以霍尔电流传感器提高开关电源的效率

摘要：许多开关电源中需要使用电流传感器，将电流大小以电压形式反馈至开关电源控制器，用以调节输入脉冲的占空比或进行电泺保护。以往的开关电源往往使用一个串入电流通道的电阻作为电流传感器，利用电阻的压降反馈电流的大小。由于电阻是耗能元件，其将产生功耗。为克服电流传感电阻的功耗，本文采用霍尔传感器作为开关电源的电流传意器，并详细论述了霍尔传感器在开关电源中的设计使用方法。霍尔传感器的使用大大降低了因电流检测而产生的功耗，提高了开关电源的转换效率。
关键词：开关电源；电流传感器；霍尔电流传感器；转换效率；保护

开关电源是目前使用最为普遍的直流稳压电源，广泛用做各种电子装置的直流供电电源和蓄电池充电电源。许多开关电源中需要使用电流传感器进行电流检测，将电流大小以电压信号形式反馈至开关电源控制器，实现电路的脉冲占空比调节或电路保护，以保证开关电源稳定、可靠地工作。
一般开关电源往往使用一个串入主电流通道的电阻作为电流传感器，利用电阻上的压降以电压信号的形式向开关电源控制器反馈电流的大小。由于电阻是耗能元件，其将产生功耗。尽管通常电流传感电阻的阻值较小，产生的反馈电压也比较低，但其功耗仍不可忽略，尤其是在输入电流或输出电流比较大时，电流传感电阻上的功耗可达几瓦至十几瓦，直接降低了开关电源的转换效率。同时，功耗还导致电流传感电阻的发热，增加了开关电源的散热难度。
为克服电流传感电阻的产生的耗能，本文采用霍尔传感器作为开关电源的电流传感器，可以有效地抑制因电流检测而产生的功耗，提高了开关电源的转换效率。

1 电流传感器在开关电源中的应用
开关电源从控制方式上可分为电压控制型和电流控制型，从隔离变压器的驱动方式上可分为单端型和双端型。在这些电路形式中，许多形式的开关电源需要使用电流传感器检测电流，或者用于脉冲占空比的控制，或者用于电路的保护。
1)电流控制型开关电源直接对输入的脉冲电流进行检测，能同时根据输入电压和输出电压的变化综合调节脉冲占空比，具有动态响应速度快，输入电压的波动对输出电压影响小等特点。电流控制型开关电源中需要电流传感器检测输入的脉冲电流，以作为开关电源调节脉冲占空比、稳定输出电压的反馈信号。图1所示为一个电流控制型的反激式开关电源的输入通道原理图。图中电阻Rs在电路中的作用即是电流传感器，在功率开关T1导通时，流过隔离变压器原边绕组W1的电流Ii将使Rs上产生电压降Us，Us即为向开关电源控制器反馈的输入电流值信号。根据输出电压反馈信号和输入电流值反馈信号Us，开关电源控制器将综合调节电路的脉冲占空比，保证输出电压的稳定。

2)双端型开关电源双向驱动隔离变压器，可以有效地提高隔离变压器的使用效率，减小隔离变压器的体积。为了防止隔离变压器偏磁饱和，双端型开关电源常常需要电流传感器检测输入隔离变压器的双向脉冲电流，以进行电流的平衡控制和电路保护。图2为一个推挽式开关电源的防偏磁原理图，电路以电阻Rs作为电流传感器，当功率开关T1、T2依次导通时，分别流过隔离变压器原边绕组W1和W2的电流I1和I2将被电阻Rs以电压Us的形式向偏磁控制电路反馈。一旦两路电流差值过大或某一路电流值过大，即说明隔离变压器出现了偏磁饱和现象，由偏磁控制电路调节功率开关T1或T2的导通占空比，使隔离变压器的双向磁感应强度趋于平衡。