快速且不受电压漂移影响的Rogowski电流传感器制造技术

一种用于测量在导体(COND)中流动的电流(I)的电路(100)，包括：串联在一起的2xN个线圈(110至113)，N为大于或等于2的整数；和与所述2xN个线圈中每一个相关联的共模滤波元件(120至123)，每个滤波元件与相关联的线圈并联布置并且能够完成所述2xN个线圈的共模滤波，所述2

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】快速且不受电压漂移影响的Rogowski电流传感器


[0001]本专利技术涉及对导体中流动的电流进行测量，更具体地涉及通过罗哥夫斯基线圈(Rogowski)型装置测量高频电流。

技术介绍

[0002]要测量高频电流(通常超过10kHz)，可以使用依靠法拉第效应的光纤传感器。然而，这些传感器相对笨重，并且需要将要测量的电流在其中多次流动的导体包围起来。此外，它们不能测量小电流(几安培)。
[0003]还存在电流互感器类型的电流传感器，其能够确保测量装置和测量效果(the measurement)之间的电流分离。对于高频测量，需要具有高相对磁导率的芯，这使得它们对直流电敏感，直流电会使磁芯饱和，从而降低测量效果。这些传感器还很笨重，质量很重。
[0004]Rogowski型电流传感器还能够测量高频电流。这些传感器可以根据弱磁性或甚至非磁性空气或芯线圈中的电流产生的电压来确定导体中流动的电流值，产生的电压与电流的时间导数成正比。这种类型的传感器相对紧凑，并且由于线圈中没有磁芯，因此对电流的直接分量不敏感。这种传感器的温度精度取决于负载阻抗；传感器内阻的热漂移相对于负载阻抗不能太高。因此使用了高负载电阻，通常比传感器的内部电阻高100倍，这会导致传感器在高频下产生强烈谐振。在高电流变化速度的情况下，这会降低测量效果或使电子器件饱和。
[0005]此外，为了使自身免受导体电压的快速变化，使用静电屏蔽是不可取的，因为它会降低传感器的通带。
[0006]因此，需要一种适用于高频(通常超过10kHz)的紧凑型电流测量装置，即适用于快速换向(rapid commutation)时间(通常小于10μs)，同时不受电压、电流和温度漂移的快速变化的影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及一种用于测量导体中流动的电流的电路，包括：
[0008]串联在一起的2xN个线圈，N为大于或等于2的整数；和
[0009]与所述2xN个线圈中每一个相关联的共模滤波元件，每个滤波元件与相关联的线圈平行放置并且能够完成所述2xN个线圈的共模滤波，
[0010]所述2
×
N个线圈的芯，相对磁导率小于10，在所述2
×
N线圈中，N个线圈的缠绕方向与其他N个线圈的缠绕方向相反。
[0011]“线圈”是指由至少一个限定线圈内部空间的多匝绕组构成的环形偶极子。因此，线圈的内部空间是导体周围的测量空间，由线圈的多匝绕组限定的待测量电流在其中流动。
[0012]使用N大于或等于2的2xN个线圈，可以改善线圈的共模抑制，因为滤波元件与2xN绕组并联设置。事实上，在高频下，共模滤波元件是电容性的。因此，能够衰减2xN个线圈的
输出电流的共模电容(滤波元件的等效电容)等效于由一组并联的滤波元件形成的电容。而限制通带的差模电容等效于由一组串联的滤波元件形成的电容。如果单个滤波元件的电容记为C0，并且认为滤波元件相同，则共模电容为2xNxC0，差模电容为C0/(2xN)。因此，通过增加线圈的数量，可以增加共模电容以提高共模抑制，同时减少差模电容以避免限制通带。
[0013]使用一定数量的偶数线圈，其中一半线圈朝一个方向绕，另一半朝相反方向绕。这允许创建一个多极，其中有用的信号，即由于导体和线圈中流动的电流之间的磁耦合而产生的电动势，以差模出现；而寄生信号，即导体电位和线圈之间电容耦合产生的电压，以共模出现。由于线圈的芯是弱磁性的(相对磁导率小于10)，这还允许具有与包含2xN个绕组的Rogowski型线圈等效的电路。因此，可以以与Rogowski型线圈相同的方式确定在导体中流动的电流。通过将2xN个线圈的绕组放置在需要测量的导体周围，产生与线圈中所述电流的时间导数成比例的电压。通过在2xN个线圈的端子处恢复该电压，因此可以通过积分确定导体中的电流。
[0014]根据一个实施例，电路包括至少一个保护环，该保护环围绕2xN个线圈和滤波元件并且将滤波元件连接到电接地。
[0015]使用至少一个保护环可以提高共模抑制。通过围绕2xN个线圈和滤波元件，保护环将电路包围起来并确保对强场的保护(电磁兼容性保护，称为“EMC”保护)。由于专用于该目的的迹线，它还允许将滤波元件连接到电接地。
[0016]根据本专利技术的一个特定特征，滤波元件是三端电容器，例如那些采用技术开发的电容器。
[0017]技术电容器是陶瓷电容器，可以降低成本并提高滤波性能，因为这些电容器比传统电容器更紧凑、成本更低并且可以承受更高的频率。
[0018]根据本专利技术的另一特定特征，电路包括具有连接到2xN个线圈的屏蔽编织层的连接电缆。
[0019]使用保护环时，也可与连接电缆的屏蔽编织层连接。由于屏蔽编织层，电路对“EMC”扰动具有良好的抗扰性。
[0020]根据本专利技术的另一特定特征，连接电缆是屏蔽双绞线，其阻抗特性由并联放置的电阻器R加载，连接电缆位于并联电阻和由2xN个线圈和滤波元件组成的装置之间。
[0021]如果电阻器R较弱，即如果时间常数L/R的倒数小于待测电流的频率，L是一组2xN线圈的电感，则由于自积分效应，与导体中的电流成正比的电压会在该电阻器的端子处恢复。
[0022]根据一个实施例，电路还包括负载，该负载位于沿相同方向缠绕的N个线圈和沿相反方向缠绕的其他N个线圈之间。
[0023]该负载允许创建阻抗匹配，以消除超高频率的反射，从而确保尽管存在长距离传输线，但通带仍会增加。因此，测量电路的行为类似于传输线，允许长距离传输有用信号而不会产生差模变形，而由于高等效电容，共模扰动电流被滤波元件滤波。
[0024]根据本专利技术的特定特征，负载是小于或等于100欧姆，特别是小于或等于75欧姆，甚至更特别是小于或等于50欧姆的电阻器。
[0025]根据本专利技术的另一特定特征，2xN个线圈仅包括一层匝。这允许增加测量电路的通带。
[0026]根据一个实施例，电路包括积分器，其输入端连接到2xN个线圈。
[0027]积分器允许积分2xN个线圈的输出信号，尤其是由导体中的电流在线圈中产生的电压，以确定在所述导体中流动的电流。积分器的输入端连接到2xN个线圈，以完成对导体中流动电流的差分测量。
[0028]根据本专利技术的另一特定特征，积分器是运算放大器积分器组件。
[0029]根据本专利技术的另一特定特征，2xN个线圈和滤波元件存在于至少一个柔性支撑件上。
[0030]根据本专利技术的另一特定特征，2xN个线圈和滤波元件存在于至少一个印刷电路上。印刷电路对测量电路的大量线圈来说是一个特别合适的支撑。
[0031]本专利技术的另一个目的是一种包括根据本专利技术的电路的电流传感器。
[0032]根据本专利技术的特定特征，传感器包括导体，缠绕在导体周围的2xN线圈。这尤其允许测量在导电部件或介电组件或电路中流动的电流，而无需将该部件或组件或电路放置在2xN个线圈的绕组中，因为传感器的导体与该部件、组件或电路相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量在导体(COND)中流动的电流(I)的电路(100、200、300)，包括：串联在一起的2xN个线圈(110至113、210至213、310至317)，N为大于或等于2的整数；和与所述2xN个线圈中每一个相关联的共模滤波元件(120至123、220至223、320至327)，每个滤波元件与相关联的线圈并联布置并且能够完成所述2xN个线圈的共模滤波，所述2
×
N个线圈的芯(180)的相对磁导率小于10，在所述2
×
N线圈中，N个线圈的缠绕方向与其他N个线圈的缠绕方向相反。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述2
×
N个线圈仅包括一层匝。3.根据权利要求1或2所述的电路，包括至少一个保护环(230、331、332)，所述保护环围绕所述2xN个线圈和滤波元件，并且将所述滤波元件连...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱昂内尔，
申请(专利权)人：赛峰电气与电源公司，
类型：发明
国别省市：