专利名称：一种交直流无源漏电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子技术领域，它特别涉及电流传感器。
很多文章在探索如何提高互感器的精度问题，如贺景亮等在“高压技术”97年第1期介绍的“复合型小电流传感器的研究”，清华大学黄琦等人在“高电压技术年会论文集(99年)”刊登的“介质损耗电流传感器研究”；赵秀山等“在线监测用电流互感器研究”(刊登于清华大学学报1995年35期)。其基本原理是在磁环上绕初级线圈，初级线圈可以是一匝(被测电流直接从磁环中心穿过)，次级线圈匝数可自由选择，当被测电流I1通过磁环时，根据电磁耦合原理在次级线圈便产生感应电流I2，接上负载便可得到信号电压U2，其优点是简单、价低。他们的研究都在致力于提高和改进互感器的工艺和精度，但无论怎样改进电流互感器总离不开磁芯和线圈，就必然存在铁损和铜损，因而产生相角偏移是不可避免的。而且随机因素很大，很难计算和给予补偿。电流互感器只能检测音频电流，对直流和高频电流不适用。
2).国外电流传感器，如MAX471、MAX472和LINEAR TECHNOLOGY公司的LT1786/LT1787H，它是有八脚的集成电路，主要用于有源大电流检测，未检索到用于无源检测。
集成电路电流传感器，国外已有类似的产品，如美国MAX1M公司的MAX471和MAX472电流传感器。但它是有源电流传感器，其工作电源是直流3V～36V，MAX472的原理框图如图3所示。
发明内容
本实用新型的任务是提供一种交直流无源漏电流传感器，它可以用来检测高压电气设备的阻性电流，检测各种避雷器的漏电流。
本实用新型交直流高压漏电流传感器是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成(如
图1所示)，它们都是并联连接的，这四个单元电路，两端都有引出脚①和②、③和④、⑤和⑥、⑦和⑧；把①③⑤⑦连在一起通过导线接在外壳的接线端子A上；将②④⑥⑧接在一起并通过导线与外壳上的接线端子B相连，A、B两端组成本实用新型的输入端。
上面所述的大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器均采用现有产品。所述的传感器模块是由集成电路MAX472及工作电压获取电路组成，其工作原理如图2所示。传感器模块的组成和内部连接关系是取两个增益电阻RG1和RG2的一端分别接集成块MAX472的3脚和6脚，RG1和RG2的另一端分别接传感电阻Rsense的两端，Rsense的两端节点分别标著为A和F。F点再串接二极管的正端，二极管的负端E点接取样电阻RL，RL的另一端接B点。E点再接MAX472的7脚和滤波电容C1的正端，C1的负端接B、D点，也就是地端。MAX472的8脚是信号输出端，8脚接输出电阻Rout，Rout与电位器W串联后再接地B，A点和B点是输入端，C点和D点是信号输出端。
需要说明的是，本实用新型传感器模块中选用的是MAX472，它是美国MAXIM公司产品，MAX472可以用以下性能相近的产品代替MAX471、QVMAX4172、MAX4173T/F/H、QVMAX4373T/F/H、QVMAX4373、MAX4373、MAX4374、MAX4375及美国来特公司产品LT1787。
传感器模块工作过程是A点接在高压设备的末屏，B与D点接地(先把原来末屏的接地线断开)。集成电路MAX472所需要的工作电压VCC由被测漏电流I通过传感电阻Rsense经二极管D1和采样电阻RL流入地，交流电压通过二极管D1整流成脉动直流，再经电容C1滤波后变成直流作为有源器件MAX472的工作电压。正半周时电容C1充电、贮能，负半周时由电容C1的贮能作为集成电路的工作电压。由于采用了低压微功耗集成电路MAX472，只要直流3伏的电压就能正常工作。大电流敏感器(能承受6KA的雷击电流，能抑制强脉冲干扰，能抑制数百安培的脉冲电流)及限压电路，使传感器在任何大电流强干扰的情况下，传感器两端电压在安全电压36V以下，避免传感器损坏造成开路，引起设备损坏和人身伤害。
本实用新型用来检测交直流电流，所能跟踪的电流变化频率可达130KHz。可将被检测电流的变化线性放大，也可以通过外接输出电阻转换成输出端对地电压的变化，满量程输出电压视检测端高电位端的电压而定，一般不小于1.5V。
基本工作原理是被检测电流Isense流过微小的传感电阻Rsense，其阻值有内置35mΩ的(MAX471)也可以外接。检测电流通过传感电阻的电流为Isense，设某一时刻检测电流由A流向F，在Rsense上产生压降Vsense，运算放大器输出控制只能使晶体管Q1或Q2的一个导通，另一个截止，此时Q1导通，Q2截止，检测电流方向改变时，则Q2导通，Q1截止，如图3所示。又因为运放开环增益非常大，输入端电位差趋近于零。因此检测电流Isense流过Rsense产生的压降就等于输出电流Iout流过RG1的压降。即Iout×RG1＝Isense×RsenseIout=Isense×RsenseRG1]]>IoutIsense=RsenseRG1]]>如果Rsense＝35mΩ，增益电阻RG1＝RG2为70Ω，则IoutIsense=35×10-3Ω70Ω]]>=12000=500×10-6,]]>即输出电流比检测的传感电流缩小了2000倍。如果RG1、RG2、Rsense外接，那么检测电流的范围及灵敏度，就可以自由选取了。
需要说明的是，根据检测电流的大小、模块的结构是不同的，以适应50μA～±500mA大范围的检测。
本实用新型是利用漏电流这种潜在的能源，取其能量稍加变换和贮存，便可使有源器件正常工作，从而实现用微电子技术对交直流电流的无源检测。它具有以下特点1).将有源器件用于无源检测，因为有源器件用于无源检测，必须提供有源器件的工作电压，本实用新型通过利用被测漏电流本身潜在的能量，用工作电压采集电阻获得交流电压，再经整流滤波后得到稳定的有源器件工作电压，使有源器件用于无源检测得于实现，从而打破通过电流互感器进行检测的传统检测模式。如本实用新型用于高压设备漏电流检测时，我们利用了漏电流潜在的能量，转换成集成传感器的工作电压。其工作原理是在测高压设备漏电流时，把接地线断开，串接一个传感电阻Rsense和为取得工作电压的采样电阻RL，通常RL＞＞Rsense。高压通过高压设备(如耦合电容C)有漏电流Isense。此漏电流通过电阻产生的压降IsenseRsense作为检测信号源，IsenseRL再通过二极管D整流和电容滤波，不论正负半周都可得到稳定的电压作为MAX472的VCC电压。RL视检测电流范围而定，使VCC在3V～36V之间。
2).本实用新型适于高压设备漏电流检测。
新型电流检测传感器突破了传统的检测模式，采用集成微电子技术，在漏电流检测中既不要电源，又有放大功能、灵敏度、线性度、精度都有很大的提高。为漏电流无源检测开辟了新的途径。
附图及图面说明图1是本实用新型工作原理框图其中，Iout为输出电流，Iout=Isense×RsenseRG1,]]>A和B端为输入端，C和D端为输出端，R为电阻。图2是传感器模块结构图其中，D1为二极管，其正极为F点，负极为E点，RG1、RG2、Rsense，RL、Rout为电阻，Rout的阻值为1.5K，C1为电容。
MAX472的引脚分别为1脚SHDN，2脚N.C，3脚RGl，4脚GND，5脚SIGN，6脚RG2，7脚VCC，8脚OUT图3MAX472结构框图其中，A1，A2为运算放大器，Q1，Q2为三极管，1、3、4、5、6、7、8均为MAX472的管脚。图4是本实用新型实施例示意图其中，避雷器接于高压110KV～500KV上，原来末端是直接接地的，现把接地线断开，把传感器输入线接在末端与地之间，A和B是输入信号端，C和D是输出信号端。
在实施例中，大电流敏感器采用MYLl-18/3(陕西华星压敏器厂出品)，干扰抑制器TVS采用1.5KE6.8CA或15KP系列，过电压保护器采用IN4751，传感器模块采用集成电路MAX472。
如图3所示避雷器一端接高压(110KV～500KV)，另一端接地。将避雷器的接地线断开，把传感器接入。传感器检测出流过避雷器的电流信号，并从传感器的C和D端输出。
避雷器接于高压110KV～500KV上，原来末端是直接接地的，现把接地线断开，把传感器输入线接在末端与地之间，则传感器的输出端得到比例于漏电流Isense的检测信号Iout=Isense×RsenseRG1,]]>再经后面的绝缘参数在线传感器放大、计算机数据处理后，可以在显示屏上直接读出检测结果。
本实用新型在高压实验室作了模拟实验，直流高压加到150KV，最大电流到1mA，平均灵敏度达3.315V/mA。交流电压加至50KV，电流为1mA，平均灵敏度为1.7867V/mA，由于本传感器采用有源器件用于无源检测技术，信号得到放大，因此本传感器具有比较高的灵敏度和线性度。
权利要求1.一种交直流无源漏电流传感器，其特征是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成，它们都是并联连接的，大电流敏感器两端有引出脚①和②、瞬态脉冲干扰抑制器TVS两端有引出脚③和④、过电压保护器两端有引出脚⑤和⑥及传感器模块两端有引出脚⑦和⑧；把①③⑤⑦连在一起通过导线接在外壳的接线端子A上；将②④⑥⑧接在一起并通过导线与外壳上的接线端子B相连，A、B两端组成输入端所述的传感器模块的组成和连接关系是取两个增益电阻RG1和RG2的一端分别接MAX472的3脚和6脚，RG1和RG2的另一端分别接传感电阻Rsense的两端，Rsense的两端节点分别标著为A和F，F点再串接二极管的正端，二极管的负端E点接取样电阻RL，RL的另一端接B点；E点再接集成块MAX472的7脚和滤波电容C1的正端，C1的负端接B、D点，也就是地端；MAX472的8脚是信号输出端，8脚接输出电阻Rout，Rout与电位器W串联后再接地B，A点和B点是输入端，C点和D点是信号输出端。
2.根据权利要求1所述的一种交直流无源漏电流传感器，其特征是所述的传感器模块中的集成块MAX472可以用以下性能相近的集成块MAX471、QVMAX4172、MAX4173T/F/H、QVMAX4373T/F/H、QVMAX4373、MAX4373、MAX4374、MAX4375及美国来特公司产品LT1787产品代替。
专利摘要一种交直流高压漏电流传感器，它是由大电流敏感器、瞬态脉冲干扰抑制器TVS、过电压保护器及传感器模块组成，它们都是并联连接的，所述的传感器模块是由集成电路MAX472及工作电压获取电路组成，通过利用被测漏电流本身潜在的能量，用工作电压采集电阻获得交流电压，再经整流滤波后得到稳定的有源器件工作电压，使有源器件用于无源检测得于实现，从而打破通过电流互感器进行检测的传统检测模式。
文档编号G01R19/00GK2588378SQ02244919
公开日2003年11月26日 申请日期2002年11月27日 优先权日2002年11月27日
发明者杨谟华, 于奇, 王向展, 李竞春, 杜江锋, 唐林 申请人:电子科技大学