CN103364616A - 一种反馈型磁隔离直流电流传感器 - Google Patents

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Abstract

由于传统结构中基于RL多谐振荡器的隔离电流检测电路精度低、检测范围小，本发明提出了一种反馈型磁隔离直流电流传感器，由多谐振荡器、反馈控制器、压控电流源、输出滤波等部分组成，能够大幅提高准确度和测量范围。本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器检测电路，采用桥式二极管结构提高输出电压方波的对称性，显著减小截距误差；利用压控电流源输出电流与被检测电流的磁场强度相消的原则进行电流检测，可以从原理上达到极高的检测精度；采用反馈结构，可以规避传统RL多谐振荡器这届测量方案中的比例误差和饱和误差，这是由于反馈结构下RL多谐振荡器用于测量抵消后剩余磁感应强度，剩余磁感应强度接近零。因此本发明的直流电流传感器精度较高、检测范围大。

Description

一种反馈型磁隔离直流电流传感器
技术领域
本发明涉及一种直流电流传感器，尤其涉及一种磁隔离的直流电流传感器。
背景技术
磁隔离的直流电流传感器可用于需要隔离型电流检测的多种开关电源中。它可以实时检测电路中的电流，且电流检测电路与被测电路完全电气隔离，比起光耦合隔离的电流检测电路有着工作温度范围大、寿命长等优点。
传统的电流传感器只能测量交流电流，当测直流电时只会得到脉冲信号。基于此提出的基于RL多谐振荡器模式的直流电流检测电路，如附图1所示：图中Comp为比较器，M为一个变压器，N2为被检测端绕组，N1为检测端绕组（图中省去了输出滤波电路）。
在传统的基于RL多谐振荡器的电流检测电路中，由于振荡器输出电平的不对称，磁材料的非理想特性，以及开环结构的固有缺陷，造成了检测结果的误差，包括截距误差、比例误差、非线性误差。诸多误差限制了该方案的检测精度和实际检测范围。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提出一种解决方案，提出了一种反馈型磁隔离直流电流传感器，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种反馈型磁隔离直流电流传感器，其特征在于，所述直流电流传感器包括：
多谐振荡器电路，包括比较器C1、运算放大器A1、变压器原边线圈N1以及与C1 、A1相连的电容电阻元件，用于进行开环电流检测；在所述原边线圈N1的接地端与地之间接一电阻Rsam，流经电阻Rsam的电流Isam产生的电压为Vsam；
反馈控制器电路，对Vsam比例积分和滤波后输出电压Vc；
压控电流源电路，经过所述反馈控制器电路输出电压Vc的闭环控制，其输出的电流在副边线圈N3上产生的磁场强度与被测电流Is在副边线圈N2上产生的磁场强度相消，使得原边线圈N1上的电压Vsam为零。
进一步地，所述直流电流传感器还包括：输出滤波电路，用于通过电阻采样所述压控电流源电路的输出电流，将其转换为输出电压。
进一步地，所述输出滤波电路还用于滤波及减小输出阻抗。
进一步地，所述多谐振荡器电路还包括一由二极管D1、D2、D3、D4和Dz组成的二极管桥式双向稳压电路，用于提高输出方波电压Vsq的电压对称性，减少截距误差。
进一步地，所述反馈控制器电路包括运算放大器A2以及与A2相连的电容电阻元件。
进一步地，所述压控电流源电路包括运算放大器A3以及与A3相连的电容电阻元件。
进一步地，所述输出滤波电路包括运算放大器A4以及与A4相连的电容电阻元件。
进一步地，所述传感器的磁芯由高导磁材料制成。
本发明的有益效果是：本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器检测电路，采用桥式二极管结构提高输出电压方波的对称性，显著减小截距误差；利用压控电流源输出电流与被检测电流的磁场强度相消的原则进行电流检测，可以从原理上达到极高的检测精度；采用反馈结构，可以规避传统RL多谐振荡器这届测量方案中的比例误差和饱和误差，这是由于反馈结构下RL多谐振荡器用于测量抵消后剩余磁感应强度，剩余磁感应强度接近零。因此本发明的直流电流传感器精度较高、检测范围大。
附图说明
图1是现有技术中基于RL多谐振荡器的电流检测电路；
图2是本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器电路图；
图3是本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器原理图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
传统结构中基于RL多谐振荡器的隔离电流检测电路，精度低、检测范围小，而本发明提出的反馈型磁隔离直流电流传感器能够大幅提高准确度和测量范围。如附图2所示，电路由多谐振荡器电路、反馈控制器电路、压控电流源电路、输出滤波电路等部分组成。
比较器C1、运算放大器A1、变压器绕组N1及相关元件组成了前文所述的传统RL多谐振荡器，输出电压为Vsam。其中D1～D4和Dz组成了二极管桥式双向稳压电路，可以提高输出方波电压Vsq的电压对称性，减少截距误差。
运算放大器A2和相关元件组成反馈控制器，为比例积分型控制，也起到对Vsam滤波的作用。
运算放大器A3和相关元件组成压控电流源，经过反馈控制，使其输出电流产生的磁场强度与被测电流Is产生的磁场强度相消，使Vsam输出电压为零。
运算放大器A4和相关元件组成输出电压放大滤波环节，通过电阻采样压控电流源输出电流，转为输出电压，并进行滤波及减小输出阻抗。
本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器原理如附图3所示。被测电流与通过N3/N2的比例放大后压控电流源产生的电流通过一个开环电流检测模块后得到一检测电压Vsam，Vsam通过闭环控制器模块的比例积分和滤波后得到一输出电压Vc，由电压Vc来控制压控电流源模块产生一电流Icom，而电流Icom通过N3/N2的比例放大后反馈给开环电流检测模块。当通过闭环控制后输出的压控电流源电流所产生的磁场与被测电流所产生的磁场相消时，将压控电流源电流通过输出滤波电路转换为电压，就可以得到被测电流Is的值。其中，开环电流检测模块指的是传统的基于RL多谐振荡器的电流传感器，加减号为磁路上磁场强度H的叠加。
本发明的有益效果是：本发明的反馈型磁隔离直流电流传感器检测电路，采用桥式二极管结构提高输出电压方波的对称性，显著减小截距误差；利用压控电流源输出电流与被检测电流的磁场强度相消的原则进行电流检测，可以从原理上达到极高的检测精度；采用反馈结构，可以规避传统RL多谐振荡器这届测量方案中的比例误差和饱和误差，这是由于反馈结构下RL多谐振荡器用于测量抵消后剩余磁感应强度，剩余磁感应强度接近零。因此本发明的直流电流传感器精度较高、检测范围大。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种反馈型磁隔离直流电流传感器，其特征在于，所述直流电流传感器包括：
多谐振荡器电路，包括比较器C1、运算放大器A1、变压器原边线圈N1以及与C1 、A1相连的电容电阻元件，用于进行开环电流检测；在所述原边线圈N1的接地端与地之间接一电阻Rsam，流经电阻Rsam的电流Isam产生的电压为Vsam；
反馈控制器电路，对Vsam比例积分和滤波后输出电压Vc；
压控电流源电路，经过所述反馈控制器电路输出电压Vc的闭环控制，其输出的电流在副边线圈N3上产生的磁场强度与被测电流Is在副边线圈N2上产生的磁场强度相消，使得原边线圈N1上的电压Vsam为零。
2.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，所述直流电流传感器还包括：输出滤波电路，用于通过电阻采样所述压控电流源电路的输出电流，将其转换为输出电压Vo。
3.根据权利要求2所述的直流电流传感器，其特征在于，所述输出滤波电路还用于滤波及减小输出阻抗。
4.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，所述多谐振荡器电路还包括一用于提高输出方波电压Vsq的电压对称性，减少截距误差的、由二极管D1、D2、D3、D4和Dz组成的二极管桥式双向稳压电路。
5.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，所述反馈控制器电路包括运算放大器A2以及与A2相连的电容电阻元件。
6.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，所述压控电流源电路包括运算放大器A3以及与A3相连的电容电阻元件。
7.根据权利要求2所述的直流电流传感器，其特征在于，所述输出滤波电路包括运算放大器A4以及与A4相连的电容电阻元件。
8.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，所述传感器的磁芯由高导磁材料制成。
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