一种非线性电流取样组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电流取样组件，特别是一种用于晶闸管开关控制的非线性电流取样组件，属于电力电子电路技术领域。
【背景技术】
[0002]晶闸管在高电压大电流的应用中具有优势，然而，它承受过电压、过电流的能力很差，并且晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100安的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。
[0003]晶闸管属于半控型器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，虽然GTO的门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，但其控制电路复杂，同样会降低系统的可靠性。对于普通的晶闸管，一经触发导通后，必须等到流过晶闸管的电流过零时自然关断，因此，为了有效地控制晶闸管，就必须精准地测量流过晶闸管的电流。对于无触点电磁调压系统，只有准确地检测到用于切换变压器绕组的晶闸管的电流零点信号，准确地给出晶闸管的触发信号，才能保证系统动态调压的高性能与高可靠性。只有对通过变压器相关绕组的电流进行非线性取样，既提高瞬时小电流信号时的分辨率，又保证大电流信号时取样元件上的电压降较低，并且达到足够小的信号延时，才能保证在宽广的电流范围内系统具备优良的性能。
[0004]然而，目前对电流取样的元件基本都是分流电阻、电流互感器或霍尔元件，都是对电流进行线性取样，在小信号时分辨率低，难以满足一些特殊应用的需要，而且使用电流互感器对电流进行取样，存在较大的相移，因此不能准确地检测出电流零点。
[0005]目前，也有一些用于电流取样的专利技术，如专利CN201010133923.6提供的电流取样电路，是将取样电路并联在谐振电容上，靠分流电容与主电路电容的容值比例决定电流分配关系，优点是电流取样电路里只有很小的电流，可大大降低电流取样电路的功率损耗，并且可以选用小型的互感器实现大电流电路的检流，以降低成本和体积，但这只适用于谐振零电流开关电路的电流取样，不适用于晶闸管的电流取样。又如专利CN200810018517.8、CN201110268069.9，虽然有一些优点，但仍然是基于霍尔元件或电阻线性取样的原理，因而不能提高小电流信号时的分辨率，难以满足一些特殊应用场合的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种非线性电流取样组件，既能够提高瞬时小电流信号时的分辨率，又保证大电流信号时取样组件上的电压降较低，有效降低大电流时取样组件的功率损耗，并且取样信号的延时小。本发明主要用于满足一些特殊应用的需要，而不是为了精确地测量电流的大小。
[0007]本发明是这样实现的:一种非线性电流取样组件，其特征在于，包括:非线性组件
(I)、补偿元件(2)、电流信号处理单元(3)。其中:
[0008]非线性组件(I)与补偿元件(2)形成电气并联连接，并联后的两端与电流信号处理单元(3)形成电气连接；
[0009]非线性组件(I)与补偿元件(2)形成电气并联连接后，在电气上串联接入被取样的电流支路(4)中。
[0010]所述的非线性组件(I)由反向并联的两组PNP型三极管V21、V22构成;三极管V21的基极与集电极及三极管V22的发射极相连接;三极管V22的基极与集电极及三极管V21的发射极相连接，形成三极管V21与V22反向并联连接，再与线性电阻R21并联连接。
[0011]本发明是按照上述构思使用上述主要部件构成的。其工作原理是:被取样电流通过非线性组件(I)时，在非线性组件(I)上形成电压信号，将此电压信号取出送给电流信号处理单元(3)。由于电流取样是按照非线性组件(I)的非线性电气特性取出的，因此既可以做到在瞬时小电流信号时有足够高的分辨率，又能保证大电流信号时取样元件上的电压降较低，从而有效降低大电流时取样组件的功率损耗，并且由于非线性组件自身的电容很小，因而取样电流的信号的延时是非常小的。为了使取样信号在小电流信号时具有一致性较好的电气特性，在非线性组件(I)的两端并联补偿元件(2)，而补偿元件(2)—般由线性元件构成。
[0012]本发明的优点及效果:
[0013](I)能够提高瞬时小电流信号时的分辨率；
[0014](2)在大电流信号时取样组件上的电压降较低，能有效降低大电流时取样组件的功率损耗；
[0015](3)能够提高微小电流信号时的抗干扰性能；
[0016](4)电流取样信号的延时小。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]图1是本发明的电路原理方框图。
[0019]图2是本发明的电流取样特性曲线。
[0020]图3是由PNP型三极管构成的非线性电流取样组件原理图。
[0021]图4是由NPN型三极管构成的非线性电流取样组件原理图。
[0022]图5是由二极管构成的非线性电流取样组件原理图。
[0023]图6是使用非线性电流取样组件的电子开关控制电路原理方框图。
[0024]图7是用于高强度气体放电灯的交流调压照明节能电源的电气主电路图。
【具体实施方式】
[0025]请参看图1，非线性组件(I)与补偿元件(2)形成电气并联连接，并联后的两端与电流信号处理单元(3)形成电气连接;非线性组件(I)与补偿元件(2)形成电气并联连接后，在电气上串联接入被取样的电流支路(4)中。被取样电流通过非线性组件(I)时，在非线性组件(I)上形成电压信号，将此电压信号取出送给电流信号处理单元(3)。由于电流取样是按照非线性组件(I)的非线性电气特性取出的，因此既可以做到在瞬时小电流信号时有足够高的分辨率，又能保证大电流信号时取样元件上的电压降较低，从而有效降低大电流时取样组件的功率损耗，并且由于非线性组件自身的电容很小，因而取样电流的信号的延时是非常小的。为了使取样信号在小电流信号时具有一致性较好的电气特性，在非线性组件(I)的两端并联补偿元件(2)，而补偿元件(2)—般由线性元件构成。
[0026]请参看图2，这是取样电流I通过非线性组件时的电压特性曲线，当取样电流I小于或等于Icr时，取样组件的输出电压V与电流成正比，斜率大小由补偿元件的线性电阻决定；当电流大于Icr时，取样组件的输出电压与电流按对数规律变化，因而在大电流取样时极大地降低了取样组件的输出电压，也就降低了大电流时取样组件的功率损耗，电流大于Icr时的输出电压主要由非线性组件的特性决定。
[0027]根据所需要的非线性特性，可以使用不同的非线性器件来实现非线性组件(1)，以下是几种实施例。
[0028]实施例1:
[0029]请参看图3，由PNP型三极管构成非线性电流取样组件。用于交流电流非线性取样时，非线性组件(I)由反向并联的两组PNP型三极管V21、V22构成，每组PNP型三极管的数量与支路电流的最大值及每只PNP型三极管的额定电流值有关。当被取样的支路电流较小时，V21、V22均可由I只PNP型三极管构成，而当被取样的支路电流较大时，V21、V22均需要使用多只PNP型三极管并联，每只PNP型三极管的基极与集电极连接在一起。当用于直流电流非线性取样时，非线性组件(I)只需要I组PNP型三极管V21或V22构成，此时使用PNP型三极管的原则是支路电流方向从PNP型三极管的发射极流向集电极。补偿元件(2)使用I只线性电阻R21，并联在非线性组件(I)的两端，由此取出的电压信号送给电流信号处理单元(3)。
[0030]三极管V21的基极与集电极及三极管V22的发射极相连接;三极管V22的基极与集电极及三极管V21的发射极相连接，形成三极管V21与V22反向并联连接，再与线性电阻R21并联连接。这种连接方式下，三极管V21和V22工作在临界饱和状态，经与线性电阻R21配合，既能提高瞬时小电流信号时的分辨率，又能提高微小电流信号时的抗干扰性能，还能有效降低交流电正负半波大电流信号在三极管V21和V22上的电压降，有效降低大电流时取样组件的功率损耗。
[0031]实施例2:
[0032]请参看图4，由NPN型三极管构成非线性电流取样组件。用于交流电流非线性取样时，非线性组件(I)由反向并联的两组NPN型三极管V31、V32构成，每组NPN型三极管的数量与支路电流的最大值及每只NPN型三极管的额定电流值有关。当被取样的支路电流较小时，V31、V32均可由I只NPN型三极管构成，