[发明专利]一种直流偏置电流检测装置

说明书

本发明涉及一种直流偏置电流检测装置，属于电力电子技术领域。由交流导线(1)、霍尔效应传感器(2)、低损耗阻尼电路(3)、交流磁通抵消线圈(4)、硅钢环形开口磁环(5)、供电输入端(6)、电压转换电路(7)、电压放大电路(8)、滤波电路(11)和输出端子(12)组成，该装置可以有效的测量交流大电流中的直流电流分量。通过提出的低损耗阻尼电路，提高了电路检测带宽，使得响应时间更快。从而规避变压器磁芯因直流电流分量过大导致变压器出现直流偏磁问题。

技术领域

本发明涉及一种直流偏置电流检测装置，属于电力电子技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，大功率的变换器越来越多。出于安全考虑，大多电路都使用变压器将低压侧与高压侧隔离，同时随着新能源发电与分布式发电的推广，其面临着并网问题，而变压器是并网不可缺少的设备之一。

由于电路中的非理想因素，如不匹配的驱动脉冲延迟，有限的脉冲宽度分辨率，不同的功率器件的导通关断阈值电压也不一样，施加在变压器绕组上的正负电压并不理想对称，这会导致伏秒积分随时间增加而失衡。这种不平衡会在几十到几百个开关周期内影响变压器工作。

为消除稳态伏秒失衡，通常采用隔直电容。随着功率的增加，额外的隔直流电容器变得庞大且昂贵。为了不使用隔直电容，提出了一些主动控制方法。这需要测量绕组偏置电流，以实现有源控制，但该偏置电流小于绕组中总电流的1％，无法使用电流传感器和低通滤波器直接测量偏置电流。电流传感器的噪声和漂移很容易淹没偏置电流信号。ABB提出了一种大功率交流电网的直流偏置电流测量方法，该方法通过引入耦合绕组来抵消被测电流产生的交流磁通。然后，可以由霍尔传感器测量由直流电流产生的磁通量。以上方法能够测量非常低的带宽的真实直流分量。但是，偏置电流传感器的带宽对于控制高频变压器中的电流是非常重要的。为了增加带宽，当前方法需要一次侧和二次侧电流的信息。一种方法是计算初级电流和次级电流之间的电流差。该方法的主要缺点是初级和次级电流混合，这使得高压隔离变得困难。另一种方法是引入磁耳来测量铁氧体磁芯中的磁通量。对于这种方法，如果采用纳米晶材料等材料的高导磁率作为变压器芯，则进入磁耳的漏磁通可能太小而无法精确测量。而且，由于该方法测量的是初级电流和次级电流的总影响，因此无法确定初级绕组和次级绕组中是否存在反向偏置电流，这会带来额外的损失。

当交流电流中的直流分量过大，变压器就会出现直流偏磁问题，直流偏磁改变了变压器的工作点，使原来磁化曲线工作区的一部分移至铁心磁饱和区，会使总励磁电流变成尖顶波，最终导致变压器中的电流振动幅度增大，导致电路损坏甚至烧毁。

发明内容

针对直流偏磁会导致变压器磁芯饱和问题，克服现有技术不足，本发明提出了一种直流偏置电流检测装置。

本发明的技术方案是：一种直流偏置电流检测装置，由交流导线(1)、霍尔效应传感器(2)、低损耗阻尼电路(3)、交流磁通抵消线圈(4)、硅钢环形开口磁环(5)、供电输入端(6)、电压转换电路(7)、电压放大电路(8)、滤波电路(11)和输出端子(12)组成，所述的交流导线(1)贯穿硅钢环形开口磁环(5)；所述的交流磁通抵消线圈(4)缠绕在硅钢环形开口磁环(5)上；所述的霍尔效应传感器(2)置于硅钢环形开口磁环(5)的开口气隙中；所述的低损耗阻尼电路(3)与交流磁通抵消线圈(4)并联；所述的供电输入端(6)分别与电压转换电路(7)和电压放大电路(8)相连，并提供±15V电压；电压转换电路(7)与霍尔效应传感器(2)相连，为其提供5V电压；霍尔效应传感器(2)的输出端与电压放大电路(8)输入端相连；电压放大电路(8)的输出端与滤波电路(11)相连，所述的输出端子(12)并联在滤波电路(11)两端并输出电压。