磁耦合dc电流传感器的制造方法
【专利说明】磁耦合DC电流传感器
[0001]优先权主张
[0002]本申请案主张2014年I月24日申请的艾萨克?科恩(Isaac Cohen)的标题为《磁耦合DC电流传感器(MAGNETICALLY COUPLED DC CURRENT SENSOR)》的美国临时专利申请案61/931，373的优先权，所述临时专利申请案出于所揭示的所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本申请案涉及DC电流传感器。
【背景技术】
[0004]隔离DC电流传感器远程感测或测量DC电流。一些隔离DC电流传感器包含具有初级侧及次级侧的变压器或类似物。初级侧通常具有一匝或仅若干匝且用于使DC电流通过。流动通过初级侧的DC电流产生最终在次级侧中感应出电流的场，所述电流称为次级电流。测量在变压器的次级侧中产生的次级电流且提供所述次级电流作为指示DC电流或与DC电流成比例的输出。此类隔离DC电流传感器的益处之一为在产生经测量电流的电路与DC电流感测电路之间不存在物理连接。
【发明内容】
[0005]一种用于测量电流的方法包含使DC电流通过变压器的初级侧及使用AC电压驱动变压器的次级侧，其中变压器的次级侧中的电流达到稳定水平(plateau)。在稳定水平期间测量变压器的次级侧中的电流，其中经测量电流与DC电流成比例。
【附图说明】
[0006]图1为现有技术电流传感器的示意说明。
[0007]图2A为图1的驱动电压的实例的图表。
[0008]图2B为响应于驱动电压及DC电流的图1的电流传感器中的理想次级电流的实例的图表。
[0009]图2C为响应于驱动电压及DC电流的图1的电流传感器中的实际次级电流的实例的图表。
[0010]图3为包含产生驱动电压的动态电压供应的双芯电流传感器的实例的示意图。
[0011]图4为电流传感器的实例的详细示意图。
[0012]图5为具有单芯或变压器的电流传感器的实例的示意图。
[0013]图6为用于测量电流的方法的实例的流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1为现有技术电流传感器100的说明。电流传感器100包含两个芯，其个别地称为第一芯102及第二芯104。在理想情况中，芯102、104具有无限导磁率。然而，在实际应用中，芯102、104具有非常高的导磁率。载送DC电流Idc的导体108延伸通过芯102、104。如图1中展不，导体108在第一方向上延伸通过第一芯102且导体108在第二方向上延伸通过第二芯104。
[0015]以第一绕组110缠绕第一芯102且以第二绕组112缠绕第二芯104。出于说明目的，在图1中仅展示若干匝绕组110、112，然而，在大多数实例中，在每一芯上存在许多匝，例如数百或数千匝。绕组110、112串联连接，使得由第一绕组110中的DC电流Idc感应出的电流与在第二绕组112中感应出的电流相反。绕组110、112耦合或以其它方式连接到产生驱动电压Vd的电压供应114。此外，绕组110、112耦合到桥120。在图1的实例中，驱动电压Vd为如图表2A中展示的方波。在理想情形下，驱动电压V D具有50%的工作循序，使得驱动电压Vd在其循环的前半部期间具有第一极性且在所述循环的后半部期间具有相反极性。
[0016]次级电流13响应于驱动电压V D及DC电流Idc流动通过绕组110、112。在理想情形下，次级电流Is在正峰值电流IP+及负峰值电流I P-的值处达到峰值，IP+及I P-均具有I dc/n的振幅,其中N为绕组102、104中的每一者中的匝数比。在图1的实例中，导体108延伸通过芯102、104，所以匝数比N为绕组110及112上的匝数。通过桥120整流次级电流13且通过电流测量装置122测量次级电流Is。在图2B的理想情形中，经整流次级电流Is将为完美DC电流，其中平均值等于DC电流ID。除以绕组110、112中的匝数。
[0017]在真实条件下，芯102、104的导磁率不是无限的，泄漏电感存在且绕组110、112具有电阻。因而，次级电流Is不恒定遵循DC电流IDC。非真实情形下的次级电流1满实例由图2C的图表展示。如图2C中展示，次级电流Is的波形是实质上梯形的而非如在图2B的理想情形中是方形的。图2C的梯形波形在与图2B的次级电流Is相同的正峰值电流IP+及负峰值电流Ip-处具有稳定水平126及128。如果对图2C的梯形波形进行整流，那么所得波形将不为纯DC电流且其将不等于Idc/N。因此，基于经整流次级电流13的所得电流测量将不是正确的。
[0018]当前电流传感器的实例实施例在稳定水平126、128中的一者或两者处取样或以其它方式测量次级电流Is。通过为测量定时以与稳定水平126、128中的一者或两者一致，在次级电流Is已达到稳定水平的稳定水平周期％期间实现测量。在一些实例实施例中，测量的定时与驱动电压Vd的频率相关，使得测量在稳定水平周期15期间发生。在其它实例实施例中，在稳定水平126、128期间监视次级电流Is且在达到稳定水平126、128时进行测量。举例来说，监视器(未展示)可监视次级电流Is且在次级电流I 3的衍生物(derivative)为零或实质上改变时(这指示稳定水平126、128)产生执行测量的指令。在其它情况中，监视器可在没有变化的周期(这指示稳定水平)期间监视次级电流Is。上文描述的监视稳定水平126、128的方法可适用于本文中描述的所有电流传感器实施例。
[0019]常规电流传感器中的驱动电压Vd是静态的，这表示驱动电压Vd的频率及振幅是恒定的。在此类情形中，当DC电流ID。较大时，次级电流可能达不到稳定水平。举例来说，次级电流13可呈没有稳定水平的梯形波的形式或其峰值可能达不到值I dc/N。在驱动电压Vd较高以便使源自高DC电流ID。的高次级电流I s能够达到稳定水平的情形中，传感器100可能由于在DC电流ID。为低时产生过多的稳定水平周期tp而使用过多能量。举例来说，驱动电压Vd的静态振幅可保持高，这产生长稳定水平周期t p，其可比执行测量所必需的稳定水平周期长。产生长稳定水平周期％的问题是:驱动电压Vd始终保持高，这消耗过多的功率。本文中描述的电流传感器包含动态驱动电压，其克服静态驱动电压所存在的上述问题。
[0020]图3为包含动态电压供应302 (其产生驱动电压Vd)的双芯电流传感器300的实例的示意图。双芯传感器300使得能够在不考虑DC电流ID。的方向的情况下测量DC电流IDCo在一些实例中，电压供应302响应于次级电流15而改变或调制驱动电压Vd的振幅。在其它实例中，电压供应302响应于次级电流18而调制或改变驱动电压V D的频率。在另外其它实例中，电压供应302响应于次级电流18而调制驱动电压V D的振幅及频率。
[0021]电流传感器300测量DC电流IDC，DC电流Idc在图3中说明为跨越双芯变压器Tl的初级侧306 (或简称为“初级306”)而耦合。实际上，DC电流1%通常为在导体中流动的DC电流，其中所述导体耦合到产生DC电流Idc的电路。图3中的变压器Tl描述为单个装置。然而，在其它实施例中，变压器Tl为双装置，例如具有图1的两个芯102、104的装置。因此，初级侧306可为穿过如图1中展示的两个芯的导体。
[0022]变压器Tl的次级308耦合到电压供应302的输出310，其输出驱动电压VD。驱动电压VD为方波，其在图3的实例中具有如图2A的图表展示的50%工作循环。次级308耦合到测量次级电流13的电流测量装置314。电流传感器314产生指示与DC电流IDC成比例的次级电流Is的输出信号。在一些实例中，电流测量装置314的输出信号为电压，且在其它实例中，输出信号为数字信号或电流。在下文描述的一些实例中，电流测量装置314包含在稳定水平周期tp期间测量次级电流I s的取样及保持电路或其它电路。
[0023]将由电流测量装置314测量的次级电流Is的值反馈到电压供应302，电压供应302响应于次级电流18而产生驱动电压VD。在一些实例中，电压供应302产生将稳定水平峰值tp(图2)维持在预定限制内的驱动电压VD。举例来说，当DC