剩余电流检测(RCD)和接地阻抗监测变压器及控制方法技术

用于变压器(200)的系统、设备和方法包括：第一驱动绕组(206)，缠绕在第一芯(202)上；第二驱动绕组(208)，缠绕在第二芯(204)上；感测绕组(210)，横跨第一芯和第二芯缠绕；以及补偿绕组(212)，横跨第一芯和第二芯缠绕；其中，一条或多条公用设施线路(214)穿过第一芯和第二芯的中间，一条或多条公用设施线路中的共模电流导致一个或多个脉冲出现在感测绕组上，调整补偿绕组上的电流，直到感测绕组上的一个或多个脉冲被抵消，并且一条或多条公用设施线路上的共模电流是补偿绕组上的经调整电流乘以补偿绕组和感测绕组之间的匝数比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】剩余电流检测(RCD)和接地阻抗监测变压器及控制方法相关申请的交叉引用本申请要求享有于2016年6月6日提交的美国临时专利申请No.62/346,287的优先权和权益，其内容为了所有目的通过引用的方式并入本文。
实施例总体上涉及用于安全充电的系统、方法和设备，具体而言，涉及剩余电流检测(RCD)和接地监测中断器(GMI)。
技术介绍
剩余电流检测(RCD)和接地监测中断器(GMI)是电动车辆安全充电的基本功能。如果充电电路中出现接地的传导路径，则RCD负责中断AC电源。例如，触摸电动车辆(EV)的带电部件的人可以导致接地的传导路径。GMI确保EV充电器和公用设施之间的接地连接连续且低阻抗。如果接地连接不连续或具有高阻抗，则GMI会中断到EV的AC电源。高阻抗或开路接地连接可能导致EV底盘上出现危险的高压。用于检测剩余漏电流的传统方法依赖于电流变压器，该电流变压器可以对AC漏电流敏感，但是如果存在DC漏电流则可能饱和并且不能操作。EV和太阳能装置可能包含危险的高DC电压，其可能导致出现DC漏电流。
技术实现思路
示例性设备实施例可以包括变压器，该变压器包括：第一驱动绕组，缠绕在第一芯上，其中，第一驱动绕组可以用第一高频方波电流驱动；第二驱动绕组，缠绕在第二芯上，其中，第二驱动绕组可以用第二高频方波电流驱动，并且其中，第二高频方波电流可以具有与第一高频方波电流相反的极性；感测绕组，横跨第一芯和第二芯缠绕；以及补偿绕组，横跨第一芯和第二芯缠绕；其中，一条或多条公用设施线路穿过第一芯和第二芯的中间，其中，一条或多条公用设施线路中的共模电流导致一个或多个脉冲出现在感测绕组上，其中，调整补偿绕组上的电流直到感测绕组上的一个或多个脉冲被抵消，并且其中，一条或多条公用设施线路上的共模电流是补偿绕组上的经调整电流乘以补偿绕组和感测绕组之间的匝数比。在另外的设备实施例中，如果在一条或多条公用设施线路上不存在共模电流，则通过感测绕组的净通量可以为零。第一芯的饱和通量密度可以基本上等于第二芯的饱和通量密度。第一芯的饱和通量密度可以在第二芯的饱和通量密度的10％以内。第一芯可以具有比第二芯低的饱和通量密度，并且第一驱动绕组可以用比第二驱动绕组更小的电流驱动，使得第一芯与第二芯基本上同时饱和。第一驱动绕组可以将高频信号施加到一条或多条公用设施线路，并且第二驱动绕组可以测量所导致的电流的幅度，其中，所导致的电流的幅度可以与接地回路阻抗的倒数成比例。公用设施线路中的共模电流可以是以下中的至少一个：AC剩余漏电流和DC剩余漏电流。第一芯可以基本上平行于第二芯设置。示例性方法实施例可以包括：向缠绕在第一芯上的第一驱动绕组提供第一高频方波电流；向缠绕在第二芯上的第二驱动绕组提供第二高频方波电流，其中，第二高频方波电流可以具有与第一高频方波电流相反的极性；感测缠绕第一芯和第二芯的感测绕组上的一个或多个脉冲，其中，一个或多个脉冲可以通过穿过第一芯和第二芯的一条或多条公用设施线路上的共模电流来产生；调整缠绕第一芯和第二芯的补偿绕组的电流，以抵消感测绕组上的一个或多个脉冲；并且将一条或多条公用设施线路上的共模电流确定为补偿绕组上的电流乘以补偿绕组和感测绕组之间的匝数比。在另外的方法实施例中，第一芯的饱和通量密度可以基本上等于第二个芯的饱和通量密度。第一芯的饱和通量密度可以在第二芯的饱和通量密度的10％以内。第一芯可以具有比第二芯低的饱和通量密度，并且第一驱动绕组可以提供有比第二驱动绕组更小的电流，使得第一芯与第二芯基本上同时饱和。另外的方法实施例可以包括：通过第一采样和保持电路测量所感测的一个或多个脉冲的上升沿的一个或多个峰值；通过第二采样和保持电路测量所感测的一个或多个脉冲的下降沿的一个或多个峰值；确定上升沿的峰值的平均值与下降沿的峰值的平均值之间的量值差；并且基于所确定的量值差来调整以下中的至少一个：第一高频方波电流和第二高频方波电流，其中，经调整的电流可以补偿第一芯与第二芯之间的饱和通量密度的差。方法实施例还可以包括：由第一驱动绕组向一条或多条公用设施线路提供高频信号；并且测量由第二驱动绕组导致的电流的幅度，其中，所导致的电流的幅度可以与接地回路阻抗的倒数成比例。由第一驱动绕组驱动的高频信号可以流到公用设施地，通过地线流到电动车辆服务设备(EVSE)，流到EVSE的接地滤波电容器和电动车辆(EV)的接地滤波电容器，流到第二芯，并流到第一芯。如果公用设施地的电阻过高或开路，则第二芯不能测量到信号。公用设施线路中的共模电流可以是以下中的至少一个：AC剩余漏电流和DC剩余漏电流。示例性系统实施例可以包括：微控制器；变压器，包括：第一驱动绕组，缠绕在第一芯上，其中，第一驱动绕组可以由微控制器用第一高频方波电流驱动；第二驱动绕组，缠绕在第二芯上，其中，第二驱动绕组可以由微控制器用第二高频方波电流驱动，并且其中，第二高频方波电流可以具有与第一高频方波电流相反的极性；感测绕组，横跨第一芯和第二芯缠绕；以及补偿绕组，横跨第一芯和第二芯缠绕；一条或多条公用设施线路，其中，一条或多条公用设施线路可以穿过第一芯和第二芯的中间，其中，一条或多条公用设施线路中的共模电流可以导致一个或多个脉冲出现在感测绕组上，其中，可由微控制器调整补偿绕组上的电流直到感测绕组上的一个或多个脉冲被抵消，并且其中，一条或多条公用设施线路上的共模电流可以为补偿绕组上的经调整电流乘以补偿绕组和感测绕组之间的匝数比。另外的示例性系统实施例可以包括：电动车辆供电设备(EVSE)，其中，微控制器、变压器和一条或多条公用设施线路是EVSE的一部分；继电器，其中，继电器是EVSE的一部分；其中，微控制器可以确定共模电流是否超过设定阈值，其中，微控制器可以在超过所确定的设定阈值时向继电器发送信号以切断EVSE和公用设施之间的电力。第一驱动绕组可以将高频信号施加到一条或多条公用设施线路，其中，第二驱动绕组可以测量所导致的电流的幅度，其中，所导致的电流的幅度可以与接地回路阻抗的倒数成比例，其中，由第一驱动绕组驱动的高频信号可以流到公用设施地，通过地线流到EVSE，流到EVSE的接地滤波电容器和电动车辆(EV)的接地滤波电容器，流到第二芯，并流到第一芯。附图说明附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。在所有不同视图中，相似的附图标记表示相应的部件。实施例通过示例而非限制的方式在附图的图中示出，其中：图1示出了用于检测剩余漏电流的示例性变压器的电气图；图2示出了具有并排示出的两个芯的用于检测剩余漏电流的示例性变压器；图3示出了随着将示例性变压器的芯驱动进入和退出饱和状态的示例性感测绕组上的电压和示例性驱动绕组中的电流的曲线图；图4示出了用于示例性感测绕组的两个采样和保持电路；图5示出了一致驱动的变压器的两个匹配不良的芯的理想化B-H曲线；图6示出了用于一致驱动的变压器的两个匹配不良的芯的感测绕组上的驱动电流和电压的曲线图；图7示出了一致驱动的变压器的两个匹配良好的芯的B-H曲线；图8示出了存在DC漏电流情况下用于一致驱动的变压器的两个匹配良好的芯的感测绕组上的驱动电流和电压的曲线图；图9示出了用于利用单个驱动电流平衡变压器的两个芯的示例性电路；图10示出了示例性驱动绕组驱动器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器，包括：第一驱动绕组，其缠绕在第一芯上，其中，所述第一驱动绕组用第一高频方波电流驱动；第二驱动绕组，其缠绕在第二芯上，其中，所述第二驱动绕组用第二高频方波电流驱动，并且其中，所述第二高频方波电流具有与所述第一高频方波电流相反的极性；感测绕组，其横跨所述第一芯和第二芯缠绕；以及补偿绕组，其横跨所述第一芯和第二芯缠绕；其中，一条或多条公用设施线路穿过所述第一芯和第二芯的中间，其中，所述一条或多条公用设施线路中的共模电流导致一个或多个脉冲出现在所述感测绕组上，其中，调整所述补偿绕组上的电流，直到所述感测绕组上的一个或多个脉冲被抵消，并且其中，所述一条或多条公用设施线路上的共模电流是所述补偿绕组上的经调整电流乘以所述补偿绕组和所述感测绕组之间的匝数比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 US 62/346,2871.一种变压器，包括：第一驱动绕组，其缠绕在第一芯上，其中，所述第一驱动绕组用第一高频方波电流驱动；第二驱动绕组，其缠绕在第二芯上，其中，所述第二驱动绕组用第二高频方波电流驱动，并且其中，所述第二高频方波电流具有与所述第一高频方波电流相反的极性；感测绕组，其横跨所述第一芯和第二芯缠绕；以及补偿绕组，其横跨所述第一芯和第二芯缠绕；其中，一条或多条公用设施线路穿过所述第一芯和第二芯的中间，其中，所述一条或多条公用设施线路中的共模电流导致一个或多个脉冲出现在所述感测绕组上，其中，调整所述补偿绕组上的电流，直到所述感测绕组上的一个或多个脉冲被抵消，并且其中，所述一条或多条公用设施线路上的共模电流是所述补偿绕组上的经调整电流乘以所述补偿绕组和所述感测绕组之间的匝数比。2.根据权利要求1所述的变压器，其中，如果在所述一条或多条公用设施线路上不存在共模电流，则通过所述感测绕组的净通量为零。3.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第一芯的饱和通量密度基本上等于所述第二芯的饱和通量密度。4.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第一芯的饱和通量密度在所述第二芯的饱和通量密度的10％以内。5.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第一芯具有比所述第二芯低的饱和通量密度，并且其中，所述第一驱动绕组用比所述第二驱动绕组更小的电流驱动，使得所述第一芯与所述第二芯基本上同时饱和。6.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第一驱动绕组将高频信号施加到所述一条或多条公用设施线路，其中，所述第二驱动绕组测量所导致的电流的幅度，并且其中，所导致的电流的幅度与接地回路阻抗的倒数成比例。7.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述公用设施线路中的共模电流是以下中的至少一个：AC剩余漏电流和DC剩余漏电流。8.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述第一芯基本上平行于所述第二芯设置。9.一种方法，包括：向缠绕在第一芯上的第一驱动绕组提供第一高频方波电流；向缠绕在第二芯上的第二驱动绕组提供第二高频方波电流，其中，所述第二高频方波电流具有与所述第一高频方波电流相反的极性；感测缠绕所述第一芯和第二芯的感测绕组上的一个或多个脉冲，其中，所述一个或多个脉冲通过穿过所述第一芯和第二芯的一条或多条公用设施线路上的共模电流产生；调整缠绕所述第一芯和第二芯的补偿绕组的电流，以抵消所述感测绕组上的所述一个或多个脉冲；以及将所述一条或多条公用设施线路上的共模电流确定为所述补偿绕组上的电流乘以所述补偿绕组和所述感测绕组之间的匝数比。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一芯的饱和通量密度基本上等于所述第二芯的饱和通量密度。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一芯的饱和通量密度在所述第二芯的饱和通量密度的10％以内。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一芯具有比所述第二芯低的饱和通量密度，并且其中，所述第一驱动绕组提供有比所述第二驱动绕组更小的电流，使得所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·加布里埃尔松，A·J·弗拉克，S·伯曼，
申请(专利权)人：韦巴斯托充电系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US