CN103969485A - 用于电流测量的紧凑分流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电流测量的紧凑分流器。导电带被堆叠、绝缘、折叠、并形成为提供低电阻、低电感分流器的几何形状，其中该几何形状能容易地实现冷却以减少因自加热效应引起的电阻的变化。一种这样的几何形状是通过将导电带缠绕成螺旋形来获得。另一几何形状是像波形的形状。两个几何形状都允许通过引导来自风扇的空气流穿过它们的表面部分来冷却。响应于分流器的测量温度或响应于通过分流器的电流的测量控制可变速度冷却风扇。借助响应于分流器的测量温度改变横过分流器的不同部分的空气流的量的差别冷却可被采用。

Description

用于电流测量的紧凑分流器

技术领域

本发明总体涉及用于测量电流的分流器，并且更具体地涉及适合在以高频率使用的低电阻分流器。

背景技术

本领域已知的分流器的示例是同轴分流器。如名称暗示的，同轴分流器包括两个同心的圆柱体，其中电流沿着内圆柱体流动并经由外圆柱体返回。这种结构提供了低电感，因为在空间中的同一位置两个电流几乎方向地流动。不过，同轴分流器表现出某些缺点。例如，它们生产相对昂贵。它们往往体积大，并且它们难以冷却。

第二个现有技术分流器是平坦分流器。平坦分流器包括长金属条，在一半处被折叠，薄绝缘层被放置在被折叠的部分之间。这种布置提供了低电感，但是它也是体积大并且甚至比同轴分流器更加难以冷却。

所需要的是一种用于电流测量的分流器布置，其表现出由电流引起的自加热产生的低电阻变化（例如，最小温度升高），和低电感以维持在宽频率范围上的平坦响应。

发明内容

根据本发明，导电条可被绝缘、折叠、并形成为提供低电阻、低电感分流器的几何形状，其中该几何形状的轮廓设计为能更容易地实现冷却措施以减少因自加热效应引起的电阻的变化。一种这样的几何形状是通过将导电条缠绕成螺旋形来获得。另一个这种几何形状是通过将导电条松散地折叠成类似波形的形状来获得。这两个几何形状都允许通过例如从风扇引导空气流横过每个形状的表面部分来冷却。本发明的另一实施例包括响应于分流器的测量温度使用可变速度冷却风扇。本发明的又一实施例是借助响应于分流器的测量温度改变横过分流器的各个部分的空气流的量的差别冷却。在本发明的又一分流器中，响应于对通过分流器的电流的测量控制可变速度风扇、或者可变空气流。

从下面对本发明的优选实施例的具体描述并参照附图能更容易地理解本发明的前述的和其它的目的、特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的三个导电条的平面图。

图2是根据本发明的实施例的分流器的构造中的一个步骤的侧视图。

图3是根据本发明的实施例的分流器的构造中的另一个步骤的侧视图。

图4是将图3的分流器构造缠绕成螺旋形几何形状的侧视图。

图5是图4的缠绕成螺旋形几何形状的实施例的透视图。

图6是将图3的分流器构造形成波形几何形状的侧视图。

图7A、7B和7C是本发明的分流器的冷却结构的三个实施例的框图。

具体实施方式

图1－3示出了根据如图4－6示出的本发明的分流器的各种实施例的构造中的初始步骤。

图1示出了Manganin?导电材料100、110、120的三个条。这种示例导电材料包括大约86％的铜、12％的锰和2％的镍。每个条约30mm宽、185mm长和0.1mm厚。条100和120由1.25英寸宽的Kapton?带条105、125在所述条的两侧都被绝缘，在每个端上留出了暴露的约5mm的裸金属。带条被居中地应用到所述条。

参照图2，导电条100、110、120被堆叠在一起，但是彼此之间纵向地逐步错开约1.5mm。该堆此后被用一圈12mm的Kapton带条230束缚在一起，该带条230位于距顶部条的一端约90mm。

图3示出了导电条100、110、120在Kapton带条230被应用处的中点处在2mm的杆335上被折叠的组装。为了清楚起见，Kapton带条230未在图3中示出，但是其应位于由点框330a围封的区域内。

此时，在一个实施例中，条可用手松散地缠绕，但是优选地在夹具中被松散地缠绕，成螺旋形状400，如图4中所示。所得到的螺旋形状具有圆柱形部分，该部分具有约21.5mm的主（即，水平）轴线402，和21mm的次（即，竖直）轴线404。包括圆柱形部分408和“腿”410、412的布置具有约31mm的整体高度406。图4的螺旋形布置具有两个端，440和440a。每一端440、440a包括导体100、110、120的相应的相对端。所有三个导体100、110、120现在在每个端440、440a被锡焊在一起。如上形成的分流器展示了9.375m?（毫欧姆）的电阻。优选地，螺旋形被松散地缠绕，使得空气能从圈之间流过。

图5示出了图4的螺旋形实施例的透视图。如上所述，该布置的整体高度406是约31mm。该布置的圆柱形部分的纵向轴线的长度414是约30mm（即，导电条100、110、120的宽度）。如上所述，导电条100、110、120的裸端在点450、450a处暴露并且被锡焊在一起并且能分别被联接到电路的输入/输出引线。预想的是，空气流将沿着圆柱体的长度414引导。

参照图6，这里认识到其它的几何形状也可被使用，例如图示的波形形式600，以维持一致的温度梯度。构造主要包括如上描述的步骤，并且因此这些步骤无需再被描述。与图5的实施例类似，导电条100、110、120的裸端在点640、640a处暴露并在每一端被锡焊在一起。此时，双堆叠被形成为所示的波形轮廓。

这些独特的实施例中的每一个提供了低电感的优点，因为电流在空间中的几乎同一位置流过和返回。所展示的低电感允许以相对更高的频率（即，若干MHz）操作。两者都采用紧凑构造。两者都易于通过对流流动或通过小风扇向螺旋形或波形之间吹空气来冷却。两个实施例都制造起来不昂贵同时提供了高性能。冷却容易是重要的，因为电路中的分流器可能经历100A的峰值电流和30ARMS的持续电流。优选地，分流器要被保持在低于60摄氏度（140华氏度）。

关于分流器的冷却以减少由于自加热的电阻变化，当对流在低电流水平下可能就足够时，使用冷却风扇可能是优选的。如所述，这两种几何形状都允许从风扇引导空气流穿过图7A、7B和7C中示出的每个形状的表面部分来冷却。本发明的另一实施例包括使用可变速度冷却风扇702。在本发明的一个实施例中，该风扇的速度由控制器704响应于分流器的测量温度706控制，例如微处理器等。本发明的又一实施例，在图7B中示出，采用了借助响应于分流器的测量温度差708改变移动横过分流器的各个部分的空气流的量的差别冷却。来自风扇712的空气流的这种改变可例如通过可移动的风扇百叶窗710实现，其中风扇百叶窗位置由微处理器714控制。在本发明的又一实施例中，在图7C中所示，可变速度风扇702，或者可变空气流（见710），响应于对通过分流器的电流的测量而被控制。也就是，在本文中认识到感测716流过分流器的电流的量可以是实际温度测量的有用的代用品，因为所产生的热是“I-R²”（电流-电阻）加热（加上周围温度效应）。因此，所产生的热与流过分流器的电流量相关。

虽然9.375m?的分流器在上面被描述，但是其它的电阻值可被使用，例如0.6?，并且这种其它的值被认为包括在本发明内。虽然前面的示例使用了三个导电条的堆叠，但是可以使用其它数量的多个层，例如2或4层。

已经描述并图示了本发明的优选实施例中的本发明原理，应理解，本发明在布置和细节上可被修改而不脱离这个原理。我们要求保护落入下面权利要求精神和范围内的全部改变和变化。

Claims (12)

1.一种用于电路中的低电感电分流器，包括：

多个细长的导电条，其被以交叠的关系堆叠以形成导电层叠；

在多个条中的至少一个上的绝缘层，使得被堆叠的导电条中的每一个都彼此电绝缘；以及

在细长的导电条中每一个上的暴露相对端；

堆叠的导电条在大约长度中点处被折叠成双堆叠；以及

导电条的双堆叠沿着长度尺寸外形设计独特，使得空气流能从导电条的双堆叠上穿过以实现冷却。

2.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中导电条的双堆叠外形设计为螺旋形。

3.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中导电条的双堆叠外形设计为波形。

4.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中多个细长的导电条基本上是同样长度。

5.如权利要求4所述的低电感电分流器，其中多个细长的导电条在长度方向被定位成使得它们的端部在长度方向上逐渐错开。

6.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中多个细长的导电条的一端的暴露端部被联接在一起。

7.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中多个细长的导电条的相对端中每一个被联接到电路，使得电流流入相对端中的第一组，并流出相对端中的第二组，电流沿相反方向流过双堆叠以使通过分流器的电感呈中性。

8.如权利要求1所述的低电感电分流器，其中导电层堆包括第一、第二和第三导电阶梯。

9.如权利要求1所述的低电感电分流器，包括冷却风扇，用于引导空气流在外形设计独特的导电条的双堆叠上流过。

10.如权利要求9所述的低电感电分流器，包括邻近外形设计独特的导电条的双堆叠的温度传感器以检测其温度，以及联接到冷却风扇以响应于分流器的测量温度改变空气流的控制器。

11.如权利要求9所述的低电感电分流器，包括紧邻分流器的不同部分的两个温度传感器和用于响应于分流器的不同测量温度控制穿过分流器的不同部分的空气流的量的装置。

12.如权利要求9所述的低电感电分流器，包括联接到外形设计独特的导电条的双堆叠以检测流过分流器的电流量的电流传感器和联接到冷却风扇以响应于流过分流器的测量电流改变空气流的控制器。