电流互感器在开关电源过流保护中的设计要点与选型分析

电流互感器（Current Transformer，CT）以其电气隔离、低损耗、高线性度等优势，广泛应用于开关电源的过流保护、峰值电流控制以及电机驱动器的相电流检测。在反激、正激、推挽等拓扑中，CT可替代采样电阻，实现高效率、高精度的电流监测。本文从工程实战角度，解析电流互感器在过流保护电路中的设计要点，包括变比计算、负载电阻选择、饱和特性及沃虎WHPT系列选型。

一、电流互感器在开关电源中的典型应用

反激电源初级峰值电流检测： CT串联在开关管（MOSFET）源极或变压器初级侧，检测峰值电流送入PWM控制器（如UC3842）的CS引脚，实现逐周期限流。

正激/推挽电源初级电流检测： 用于过流保护和均流控制。

输出电流检测（隔离）： CT串联在输出回路，提供隔离的电流反馈信号。

二、关键参数与设计计算

1. 变比（Turns Ratio）

变比 = Np / Ns，其中Np为一次侧匝数（通常为1匝或几匝），Ns为二次侧匝数。常用变比有1:50、1:100、1:200。二次侧电流 Is = Ip / (Np/Ns)。例如，1:100的CT，一次侧10A对应二次侧0.1A。

2. 负载电阻（Rload）

CT二次侧必须连接负载电阻将电流转换为电压：Vsense = Is × Rload。Vsense需满足控制器CS引脚阈值（通常0.5V~1V）。计算公式：Rload = Vsense / (Ipri_max / TurnsRatio)。注意Rload不能过大，否则会导致CT饱和。沃虎产品规格书会给出推荐负载电阻范围。

3. 最大一次电流与饱和特性

CT的饱和电流Isat决定了可线性测量的最大电流。选型时需确保最大峰值电流（含过流保护点）小于Isat，并留20%余量。沃虎WHPT系列提供详细的饱和曲线。

4. 电感量与低频响应

对于工频（50/60Hz）电流检测，需要高电感量（如>10000μH）以减小励磁电流，保证精度；对于开关电源高频脉冲电流（几十kHz），低电感量（如<500μH）即可。

三、沃虎电子WHPT系列电流互感器选型推荐

🔹 反激电源初级峰值检测（高频脉冲，电流5~20A）

推荐WHPT-EE050-006（1:50，500μH，1000VAC）或WHPT-EE050-003（1:20，80μH，适合小电流）。

🔹 大功率反激/正激初级检测（20~50A）

推荐WHPT-ER115-006（1:100，4500μH，3300VAC）或WHPT-ER115-005（1:50，1100μH）。

🔹 工频电流计量（电表、电力监测）

推荐WHPT-EP100-020（1:200，32000μH，3750VAC）或WHPT-EP100-016（1:50）。

🔹 小体积板级过流保护

推荐WHPT-EP070-020（1:50，1700μH，3000VAC，EP7磁芯，约10×12mm）。

四、设计实例：反激电源初级过流保护

需求： 反激电源输入220VAC，初级峰值电流最大5A，控制器UC3842的CS阈值1V。选用CT变比1:50，计算负载电阻：Rload = 1V / (5A/50) = 10Ω。选择WHPT-EE050-006（1:50，500μH，1000VAC）。实测在5A时输出0.5V（因实际变比可能有误差），调整Rload至20Ω后得到1V。注意：最大峰值电流时需确保CT不饱和，测试电流波形无畸变。

电路连接：CT一次侧串联在MOSFET源极与地之间（或变压器初级回路）。二次侧并联Rload，两端接UC3842的CS引脚和GND。同时并联一个1N4148二极管做钳位，防止负压损坏芯片。

五、PCB布局与设计要点

一次侧走线： 电流线应直接穿过CT中心孔，尽量不弯曲，减少漏磁。大电流时使用宽铜箔或铜排。

二次侧走线： 负载电阻紧贴CT引脚，走线尽量短，避免引入干扰。

接地： CT二次侧地应单独连接至控制器地，避免与大电流地共用。

避免二次侧开路： 务必确保负载电阻始终连接，否则会产生高压损坏CT或后级电路。

六、常见问题与调试技巧

问题：过流保护点不准，提前或滞后动作

检查负载电阻是否精确；确认CT变比是否与规格书一致（可实测校准）；测量CT是否饱和（观察二次侧波形削顶）。

问题：CS引脚噪声大，误触发

在Rload两端并联100pF~1nF电容滤波；增加RC滤波（如1kΩ+470pF）至CS引脚。

问题：CT发热严重

一次侧电流有效值是否超过CT额定值；二次侧负载电阻是否过大导致饱和；减小Rload或换用更大尺寸CT。

结语：