CN106405211A - Pcb板大电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PCB板大电流检测装置，包括磁环、铜箔、PCB、霍尔元件、信号调理电路；磁环具有气隙；磁环通过气隙卡入PCB；铜箔位于磁环的环内；相互连接的霍尔元件、信号调理电路均设置在PCB上。本发明可直接检测PCB上电流走线的电流，具有体积小，无需断开PCB上电流走线的优点，不需要将PCB板上的电流线断开后再用铜排或者铜线穿过霍尔电流传感器连接PCB上的电流走线。

Description

PCB板大电流检测装置

技术领域

本发明涉及电流检测，具体地，涉及PCB板大电流检测装置。

背景技术

有源滤波器和静止无功发生器并联于电网中，相当于一个可控的无功和谐波电流源，其无功电流和谐波电流可以快速地跟随负荷无功电流和谐波电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率和谐波，对电网无功功率和谐波实现动态无功补偿，属于灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分。

有源滤波器和静止无功发生器都属于可控电流源，所以电流检测是其关键技术。目前其电流检测的方法都是通过市面各厂家生产的霍尔电流传感器来进行电流检测。采用霍尔电流传感器来检测，需要将PCB板上的电流线断开后再用铜排或者铜线穿过霍尔电流传感器连接PCB上的电流走线。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种PCB板大电流检测装置。

根据本发明提供的一种PCB板大电流检测装置，包括磁环、铜箔、PCB、霍尔元件、信号调理电路；

磁环具有气隙；

磁环通过气隙卡入PCB；

铜箔位于磁环的环内；

相互连接的霍尔元件、信号调理电路均设置在PCB上。

优选地，磁环卡入PCB的方向正对霍尔元件。

优选地，磁环与霍尔元件之间形成磁路结构。

优选地，PCB设置有缺口；

磁环卡在缺口内。

优选地，气隙的高度略大于PCB的厚度。

优选地，信号调理电路包括运算放大器U1-A、电阻R1、电容C1、电阻R4、电阻R3、运算放大器U1-B、电阻R2、电容C2、电阻R5；

运算放大器U1-A的同相端连接至霍尔元件输出端的正极，运算放大器U1-A的反相端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电阻R1的另一端、电容C1的另一端、运算放大器U1-A的输出端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为输出信号的正极，霍尔元件4输出端的负极连接至运算放大器U1-B的同相输入端，运算放大器U1-B的反相输入端与电阻R3的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端连接，运算放大器U1-B的输出端、电阻R2的另一端、电容C2的另一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端作为输出信号的负极。

优选地，电阻R1和电阻R2为相同的电阻，电容C1和电容C2为相同的电容，电阻R4和电阻R5为相同的电阻。

优选地，信号调理电路将霍尔元件输出的电压信号放大和滤波，产生能够被AD模数转化器采集的电压信号，其中，霍尔元件输出的电压信号Vh：

其中，k为霍尔元件输出的电压信号与磁环的气隙上的磁感应强度的比例，Ic为铜箔上流过电流的大小，μ0为空气的磁导率，le为气隙的长度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

现在有源滤波器和静止无功发生器的功率器件：IGBT、电解电容、功率电感。这几种器件的技术飞速发展，损耗越来越低，带动了有源滤波器和静止无功发生器的功率密度也越做越高。为了追求更高的功率密度，现在功率线都是在PCB上直接走线。本发明可直接检测PCB上电流走线的电流，具有体积小，无需断开PCB上电流走线的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的PCB板大电流检测装置的结构示意图。

图2为本发明中信号调理电路的结构示意图。

图3为本发明中气隙长度le的示意图。

图中：

1-PCB

2-铜箔

3-磁环

4-霍尔元件

5-信号调理电路

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的PCB板大电流检测装置包括：PCB1、PCB上的铜箔2、有气隙的磁环3、霍尔元件4和信号调理电路5。

PCB1是载体，铜箔2设置在PCB1上，磁环3是安装在PCB1的缺口上，霍尔元件4和信号调理电路5都是作为PCB1上的元件。

磁环3将铜箔2包含在环内，磁环3的气隙的高度要大于PCB1的厚度，且磁环3正对着霍尔元件4，霍尔元件4的输出连接信号调理电路5。

铜箔2被检测电流的通路，是放在磁环3的环内，当铜箔2上有电流流过时，磁环3会产生相应的磁场。如果铜箔2上流过的电流为Ic，磁环3的半径为r、气隙长度为le，则磁环3上磁场的感应强度B的公式为：

其中μe是磁环的磁导率，μ0是空气的磁导率，磁环如果采用非晶的材质则μe可达到μ0的80000倍，所以上面的公式中的值很小，可忽略不计。

其中，气隙长度，是指环中间空隙的长度，如图3所示，气隙长度le由磁环两端的平行相对面之间的距离决定。

磁环3上有气隙，气隙穿过PCB板1正对着霍尔元件4，即磁环3的气隙插入PCB1的缺口时是正对朝着霍尔元件4的移动方向插入的。

磁环3产生的磁场穿过霍尔元件4，霍尔元件4将磁场信号转变为弱电压信号。霍尔元件4输出的弱电压信号与磁环3的气隙上的磁感应强度成正比，如果其比例为k，则霍尔元件4输出电压Vh：

霍尔元件4的输出端连接信号调理电路5，信号调理电路5将霍尔元件4输出的弱电压信号放大和滤波，产生可被A/D采集的电压信号。

见图2，信号调理电路5中运算放大器U1-A的同相端连接至霍尔元件4输出端的正极，运算放大器U1-A的反相端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电阻R1的另一端、电容C1的另一端、运算放大器U1-A的输出端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为输出信号的正极，霍尔元件4输出端的负极连接至运算放大器U1-B的同相输入端，运算放大器U1-B的反相输入端与电阻R3的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端连接，运算放大器U1-B的输出端、电阻R2的另一端、电容C2的另一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端作为输出信号的负极。

其中电阻R1和电阻R2之间的值是完全一致的，电容C1和电容C2之间的值是完全一致的，电阻R4和电阻R5之间的值是完全一致的。这个电路输出的电压信号Vo+和Vo-之间的差值与Vh之间的关系为：

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种PCB板大电流检测装置，其特征在于，包括磁环、铜箔、PCB、霍尔元件、信号调理电路；

磁环具有气隙；

磁环通过气隙卡入PCB；

铜箔位于磁环的环内；

相互连接的霍尔元件、信号调理电路均设置在PCB上。

2.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，磁环卡入PCB的方向正对霍尔元件。

3.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，磁环与霍尔元件之间形成磁路结构。

4.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，PCB设置有缺口；

磁环卡在缺口内。

5.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，气隙的高度略大于PCB的厚度。

6.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，信号调理电路包括运算放大器U1-A、电阻R1、电容C1、电阻R4、电阻R3、运算放大器U1-B、电阻R2、电容C2、电阻R5；

运算放大器U1-A的同相端连接至霍尔元件输出端的正极，运算放大器U1-A的反相端、电阻R1的一端、电容C1的一端、电阻R3的一端连接，电阻R1的另一端、电容C1的另一端、运算放大器U1-A的输出端、电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为输出信号的正极，霍尔元件4输出端的负极连接至运算放大器U1-B的同相输入端，运算放大器U1-B的反相输入端与电阻R3的另一端、电阻R2的一端、电容C2的一端连接，运算放大器U1-B的输出端、电阻R2的另一端、电容C2的另一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端作为输出信号的负极。

7.根据权利要求6所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，电阻R1和电阻R2为相同的电阻，电容C1和电容C2为相同的电容，电阻R4和电阻R5为相同的电阻。

8.根据权利要求1所述的PCB板大电流检测装置，其特征在于，信号调理电路将霍尔元件输出的电压信号放大和滤波，产生能够被AD模数转化器采集的电压信号，其中，霍尔元件输出的电压信号Vh：

$Vh=\frac{k*Ic*\mathrm{\μ}0}{le}$

其中，k为霍尔元件输出的电压信号与磁环的气隙上的磁感应强度的比例，Ic为铜箔上流过电流的大小，μ0为空气的磁导率，le为气隙的长度。