓器電路，它由二個具有飽和磁心的多諧振蕩器組成，并與二相時鐘脈沖同步。我們在1982年已報導(dǎo)了三相時鐘的基本原理[2]。不過在那種情況則要求三個飽和磁心，使其電路變得較為復(fù)雜。在本文中，提出了作為元件數(shù)量最少的二相(反相)情況，同時也闡明了其靜態(tài)和動態(tài)特性。根據(jù)研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)它們具有大的動態(tài)范圍和快速響應(yīng)特性是非常好的，尤其適于用逆變器的電機控制。文中給出了靜態(tài)和動態(tài)這兩種特性的理論分析和實驗結(jié)果。

　　2 電路說明

　　1972年提出了在多諧振蕩器中按感應(yīng)電壓的幅度檢測DC電流的基本原理[3]，通過對該原理的延伸，現(xiàn)已開發(fā)出零波紋DC電流變壓器。圖2示出了這種新傳感器的基本原理。二個晶體管磁心多諧振蕩器#1和#2由雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路產(chǎn)生的二相脈沖激勵，所以可產(chǎn)生二相感應(yīng)電壓，如圖3所示，每個多諧振蕩器根據(jù)不同匝數(shù)的繞組產(chǎn)生不對稱的感應(yīng)電壓，通過邏輯OR電路產(chǎn)生輸出，由于二個開關(guān)晶體管之間換向，造成谷值輸出，將通過整流輸出迭加的方法加以消除。

 　　圖2 新型的DC電流變壓器電路功能方塊圖，它由基于二個晶體管磁心的多諧振蕩器、環(huán)形計數(shù)器和具有內(nèi)部振蕩功能的脈沖發(fā)生器組成

 　　圖3 本文提出的零波紋DC電流變壓器的感應(yīng)電壓和輸出電壓的理想波形

5 結(jié)束語

　　本文提出了一種新的為保證具有高線性度、高速和零波紋輸出特性的DC電流變壓器的設(shè)計原理，這種新的DC電流電壓器的截止頻率遠(yuǎn)高于時鐘頻率，結(jié)果表明該傳感器可用于高速功率電子設(shè)備。實驗評估證明在寬頻率范圍內(nèi)其靜態(tài)和動態(tài)特性都取得了令人滿意的結(jié)果。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] C.Adamson and N.G.Hingorani,"New Transductor-type D.C Transformer particularly Applicable to

　　H.v.D.C. System." Proceeding IEE,vol.110,No.4,April 1963.

　　[2] K.Harada. et al. "DC Current Sensors of Instantaneous Response Using Amorphous Cores,

　　"IEEE Trans. on Magnetics. vol. MAG-21,No.5,Sept,1985.

　　[3] K.Harada and T.Nakano, "The Magnetic Mixing Amplifier,"IEEE Trans.on Magnetics,

　　vol. MAG-8,No.4.Dec.1972.

　　[4] K.Harada."polyphase Mutivibrators,"IEEE trans.on Magnetics, vol.

　　MAG-3,No.2,Jun.1967.