专利名称：电流互感器及电流检测电路和检测方法
技术领域：
本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种电流互感器及电流检测电路和检测方法。
背景技术：
在电气技术领域，为实现对输出电流的控制和对功率器件的保护，需要对一些线路上的电流进行检测。常用的电流检测技术有电阻检测电流，电流互感器检测电流等。电阻检测电流的方法成本低，电路简单，响应快，但是在检测较大电流时，电阻的功率损耗很大。 因此在需要检测较大电流并且要求低损耗的情况下，通常采用电流互感器与电阻相结合检测电流的方式。传统的电流互感器结构如图1所示，一次绕组11和二次绕组12分别绕制在同一个磁芯上，一次绕组11被串入需要检测电流的回路(即待检测回路)，二次绕组12被串入检测信号的输出回路(即检测信号输出电路)，其中一次绕组11的匝数要远小于二次绕组 12的匝数。假设一次绕组11的匝数为Ni，二次绕组12的匝数为N2，并假设待检测回路的电流为II，检测信号输出电路的电流为12，则由公式imi = I2N2可知，检测信号输出电路的电流12和待检测回路的电流Il之比为m N2，通常由于N2远大于Ni，所以待检测回路的电流就被按比例缩小成一个小电流，从而可以方便的使用电阻来检测所述小电流而不会导致大的损耗。在实现上述电流互感器检测电流的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题电流互感器包括一次绕组、二次绕组以及磁芯等结构部件，因此会占用较大的印刷电路板PCB的布板面积，从而降低电气装置的功率密度。同时，将电流互感器串入大电流回路时会增加该大电流回路的分布电感，从而引起一些电压尖刺，同时带来电磁兼容性(EMC， Electro Magnetic Compatibility)干扰，影响该大电流回路上各元件的可靠工作。
发明内容
本发明的实施例提供一种电流互感器及电流检测电路和检测方法，以减小PCB的布板占用空间，同时降低分布电感。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案本发明实施例一方面提供了一种电流互感器，所述电流互感器包括空心的磁芯， 所述空心的磁芯用于套设待检测回路中需检测的载流导体；沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈，所述线圈引出有两个接入端，所述两个接入端用于电接入检测信号输出电路。本发明实施例另一方面还提供了一种电流检测电路，包括待检测回路、电流互感器和检测信号输出电路，所述电流互感器包括空心的磁芯，沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈，所述线圈引出有两个接入端，所述待检测回路中需检测的载流导体穿设在所述空心的磁芯中，所述检测信号输出电路与所述
3两个接入端对应电连接。本发明实施例又一方面还提供了一种利用上述电流检测电路的电流检测方法，所述方法包括将待检测回路中需检测的载流导体穿设在电流互感器的空心的磁芯中，并将检测信号输出电路的一端与电流互感器的两个接入端中的一个接入端电连接、检测信号输出电路的另一端与所述两个接入端中的另一个接入端电连接；测量检测信号输出电路上的电流；根据检测信号输出电路上的电流确定待检测回路中需检测的载流导体上的电流。本发明实施例提供的电流互感器及电流检测电路和检测方法，由于所述电流互感器包括空心的磁芯，可以将待检测回路中需检测的载流导体穿设在所述空心的磁芯中；此外，沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈， 所述线圈引出有两个接入端，所述两个接入端电接入检测信号输出电路，这样当所述载流导体中有电流通过时，能够在所述空心的磁芯中感应形成磁场，该感应形成的磁场又能够在所述线圈中产生感应电流，因此所述载流导体可以用作电流互感器中的一次绕组，所述线圈可以用作电流互感器中的二次绕组，这样通过测量获得与所述线圈电连接的检测信号输出电路中的电流，即可以确定待检测回路中需检测的载流导体中的电流。本发明的各实施例中，由于由待检测回路中需检测的载流导体充当一次绕组，因而不需要在所述电流互感器中制作专门的一次绕组，这样就不会占用较大的印刷电路板PCB的布板面积，从而提高了电气装置的功率密度。同时，将电流互感器串入待检测回路时也不会增加该待检测回路的分布电感，因此不会引起电压尖刺，并不会带来EMC干扰，而且不会影响该待检测回路上各元件的可靠工作。
图1为现有技术中电流互感器结构示意图； 图2为本发明实施例电流互感器结构示意图； 图3为本发明实施例待检测电流回路与电流互感器连接的示意如为本发明实施例一种电流检测电路示意图； 图4b为本发明实施例另一种电流检测电路示意图； 图fe为图如所示实施例中电流检测电路的一种详细示意图； 图恥为图如所示实施例中电流检测电路的另一种详细示意图； 图6为本发明实施例电流检测方法示意图。 附图标记
11-一次绕组 12-二次绕组 1-空心的磁芯 2-线圈 3- 一个接入端 4-另一个接入端5-载流导体 41-待检测回路42-电流互感器43-检测信号输出电路 431-检测电阻 432-电流表 433-电压表
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例中的电流互感器及电流检测电路和检测方法进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。如图2所示，为本发明电流互感器的一个具体实施例。本实施例中，所述电流互感器包括空心的磁芯1，所述空心的磁芯1用于套设待检测回路中需检测的载流导体(如图3 中的载流导体5)；沿着与所述空心的磁芯1的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯1的侧壁上绕制有线圈2，所述线圈2引出有两个接入端，该两个接入端包括一个接入端3和另一个接入端4，所述两个接入端3和4用于电接入检测信号输出电路。本发明实施例提供的电流互感器，由于所述电流互感器包括空心的磁芯1，可以将待检测回路中需检测的载流导体穿设在空心的磁芯1中；此外，沿着与所述空心的磁芯1的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯1的侧壁上绕制有线圈2，线圈2引出有两个接入端3 和4，该两个接入端电接入检测信号输出电路，这样当所述载流导体中有电流通过时，能够在空心的磁芯1中感应形成磁场，该感应形成的磁场又能够在线圈2中产生感应电流，因此所述载流导体可以用作电流互感器中的一次绕组，线圈2可以用作电流互感器中的二次绕组，这样通过测量获得与所述线圈电连接的检测信号输出电路中的电流，即可以确定待检测回路中需检测的载流导体中的电流。本发明的各实施例中，由于由待检测回路中需检测的载流导体充当一次绕组，因而不需要在所述电流互感器中制作专门的一次绕组，这样就不会占用较大的印刷电路板PCB的布板面积，从而提高了电气装置的功率密度。同时，将电流互感器串入待检测回路时也不会增加该待检测回路的分布电感，因此不会引起电压尖刺，并不会带来EMC干扰，而且不会影响该待检测回路上各元件的可靠工作。其中，在所述空心的磁芯1中套设有待检测回路中需检测的载流导体(如图3中的载流导体5)之后，空心的磁芯1能够以耦合的方式电接入待检测回路中。本实施例中， 如图3所示，所述待检测回路中的载流导体5穿设在所述空心磁芯1中，即所述待检测回路与磁芯1之间没有直接接触，但却存在电连接关系。当所述载流导体5中有电流通过时，能够在所述空心的磁芯1中感应形成磁场，所述感应形成的磁场又能够在所述线圈2中产生感应电流。此外线圈2引出有两个接入端3和4，该两个接入端3和4与检测信号输出电路相连接，所述检测信号输出电路中的电流即为线圈2中的感应电流。因此，虽然所述电流互感器本身的结构中没有设置作为一次绕组使用的线圈，但是穿设在空心的磁芯1中的载流导体5起到了电流互感器中一次绕组的作用。此时，该一次绕组的匝数与载流导体5在空心的磁芯1中的穿设方式有关，关于该一次绕组的匝数将在下面详细说明。其中假定所述电流互感器中一次绕组的匝数为Ni、一次绕组中的电流为 11(即待检测回路中的电流为II)，二次绕组的匝数为N2、二次绕组中的电流为12(即检测信号输出电路中的电流为12)，由电流互感器的原理可知imi = I2N2，因此所述检测信号输出电路中的电流与待检测回路中的电流之比为12 Il =Nl N2。通常情况下，由于 N2远大于Ni，所以待检测回路中的大电流Il被按比例缩小成检测信号输出电路中的一个小电流12，以降低损耗，方便对电流12的测量。特殊情况下，一次绕组的匝数可以为1，此时所述检测信号输出电路中的电流12与待检测回路中的电流Il之比可以为1 N2。本发明的实施例还提供了一种应用上述电流互感器的电流检测电路如图4 (包括图如和图4b)所示，所述电流检测电路包括待检测回路41、电流互感器42和检测信号输出电路43，电流互感器41包括空心的磁芯1，沿着与所述空心的磁芯1的中心轴(该中心轴如图如和图4b中的虚线所示)平行的方向在所述空心的磁芯1的侧壁上绕制有线圈2，线圈2引出有两个接入端，该两个接入端包括一个接入端3和另一个接入端4，待检测回路41 中需检测的载流导体5穿设在空心的磁芯1中，检测信号输出电路43与两个接入端3和4 对应电连接。本发明实施例提供的电流检测电路，由于所述电流互感器42包括空心的磁芯1， 可以将待检测回路41中需检测的载流导体5穿设在空心的磁芯1中；此外，沿着与所述空心的磁芯1的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯1的侧壁上绕制有线圈2，线圈2引出有两个接入端3和4，该两个接入端电接入检测信号输出电路43，这样当载流导体5中有电流通过时，能够在空心的磁芯1中感应形成磁场，该感应形成的磁场又能够在线圈2中产生感应电流，因此载流导体5可以用作电流互感器42的一次绕组，线圈2可以用作电流互感器 42中的二次绕组，这样通过测量获得与线圈2电连接的检测信号输出电路43中的电流，即可以确定待检测回路中需检测的载流导体中的电流。本发明的各实施例中，由于由待检测回路41中需检测的载流导体5充当一次绕组，因而不需要在电流互感器42中制作专门的一次绕组，这样就不会占用较大的印刷电路板PCB的布板面积，从而提高了电气装置的功率密度。同时，将电流互感器42串入待检测回路41时也不会增加该待检测回路41的分布电感，因此不会引起电压尖刺，并不会带来EMC干扰，而且不会影响该待检测回路41上各元件的可靠工作。由上面的描述可知，穿设在空心的磁芯1中的载流导体5可以作为电流互感器42 的一次绕组使用，而该一次绕组的匝数与载流导体5在空心的磁芯1中的穿设方式有关。其中，将载流导体5穿设在空心的磁芯1中包括多种穿设方式，例如参考图如所示，其中的一种穿设方式可以为将载流导体5的一端从所述空心的磁芯1的一端开口处伸入并直接从另一端开口处伸出；或者参考图4b所示，其中的另一种穿设方式可以为将所述载流导体5的一端从所述空心的磁芯1的一端开口处伸入、并从该一端开口处至另一端开口处缠绕所述空心的磁芯至少一圈后从该另一端开口处伸出。当将载流导体5的一端从空心的磁芯1的一端开口处伸入并直接从另一端开口处伸出时，此时一次绕组的匝数为1，检测信号输出电路43中的电流12与待检测回路41 中的电流Il之比为1 N2 ；当将载流导体5的一端从空心的磁芯1的一端开口处伸入、 并从该一端开口处至另一端开口处缠绕空心的磁芯1至少一圈后从该另一端开口处伸出时，载流导体5缠绕空心的磁芯的圈数再加1即为一次绕组的匝数。举例而言，当载流导体5从空心磁芯1的一端开口处伸入，并从该一端开口处至另一端开口处缠绕所述空心的磁芯N圈(如图4b中的1圈)后从该另一端开口处伸出，则一次绕组的匝数为N+1，例如图4b中一次绕组的匝数为2，检测信号输出电路43中的电流与待检测回路中的电流之比为 (N+1) N2。载流导体5包括导线或开关管管脚。当载流导体5为导线时，可以根据所需输出电路中的电流与待检测回路中的电流的比值来确定该导线在空心磁芯1中的穿设方式，若所述比值比较大，则所述导线在空心的磁芯1中缠绕的匝数要多一些，否则，若所述比值比较小，则所述导线在空心的磁芯1中缠绕的匝数要少一些。当载流导体5为开关管管脚时，将载流导体5穿设在空心的磁芯1中的方式具体可以为将空心的磁芯1套在该开关管的管脚上，此时在空心的磁芯1中所述开关管的管脚从空心的磁芯1的一端开口处伸入并直接从另一端开口处伸出，所以一次绕组匝数为1，检测信号输出电路43中的电流与待检测回路42中的电流之比为1 N2。可以采用霍尔传感器检测电流等多种方法来测量所述检测信号输出电路43中的电流，而且鉴于检测信号输出电路43中的电流比较小，所以可以优选地采用电阻检测电流法，电阻检测电流的成本低，电路简单，响应快，且此时检测信号输出电路43中的电流比较小，所以不会产生大的损耗。所述检测信号输出电路43可以包括以下至少两种电阻检测电路，第一种电阻检测电路包括串联连接的检测电阻和电流表，第二种电阻检测电路包括并联连接的检测电阻和电压表。如图fe所示，检测信号输出电路43包括串联连接的检测电阻431和电流表432， 检测电阻431与所述两个接入端中的一个接入端3连接，所述电流表432与所述两个接入端中的另一个接入端4连接。因此，当载流导体5穿设在空心的磁芯1中时，线圈2中产生感应电流，并且通过两个接入端3和4传输至检测信号输出电路43，此时电流表432上的显示值即为所述检测信号输出电路43中的电流值。另外，一般情况下，常见的电流互感器连接在交流电系统中，比如供电公司提供的50Hz交流电，所以此时所述电流表应为交流电流表，所述交流电流表上的显示值为所述检测信号输出电路中的电流有效值。如图恥所示，检测信号输出电路43包括并联连接的检测电阻431和电压表433， 检测电阻431的两端与所述两个接入端3和4 一一对应连接。因此，当载流导体5穿设在空心的磁芯1中时，线圈2中产生感应电流，并且通过两个接入端3和4传输至所述检测信号输出电路43，此时电压表433上的显示值即为所述检测电阻431两端的端电压，根据欧姆定律，用电压表433显示值除以检测电阻431的阻值即可以得到流过检测电阻431的电流值，也就是所述检测信号输出电路43中的电流值。如图6所示，本发明实施例还提供了一种利用上述电流检测电路的电流检测方法，包括S101，将待检测回路41中需检测的载流导体5穿设在电流互感器42的空心的磁芯1中，并将检测信号输出电路43的一端与电流互感器42的两个接入端中的一个接入端 3电连接、检测信号输出电路43的另一端与所述两个接入端中的另一个接入端4电连接；S102，测量检测信号输出电路43上的电流；S103，根据检测信号输出电路43上的电流确定待检测回路41中需检测的载流导体5上的电流。本发明实施例提供的电流检测方法，首先将所述待检测回路41中需检测的载流导体5穿设在电流互感器42的空心的磁芯1中，根据所需要的一次绕组和二次绕组匝数比，可以合理选择载流导体5在电流互感器42的空心的磁芯1中的穿设方式。并且将所述检测信号输出电路43与电流互感器42的两个接入端3和4对应连接，这样便完成了整个电流检测电路的电路连接。然后测量检测信号输出电路43上的电流，本发明实施例中，根据所述检测信号输出电路43上的电流表432或电压表433的读数即可直接得到或者通过欧姆定律换算得到所述信号输出回路43上的电流，即二次绕组中产生的感应电流。最后，由所述检测信号输出电路43上的电流即可向前推算出待检测回路41中需检测的载流导体 5上的电流。其中，步骤S103中，根据检测信号输出电路43上的电流确定待检测回路41中需检测的载流导体5上的电流具体为首先，确定接入检测信号输出电路43中的线圈2的匝数与接入待检测回路41中的载流导体匝数的比值；然后，确定检测信号输出电路43上的电流与所述比值的乘积即为待检测回路41 中需检测的载流导体5上的电流。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种电流互感器，其特征在于，包括空心的磁芯，所述空心的磁芯用于套设待检测回路中需检测的载流导体；沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈，所述线圈引出有两个接入端，所述两个接入端用于电接入检测信号输出电路。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，在所述空心的磁芯中套设有待检测回路中需检测的载流导体后，所述空心的磁芯以耦合的方式电接入所述待检测回路中。
3.一种电流检测电路，其特征在于，包括待检测回路、电流互感器和检测信号输出电路，所述电流互感器包括空心的磁芯，沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈，所述线圈引出有两个接入端，所述待检测回路中需检测的载流导体穿设在所述空心的磁芯中，所述检测信号输出电路与所述两个接入端对应电连接。
4.根据权利要求3所述的电流检测电路，其特征在于，所述载流导体的一端从所述空心的磁芯的一端开口处伸入并直接从另一端开口处伸出；或，所述载流导体的一端从所述空心的磁芯的一端开口处伸入、并从该一端开口处至另一端开口处缠绕所述空心的磁芯的侧壁至少一圈后从该另一端开口处伸出。
5.根据权利要求3或4所述的电流检测电路，其特征在于，所述载流导体包括导线或开关管管脚。
6.根据权利要求3或4所述的电流检测电路，其特征在于，所述检测信号输出电路包括串联连接的检测电阻和电流表，所述检测电阻与所述两个接入端中的一个接入端连接，所述电流表与所述两个接入端中的另一个接入端连接；或，所述检测信号输出电路包括并联连接的检测电阻和电压表，所述检测电阻的两端与所述两个接入端一一对应连接。
7.根据权利要求6所述的电流检测电路，其特征在于，所述电流表为交流电流表。
8.一种利用上述权利要求3-7中任一项所述的电流检测电路的电流检测方法，其特征在于，所述方法包括将待检测回路中需检测的载流导体穿设在电流互感器的空心的磁芯中，并将检测信号输出电路的一端与电流互感器的两个接入端中的一个接入端电连接、检测信号输出电路的另一端与所述两个接入端中的另一个接入端电连接； 测量检测信号输出电路上的电流；根据检测信号输出电路上的电流确定待检测回路中需检测的载流导体上的电流。
9.根据权利要求8所述的电流检测方法，其特征在于，所述根据检测信号输出电路上的电流确定待检测回路中需检测的载流导体上的电流包括确定接入检测信号输出电路中的线圈匝数与接入待检测回路中的载流导体匝数的比值；确定检测信号输出电路上的电流与所述比值的乘积为待检测回路中需检测的载流导体上的电流。
全文摘要
本发明公开了一种电流互感器及电流检测电路和检测方法，涉及电气技术领域，为减小印刷电路板PCB的布板占用空间，同时降低分布电感而发明。所述电流互感器包括空心的磁芯，所述空心的磁芯用于套设待检测回路中需检测的载流导体；沿着与所述空心的磁芯的中心轴平行的方向在所述空心的磁芯的侧壁上绕制有线圈，所述线圈引出有两个接入端，所述两个接入端用于电接入检测信号输出电。本发明用于电流检测。
文档编号G01R19/00GK102308348SQ201180001147
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者梁永涛 申请人:华为技术有限公司