电流互感器和电流检测电路的制作方法

本实用新型涉及电气测量领域，尤其涉及一种电流互感器和电流检测电路。

背景技术：

通过电磁感应原理，任何交变电流(电场)周围都会产生交变的磁场，而交变的磁场则可以产生另外一个交变的电场(电流)，通过感应产生的电流或电压可以测量通过这个电流互感器内部的电缆的电流大小。

在现有的电气回路当中，所使用的电流互感器均为单绕组模式，即使用一个导磁性能良好的磁芯外面缠绕一个导电绕组来感应生成一个与原边电流大小成正比的信号，测量这个信号的大小即可成比例地得到原始电流大小的方式。但是这个互感器存在着以下不足之处：

(1)当被测电流所产生的磁场超过电流互感器铁芯所承受的最大磁通量后进入饱和状态，导致该电流互感器输出电信号发生严重畸变，使得测量精度严重下降；为了保证电流互感器铁芯不至于进入磁饱和状态，就要相应地增加铁芯的截面积或者使用导磁能力更好的高成本材料来替代，增加了电流互感器的体积和制作成本。

(2)由于电流互感器铁芯内部磁场的非线性特性，导致现有电流互感器即使采用外围电路更换档位模式也很难在大动态范围内输出线性度很好的信号。譬如在最大电流10A的电气回路当中，当负载低于100mA甚至10mA时，输出信号就很难检测。为了检测到小电流，就不得不采用分流电阻模式来进行，但分流模式下又会产生其它的一些诸如安全、成本等方面的问题。

(3)由于现有电流互感器的技术限制，电流互感器的工作带宽的平坦度都比较差，要实现高带宽的电流互感器，譬如50Hz～500KHz的带宽范围，都需要增加铁芯的截面积或者更换成本更高的其他材质，譬如坡莫合金等，这大幅度地增加了成本。

(4)现有电流互感器通用性比较差，如果一个电气设备内部需要多种电流大小的互感器，譬如一个漏电保护器内部一般就需要一个总电流互感器和一个剩余电流互感器，选用多种参数的互感器就会增加器件数量和物料管理成本。

(5)由于原有的电流互感器输出信号是直接依赖于互感器磁芯感应，所以磁芯的感应能力和输出信号精度直接相关，而现有的磁芯材料的温度系数都在0.1％/K以上，超过磁芯的居里温度后，磁芯的导磁能力还会急剧下降数十倍甚至更多，所以现有使用电流互感器的电路要么牺牲精度、要么使用成本高昂的低温互感器、要么使用温度补偿电路或者在软件里面进行温度校正。

技术实现要素：

本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种电流互感器和电流检测电路来提高电流检测的线性度。

根据本实用新型一方面，提出一种电流互感器，电流互感器的二次绕组包括至少两根绕组线，其中每根绕组线的第一端焊接在一起作为电流互感器的公共端；在至少两根绕组线中，一根绕组线的第二端焊接在电流互感器的第一端子上，其它绕组线的第二端焊接在电流互感器的第二端子上。

进一步地，第一端子为信号端，第二端子为反馈端。

进一步地，至少两根绕组线相互绞结后缠绕在电流互感器的铁芯上。

进一步地，至少两根绕组线逐层缠绕在电流互感器的铁芯上。

进一步地，至少两根绕组线并行缠绕在电流互感器的铁芯上。

进一步地，至少两根绕组线在电流互感器上的缠绕方向相同。

进一步地，至少两根绕组线在电流互感器上缠绕的匝数相同或者不同。

进一步地，至少两根绕组线的材质相同或者不同。

进一步地，至少两根绕组线中包括两根绕组线。

根据本实用新型的另一方面，还提出一种电流检测电路，包括上述任一项的电流互感器。

与现有技术相比，本实用新型在电流互感器的二次侧包含多个绕组，并且多根绕组线的一端焊接在一起作为电流互感器的公共端，其中选择任意一根绕组线的另一端焊接在电流互感器的第一端子上，其余绕组线的另一端焊接在电流互感器的第二端子上。电流互感器二次侧采用多绕组之后，由于在电流互感器内部增加了一个或多个负反馈绕组，电流互感器内部的磁场维持在一个强度非常低的平衡状态，因此能够提高电流检测的线性度。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本实用新型，其中：

图1A为三根绕组线端子定义示意图。

图1B为本实用新型三绕组线一个实施例的焊接示意图

图2A为两根绕组线端子定义示意图

图2B为本实用新型双绕组线一个实施例的焊接示意图。

图3A为本实用新型双绕组线绞结缠绕的一个实施例的结构示意图。

图3B为本实用新型绕组线绞结后缠绕在电流互感器的铁芯上的一个实施例的结构示意图。

图4A为本实用新型绕组线逐层缠绕在电流互感器的铁芯上的一个实施例的结构示意图。

图4B为本实用新型绕组线逐层缠绕在电流互感器的铁芯上的一个实施例的剖面图。

图5为本实用新型绕组线并行缠绕在电流互感器的铁芯上的一个实施例的结构示意图。

图6A为本实用新型电流检测电路一个实施例的电路图。

图6B为本实用新型电流检测电路的另一个实施例的电路图。

图6C为本实用新型电流检测电路的另一个实施例的电路图。

图7为本实用新型电流互感器在一个电路应用中的电压与电流的线性度效果图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

电流互感器包括一次绕组、铁芯和二次绕组。在实用新型的实施例中，仅表示出铁芯和二次绕组。其中，在具体应用中也可以将铁芯更改为磁芯。

在一个实施例中，电流互感器的二次绕组包括至少两根绕组线，绕组线可以为导电电线，例如为漆包线。为了清楚说明绕组线如何焊接在电流互感器上，在一个实施例中以线段表示绕组线，但未表示出绕组线缠绕在铁芯上。图1A以3根绕组线为例，线头111、线头121和线头131表示绕组线的第一端，线头112、线头122和线头132表示绕组线的第二端。每根绕组线的第一端(线头111、线头121和线头131)焊接在一起作为电流互感器的公共端，如图1B所示，标号11为电流互感器的公共端。选择其中一根绕组线的第二端(如线头112)焊接在电流互感器的第一端子上，如图1B所示，标号12为电流互感器的第一端子。其它绕组线的第二端(如线头122、线头132)焊接在电流互感器的第二端子上，如图1B所示，标号13为电流互感器的第二端子。

图2A以2根绕组线为例，线头211和线头221表示绕组线的第一端，线头212、222表示绕组线的第二端。每根绕组线的第一端(线头211和线头221)焊接在一起作为电流互感器的公共端，如图2B所示，标号21为电流互感器的公共端。选择其中一根绕组线的第二端(如线头212)焊接在电流互感器的第一端子上，如图2B所示，标号22为电流互感器的第一端子。另一个绕组线的第二端(如线头222)焊接在电流互感器的第二端子上，如图2B所示，标号23为电流互感器的第二端子。

其中这两个端子可以特别指定也可以不特意指定为相应的信号端和反馈端，例如第一端子可以为信号端，第二端子可以为反馈端。

在该实施例中，在电流互感器的二次侧包含多个绕组，并且多根绕组线的一端焊接在一起作为电流互感器的公共端，其中选择任意一根绕组线的另一端焊接在电流互感器的第一端子上，其余绕组线的另一端焊接在电流互感器的第二端子上。电流互感器二次侧采用多绕组之后，由于在电流互感器内部增加了一个或多个负反馈绕组，电流互感器内部的磁场维持在一个强度非常低的平衡状态，因此能够提高电流检测的线性度。

另外，使用多绕组模式之后，电流互感器的输出信号主要由外围测量电路的运算放大器和外围电阻的比值来确定，而要提高外围电路的一致性(精度)则很简单。并且，由于输出的感应信号精度取决于外围电阻的比值，所以温度对于互感器的输出影响会很低。

在本实用新型的另一个实施例中，以双绕组为例，可以如图3A所示，将多根绕组线进行绞结缠绕，然后再如图3B所示将绕组线310缠绕在铁芯320上，其中，标号1为电流互感器的公共端，标号2为电流互感器的信号端，标号3为电流互感器的反馈端。

在该实施例中，将绕组线绞结在一起后再缠绕在铁芯上，能够减少电流互感器的外部干扰，在电性能上具有对称性，并且工艺简单，降低了生产难度。

图4A为本实用新型绕组缠绕在电流互感器铁芯上的一个实施例的结构示意图，绕组线410逐层缠绕在电流互感器的铁芯420上，其中非最外层的绕组线并未标识出。图4B为电流互感器二次侧的刨面图，即在铁芯上先缠绕一个绕组411，然后再缠绕另外一个绕组412。当然还可以在铁芯上缠绕第三层、第四层等等。图5为本实用新型绕组线并行缠绕在电流互感器的铁芯上的一个实施例的结构示意图，绕组线511和512并行缠绕在电流互感器的铁芯520上。其中，两个绕组线的一端焊接在电流互感器的公共端，两根绕组的另一端一个焊接在电流互感器的信号端，另一个焊接在电流互感器的反馈端。

图4A和图5中的两个绕组线可以同向缠绕在铁芯上。绕组线缠绕的匝数可以相同，也可以不同，两根绕组线的材质也可以相同或不同。

在上述实施例中，并行缠绕在电流互感器的铁芯上工艺简单方便，但在某些环形绕制机器不能进行多线并绕的情况下，可以将绕组线逐层缠绕后电流互感器的铁芯上。

另外，由于绕组线缠绕的匝数可以相同，也可以不同，两根绕组线的材质也可以相同或不同，因此该电流互感器可以作为不同变比的电流互感器。

本实用新型的电流互感器在电路的应用中，可以同向的穿入供电的进与出两根电缆，通过测量这两根电缆当中电流的电流差，即可以测出剩余电流(漏电电流)的大小。

图6A为本实用新型电流检测电路一个实施例的电路图。该电路中包括上述实施例中的电流互感器L400。在电流互感器L400中穿入单根电缆的情况下，在不带换挡控制的使用模式时，运算放大器会输出一个和电缆上的电流信号同相位的电压信号，通过调节反馈电阻R406，可以调节运算放大电路输出的放大倍数。然后，可以通过CPU进行简单运算，即可获得当前电缆中的电流值，能够达到较好的线性度。

图6B为本实用新型电流检测电路另一个实施例的电路图。电缆中电流很大时，如电流在十几安到几十安的情况下，因为运算放大器的输出能力有限，所以为了能适应电流大范围的波动，增加了档位切换功能，如电阻R401、R404和R405通过换挡开关S1、S2和S3可以对电路进行调节。如果电流的范围非常大，为了能更加细化电流的采集，可以更多增加的切换档位进行调整反馈，来调整运算放大器的输出。

图6C为本实用新型电流检测电路再一个实施例的电路图。可以将换挡开关换成高精度数字可控电阻R481，这样可以稳定的控制电路，并且可以在节省成本和空间的前提下采集电流信号。

在一个实施例中，本实用新型的电流互感器应用在电流测量时，获得的电压和电流数据对应的图形表如图7所示。其中线710表示运算放大器输出的电压有效值和电流的线性度为99.971％。线720表示运算放大器输出的电压峰峰值和电流的线性度为99.892％。

上图中可以看出，在电路中采用本实用新型的多绕组互感器之后，由于在电流互感器内部增加了一个或多个负反馈绕组之后，电流互感器内部的磁场维持在一个强度非常低的平衡状态，因此能够在电流检测时得到较高的线性度。

至此，已经详细描述了本实用新型。为了避免遮蔽本实用新型的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。