CN108008173A - 交直流叠加测试装置 - Google Patents

Abstract

一种交直流叠加测试装置，具有交流和直流电源模块、第一和第二隔离模块以及电流感测模块。交流电源模块和第一隔离模块设置于交流回路上，交流电源模块提供交流源信号至待测物，第一隔离模块隔离直流源信号流入交流回路。直流电源模块和第二隔离模块设置于直流回路上，直流电源模块提供直流源信号至待测物，第二隔离模块隔离交流源信号流入直流回路。电流感测模块耦合于待测物的电流传输路径及直流回路，且与直流回路耦合的电流方向和与电流传输路径耦合的电流方向相反。电流感测模块依据电流传输路径上交流成分的电流，产生对应的感应信号。

Description

交直流叠加测试装置

技术领域

本发明涉及一种交直流叠加测试装置，特别涉及一种对待测物测试结果的直流成分进行抵补的交直流叠加测试装置。

背景技术

在实际应用中，当以高直流电对动力电池、高容量电解电容器或其他元件进行充电或放电时，动力电池、高容量电解电容器等元件会有瞬间的高频交流变化。电池制造或应用的厂商需要以一种兼具高直流电源及高频交流电源的测试装置，以在高直流电的环境下，量测动力电池、高容量电解电容器等元件产生的高频交流成份。

这种测试装置通常藉由电流感测器来量测元件产生的电流。然而，当元件产生的电流太大，大电流通过电流感测器的线圈时，线圈会发生饱和现象，从而使得电流感测器无法量测到元件产生的电流。又或者，当直流电流太大时，用以隔离交流信号的电感元件会发生饱和现象，降低了电感元件隔离交流信号的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交直流叠加测试装置，藉以减少现有技术中当大电流通过电流感测器的线圈时，电流感测器可能会发生饱和的问题。

本发明所揭露的一种交直流叠加测试装置，包括交流电源模块、直流电源模块、第一隔离模块、第二隔离模块以及电流感测模块。交流电源模块设置于交流回路上，提供交流源信号至待测物。直流电源模块设置于直流回路上，提供直流源信号至待测物。第一隔离模块设置于交流回路上，隔离直流源信号流入交流回路。第二隔离模块设置于直流回路上，隔离交流源信号流入直流回路。电流感测模块耦合于待测物的电流传输路径及直流回路。直流回路与电流感测模块耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块耦合的电流方向，使电流感测模块依据电流传输路径上交流成分的电流，产生对应的感应信号。

根据上述本发明所揭露的交直流叠加测试装置，藉由直流回路和电流传输路径分别与电流感测模块耦合的电流方向相反，直流回路上的电流抵补了电流传输路径上的电流，使电流感测模块感应到的直流成分减少，而依据电流传输路径上交流成分的电流，产生对应的感应信号，解决以高直流电对动力电池、高容量电解电容器等元件测试时，动力电池、高容量电解电容器等元件会产生大的直流电流，使电流感测器线圈饱和而无法量测到电流的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1根据本发明一实施例所绘示之交直流叠加测试装置的功能方框图；

图2根据本发明另一实施例所绘示之交直流叠加测试装置的电路示意图；

图3根据本发明再一实施例所绘示之交直流叠加测试装置的电路示意图。

其中，附图标记

1、3、5 交直流叠加测试装置

10、30、50 交流电源模块

11、31、51 直流电源模块

12、32、52 第一隔离模块

13、33、53 第二隔离模块

14、34、54 电流感测模块

141、341、541 感应线圈

15、35、55 电压感测模块

2、4、6 待测物

301 交流源

302 放大器

303 变压器

331 电感

332、533 电容

531 第一电感

532 第二电感

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1根据本发明一实施例所绘示的交直流叠加测试装置的功能方框图，如图1所示，交直流叠加测试装置1具有交流电源模块10、直流电源模块11、第一隔离模块12、第二隔离模块13、电流感测模块14以及电压感测模块15，其中交流电源模块10、第一隔离模块12与待测物2组成交流回路，亦即交流电源模块10和第一隔离模块12设置于交流回路上，交流电源模块10提供交流源信号至待测物2，第一隔离模块12隔离直流源信号流入交流回路。直流电源模块11、第二隔离模块13与待测物2组成直流回路，亦即直流电源模块11和第二隔离模块13设置于直流回路上，直流电源模块11提供直流源信号至待测物2，第二隔离模块13隔离交流源信号流入直流回路。

于一个实施例中，第一隔离模块12例如是电容，电容电性连接于交流电源模块10与待测物2之间。由于电容的阻抗和频率成反比，亦即当高频的电流流过电容时，电容的阻抗值几乎为0，电容可被视为短路。相反地，当低频的电流流过电容时，电容的阻抗值相当大，电容可被视为断路。故，以电容做为第一隔离模块12时，第一隔离模块12可以隔绝直流源信号流入交流回路，避免直流源信号干扰交流电源模块10。

于一个实施例中，第二隔离模块13例如是电感，当直流源信号通过电感时，电感可视为一个导线，让直流源信号通过。当交流源信号流过电感时，交流源信号其中一个电流方向使电感产生的磁场惯性，会让电感在交流源信号切换另一个电流方向时，试图维持原电流方向，而阻隔了交流源信号另一个方向的电流，因此，以电感做为第二隔离模块13时，第二隔离模块13可以隔绝交流源信号流入直流回路，避免交流源信号干扰直流电源模块11。

电流感测模块14耦合于待测物2的电流传输路径及直流回路上。更具体来说，直流电源模块11输出直流源信号的路径会通过电流感测模块14的感应线圈141以后，再传输至第二隔离模块13和待测物2。待测物2被提供直流源信号和交流源信号的电流传输路径亦会通过电流感测模块14的感应线圈141。反观来说，当直流电源模块11输出直流源信号的路径没有经过电流感测模块14的感应线圈141时，电流感测模块14的感应线圈141会依据电流传输路径上的电流，产生感应电流，再依据感应电流的大小判断待测物2产生的电流大小。如此一来，当直流电源模块11提供大的直流源信号至待测物2时，电流传输路径上的电流也会很大，进而造成电流感测模块14的感应线圈141发生饱和现象。电流感测模块14无法检测电流传输路径上的电流，亦即无法检测电流传输路径上交流成分和直流成分的电流。

因此，于本实施例中，交直流叠加测试装置1的直流回路会通过电流感测模块14的感应线圈141，并且直流回路与电流感测模块14耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块14耦合的电流方向。相反的电流方向相互抵销，使得感应线圈341不会依据电流传输路径上直流成分的电流产生感应电流，进而不会因为直流成分的电流过大，造成感应线圈341饱和。换言之，交直流叠加测试装置1可以在直流电源模块11仍提供大的直流源信号至待测物2的状况下，使电流感测模块14检测到电流传输路径上交流成分的电流，进而依据电流传输路径上交流成分的电流，检测出待测物2的电流测试结果。本实施例不限制以其他检测方式来检测电流传输路径上直流成分的电流。

电压感测模块15电性连接于待测物2的两端，用以量测待测物2两端的电压差。换言之，待测物2被提供直流电源模块11的直流源信号和交流电源模块10的交流源信号，电压感测模块15可以检测到待测物2被提供直流源信号和交流源信号时的两端电压差，据以作为待测物2的电压测试结果。

于一个实施例中，电流感测模块14和电压感测模块15可以是同一个量测装置中的模块。举例来说，示波器可以电性连接感应线圈141，作为电流感测模块14，据以量测感应线圈141上的电流大小。示波器亦可以电性连接探棒，作为电压感测模块15，以探棒电性连接于待测物2的两端来量测待测物2两端的电压差值，但不以此为限。

接下来，请参照图2，图2根据本发明另一实施例所绘示的交直流叠加测试装置的电路示意图。如图2所示，交直流叠加测试装置3具有交流电源模块30、直流电源模块31、第一隔离模块32、第二隔离模块33、电流感测模块34以及电压感测模块35。交流电源模块30、第一隔离模块32与待测物4组成交流回路。交流电源模块30具有交流源301、放大器302以及变压器303。交流源301和放大器302电性连接于变压器303的初级侧，变压器303的次级侧电性连接于第一隔离模块32。交流源301提供交流源信号，并经过放大器302后，提供至变压器303。第一隔离模块32例如是电容，用以隔离直流源信号流入交流回路。于本实施例中，变压器303不限制初级侧和次级的极性方向相同或相反，此外，于所属技术领域具有通常知识者亦可以视实际的状况，取消设置放大器302，本实施例不予限制。

直流电源模块31、第二隔离模块33与待测物4组成直流回路。第二隔离模块33例如具有电感331和电容332，其中电感331电性连接于直流电源模块31和待测物4之间，且电容332与直流电源模块31并联。电感331和电容332组成LC滤波器，用以隔离交流源信号流入直流回路，避免交流源信号干扰直流电源模块31。

电流感测模块34耦合于待测物4的电流传输路径及直流回路上。也就是说，直流电源模块31与电感331之间的路径会通过电流感测模块34的感应线圈341，待测物4被提供直流源信号和交流源信号的电流传输路径亦会经过电流感测模块34的感应线圈341。在实务上，直流回路与电流感测模块34耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块耦合的电流方向。举例来说，待测物4电流传输路径上的电流方向向下，原本会使电流感测模块34的感应线圈341产生顺时针的感应电流，但由于直流回路也通过感测模块34的感应线圈341，且直流回路的电流方向向上，抵销了电流传输路径使感应线圈341产生的感应电流。因此，电流感测模块34的感应线圈341检测到的信号大部分为电流传输路径上交流成分的电流，进而依据电流传输路径上交流成分的电流，判断待测物4的测试结果。本实施例不限制以其他检测方式来检测电流传输路径上直流成分的电流。

换言之，直流回路与电流感测模块34耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块耦合的电流方向，使得感应线圈341不会因为电流传输路径上的大电流而饱和，而可以在待测物2被提供大直流源信号时，仍依据电流传输路径上交流成分的电流来检测待测物4。于本实施例中，第二隔离模块33具有电感331和电容332，但于其他实施例中，于所属技术领域具有通常知识者可以取消设置第二隔离模块33中的电容332，本实施例不予限制。

请参照图3，图3根据本发明再一实施例所绘示的交直流叠加测试装置的电路示意图。如图3所示，交直流叠加测试装置5具有交流电源模块50、直流电源模块51、第一隔离模块52、第二隔离模块53、电流感测模块54以及电压感测模块55，其中交流电源模块50、第一隔离模块52与待测物6组成交流回路，直流电源模块51、第二隔离模块53与待测物6组成直流回路。交流电源模块50、直流电源模块51、第一隔离模块52、电压感测模块55与前一个实施例大致上相同，不再加以赘述。

与前一个实施例不同的是，第二隔离模块53例如具有第一电感531、第二电感532和电容533，第一电感531电性连接于直流电源模块51的正极端和待测物6之间，第二电感532电性连接直流电源模块51的负极端和待测物6之间。电容533一端电性连接于直流电源模块51的正极端与第一电感531之间，另一端电性连接于待测物6与第二电感535之间。

于图示例中，第一电感531和第二电感532电流传递的方向相反，但经由第一电感531和第二电感532线圈缠绕方向的设计，使得当电流通过第一电感531和第二电感532时，第一电感的感应磁场方向和第二电感的感应磁场方向相同。于一个实施例中，第一电感531和第二电感532分别缠绕于一个环形铁芯的两侧，当电流通过第一电感531和第二电感532时，由于第一电感和第二电感产生的感应磁场方向相同，使得环形铁芯两侧的感应磁场方向相互抵消，避免当大直流源信号流入第一电感531和第二电感532时，第一电感531和第二电感532发生饱和的现象而降低了隔离交流源信号流入直流回路的能力。

电流感测模块54耦合于待测物6的电流传输路径及直流回路上。也就是说，直流电源模块51与电感551之间的路径会通过电流感测模块54的感应线圈541，待测物6被提供直流源信号和交流源信号的电流传输路径亦会经过电流感测模块54的感应线圈541。直流回路与电流感测模块54耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块耦合的电流方向。换言之，待测物6的电流传输路径上的电流原本会使电流感测模块54的感应线圈541产生感应电流，但由于直流回路也通过感测模块54的感应线圈541，且电流方向与电流传输路径上电流方向相反，进而抵销了电流传输路径使感应线圈541产生的感应电流。

因此，电流感测模块54的感应线圈541检测到的信号大部分为电流传输路径上交流成分的电流，进而依据电流传输路径上交流成分的电流，判断待测物6的测试结果。直流回路与电流感测模块54耦合的电流方向相反于电流传输路径与电流感测模块54耦合的电流方向，使得感应线圈541不会因为电流传输路径上的大电流而饱和，而可以在待测物2被提供大直流源信号时，仍依据电流传输路径上交流成分的电流来检测待测物6。本实施例不限制以其他检测方式来检测电流传输路径上直流成分的电流。

综合以上所述，本发明实施例提供一种交直流叠加测试装置，此交直流叠加测试装置藉由让直流回路也通过电流感测模块的感应线圈，并与电流传输路径的电流方向相反，藉以抵补电流传输路径上直流成分的电流使感应线圈产生的感应信号，使感应线圈感应到的直流成分减少，而大部分依据电流传输路径上交流成分的电流，产生对应的感应电流，以依据感应电流判断待测物的电流测试结果。交直流叠加测试装置解决对动力电池、高容量电解电容器等元件测试时，动力电池、高容量电解电容器等元件会产生大的直流电流，使电流感测器线圈饱和而无法量测到电流的问题。于另一个实施例中，第二隔离模块更可以两个极性相同的电感相互耦合，使电流通过第二隔离模块的两个电感时，电感产生的感应磁场可以互相抵消，同样地避免大直流电流使电感发生饱和而降低隔离能力的问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种交直流叠加测试装置，其特征在于，包括：

一交流电源模块，设置于一交流回路上，提供一交流源信号至一待测物；

一直流电源模块，设置于一直流回路上，提供一直流源信号至该待测物；

一第一隔离模块，设置于该交流回路上，隔离该直流源信号流入该交流回路；

一第二隔离模块，设置于该直流回路上，隔离该交流源信号流入该直流回路；以及

一电流感测模块，耦合于该待测物的一电流传输路径及该直流回路，该直流回路与该电流感测模块耦合的电流方向相反于该电流传输路径与该电流感测模块耦合的电流方向，使该电流感测模块依据该电流传输路径上交流成分的电流，产生对应的感应信号。

2.根据权利要求1所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该第一隔离模块包括一第一电容，该第一电容电性连接于该待测物与该交流电源模块之间。

3.根据权利要求2所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该交流电源模块包括一交流源及一变压器，该交流源电性连接于该变压器的初级测，该变压器的次级侧电性连接于该第一电容。

4.根据权利要求1所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该第二隔离模块包括一第一电感，该第一电感电性连接于该待测物与该直流电源模块之间。

5.根据权利要求4所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该第二隔离模块更包括一第二电容，该第二电容并联于该直流电源模块。

6.根据权利要求1所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该第二隔离模块包括一第一电感及一第二电感，该第一电感电性连接于该直流电源模块的正极端与该待测物之间，该第二电感电性连接于该待测物与该直流电源模块的负极端之间。

7.根据权利要求6所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，当电流通过该第一电感和该第二电感时，该第一电感的感应磁场方向和该第二电感感应磁场方向相同。

8.根据权利要求6所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，该第二隔离模块更包括一第二电容，该第二电容一端电性连接于该直流电源模块的正极端与该第一电感之间，另一端电性连接于该待测物与该第二电感之间。

9.根据权利要求1所述的交直流叠加测试装置，其特征在于，更包括一电压感测模块电性连接于该待测物的两端，用以量测该待测物两端的电压差。