芯耀
与非AI
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电流互感器（CT）在开关电源中用于检测原边电流，实现逐周期限流和过流保护。由于CT本质上是一个变压器，其磁芯受伏秒积（Volt-Second Product）限制。当伏秒积超过额定值时，磁芯饱和，次级电流失真，导致检测失效甚至开关管过流损坏。本文分析CT的伏秒积限制原理，给出防止饱和的设计方法。
一、伏秒积的定义与限制
变压器初级电压与导通时间的乘积称为伏秒积：V·s = Vp × t_on。对于CT，初级电压由被检测电流在励磁电感上产生：Vp = Lm × di/dt。伏秒积决定了磁通密度摆幅：ΔB = (Vp × t_on) / (Np × Ae)。当ΔB超过磁芯饱和磁通密度Bsat（通常0.3-0.4T）时，CT进入饱和。
二、饱和后的危害
次级电流畸变：饱和后励磁电感骤降，次级电流不再按匝比反映初级电流，出现尖峰或平顶。
检测误差：过流保护阈值偏移，可能误触发或不触发。
开关管应力增加：电流环失效，可能导致逐周期限流失效，开关管过流损坏。
三、防止饱和的设计方法
1. 增大磁芯截面积（Ae）
Ae与伏秒积允许值成正比。相同伏秒积下，Ae越大，ΔB越小。选型时优先选用Ae较大的磁芯（如EP10优于EP7）。
2. 降低次级负载电阻（Rs）
CT次级并联的采样电阻Rs影响磁芯复位电压。减小Rs可降低次级电压，从而降低反射到初级的电压，减少伏秒积。但Rs过小会导致检测信号幅度不足。通常取10-100Ω。
3. 增加初级匝数（Np）
虽然CT通常为1匝（导线直接穿过），但对于低电流应用可绕多匝。Np增加，初级电感Lm以Np²增大，同样di/dt下Vp降低，伏秒积减小。但Np增加会占用窗口面积。
4. 复位电路
在次级并联二极管或阻容网络，确保磁芯在每个开关周期后复位。复位电压应足够高，使磁通归零。
四、伏秒积的测量方法
直接法：用示波器测量CT初级电压（或次级电压折算）和导通时间，计算V·s。
间接法：测量次级电流波形，若出现平顶或异常尖峰，说明CT已饱和。
增量电感法：用LCR表测量CT初级电感，若电感量明显低于标称值，说明有剩磁或接近饱和。
五、选型计算示例
要求：检测反激电源原边峰值电流5A，开关频率100kHz，最大占空比0.45，初级1匝，次级匝数100，采样电阻10Ω。
次级峰值电压 V_sec = I_pri/N × Rs = 5/100 × 10 = 0.5V
反射到初级的电压 V_pri = V_sec × N = 0.5 × 100 = 50V（极高！）
伏秒积 = 50V × 4.5μs = 225μV·s
若磁芯Ae=10mm²，Bsat=0.3T，允许最大伏秒积 = Np × Ae × Bsat = 1 × 10×10⁻⁶ × 0.3 = 3μV·s，远小于225μV·s → 严重饱和！
解决方法：采样电阻改为1Ω → V_sec=0.05V，V_pri=5V，伏秒积=22.5μV·s，仍偏大。需增加Np或增大Ae。改用Np=10匝（导线绕10圈），伏秒积=2.25μV·s，符合要求。
六、Voohu电流互感器伏秒积参考值
| 型号 | 匝数比 | Ae(mm²) | Bsat(T) | 最大伏秒积(μV·s) | 推荐Rs(Ω) |
|---|---|---|---|---|---|
| WHPT-EP070-020 | 1:50 | 5.7 | 0.32 | 1.82 | 10-22 |
| WHPT-ER115-005 | 1:50 | 11.4 | 0.32 | 3.65 | 22-47 |
| WHPT-EP100-018 | 1:100 | 11.4 | 0.32 | 3.65 | 10-33 |
| WHPT-EF126-004 | 1:100 | 18 | 0.32 | 5.76 | 5-22 |
七、PCB布局注意事项
初级导线：应直接穿过CT中心孔，避免额外回路。
次级走线：至采样电阻的走线应尽量短，采用差分对降低噪声。
屏蔽：CT周围避免大电流功率回路，防止磁场耦合。
结语：电流互感器的伏秒积限制是设计中的关键约束。通过增大磁芯、降低采样电阻或增加初级匝数，可有效防止饱和。实际应用中应计算最坏工况下的伏秒积，并验证次级电流波形是否畸变。
