CN108445282A - 一种集成电流检测与电感功能的实现方法 - Google Patents

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陈家新
杨静
陈先如
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Abstract

本发明涉及一种集成电流检测与电感功能的实现方法，对磁环切割开口形成气隙，并对磁环部分位置绕制线圈，搭建等效磁阻模型进行计算，对磁环切割及线圈绕制进行优化，使通电时磁环内部磁密均匀分布，线圈通电形成电感；在气隙边缘处放置线性的霍尔传感器，此时穿过霍尔传感器的磁密大小在其线性度范围内，输入的电流与输出的电压即可形成一一对应的线性关系，检测输出电压值即可计算相应的输入电流。本发明能够实时的准确测量并获取电流值。

Description

一种集成电流检测与电感功能的实现方法
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，特别是涉及一种集成电流检测与电感功能的实现方法。
背景技术
一直以来，直流检测技术在现代电气设备的监控检修以及自动化领域都有着很广泛的应用。现在主流的电流传感器为霍尔原理电流传感器，霍尔原理电流传感器按原理可分为基于霍尔磁平衡原理(闭环电流传感器)和霍尔直测式(开环电流传感器)两种。开环电流传感器的原理：原边电流IP产生的磁通被高品质磁芯聚集在磁路中，霍尔元件固定在很小的气隙中，对磁通进行线性检测，霍尔器件输出的霍尔电压经过特殊电路处理后，副边输出与原边波形一致的跟随输出电压，此电压能够精确反映原边电流的变化。磁平衡式电流传感器也叫霍尔闭环电流传感器，也称补偿式传感器，即主回路被测电流IP在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
目前市场上的电流检测环的缺点主要体现在：①没有充分使用磁环材料，体积大，形成一定的浪费；②容易发生磁饱和，造成磁饱和的原因是通电磁环上通过的磁通量是有限的，当超过这个限值就会发生磁饱和，磁饱和的产生对于电流检测是很不利的；③气隙中形成的磁密易超出霍尔传感器的线性范围，造成测量的不准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种集成电流检测与电感功能的实现方法，能够实时的准确测量并获取电流值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种集成电流检测与电感功能的实现方法，对磁环切割开口形成气隙，并对磁环部分位置绕制线圈，搭建等效磁阻模型进行计算，对磁环切割及线圈绕制进行优化，使通电时磁环内部磁密均匀分布，线圈通电形成电感；在气隙边缘处放置线性的霍尔传感器，此时穿过霍尔传感器的磁密大小在其线性度范围内，输入的电流与输出的电压即可形成一一对应的线性关系，检测输出电压值即可计算相应的输入电流。
所述在气隙边缘处放置的霍尔传感器与磁环开口的两端口平行。
所述对磁环切割及线圈绕制进行优化具体是指通过等效磁阻的模型对磁环内部及气隙中磁密进行计算，优化线圈匝数和磁环铁芯材料。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明既可形成电感又实现了电流的检测，充分体现了电感与电流检测方法的集成，且电感的切割形成尺寸相对较大的气隙避免产生磁饱和，电感的形成对于电流的检测具有一定的平波作用。气隙边缘间形成的磁力线也较为平整且磁密大小在其霍尔传感器线性度范围内，为霍尔传感器的使用提供了非常有利的条件。
附图说明
图1是磁环电感的平面结构图；
图2是磁环电感的立体结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种集成电流检测与电感功能的实现方法，对磁环切割开口形成气隙，并对磁环部分位置绕制线圈，搭建等效磁阻模型进行计算，对磁环切割及线圈绕制进行优化，使通电时磁环内部磁密均匀分布，线圈通电形成电感；在气隙边缘处放置线性的霍尔传感器，此时穿过霍尔传感器的磁密大小在其线性度范围内，输入的电流与输出的电压即可形成一一对应的线性关系，检测输出电压值即可计算相应的输入电流。
本实施方式中，将磁环绕制一定匝数的线圈，直接对绕制的线圈进行通电，便形成电感元器件。电感是电子电路中常用的元器件之一，主要作用可对交流信号进行隔离、滤波与电容器、电阻器等形成谐振电路。本实施方式中电感的形成对于电流的测量具有一定的平波作用。
对铁芯磁环进行切割形成气隙。由于磁环本身物理结构的限制，所通过的磁通量无法无限增大，容易产生磁饱和。电流检测时，如果检测的电流过大，磁感应强度将不会因电流的变化而变化，这时便产生了磁饱和，电流检测将无法进行。切割磁环的方法即为开隙的方法，本实施方式中的开隙具有抗磁饱和的作用。
对磁环电感进行切割不仅不会产生磁饱和，而且可做到磁环内部磁密均匀分布，使磁环材料充分使用。搭建其等效磁阻的模型，对磁环内部及气隙中磁密进行计算，实现对铁芯材料充分使用和线圈使用的进一步优化。
将霍尔传感器放置于气隙中的均匀处。本实施方式中霍尔传感器为线性霍尔传感器，而线性霍尔传感器的线性使用范围较小，气隙边缘中均匀的磁密较符合霍尔传感器的线性使用范围，气隙中产生的磁力线是均匀且较为平整的，也为霍尔传感器的使用提供有利条件。此时便完成了电感与电流检测结构上的集成。线性霍尔传感器的输出电压与外加的磁场强度呈线性关系，在一定的磁场强度范围内具有较好的线性度。当对绕制线圈通电时，输入的电流与霍尔传感器输出的电压存在一定的线性关系，通过检测得出电压值便可得知需检测的电流值。
如图1和图2所示，采用通入120A电流，21匝线圈，实现其为输出电压5V，形成电感为12微亨。采用磁环铁芯并对将磁环切割长度一定长度气隙。搭建等效磁阻模型，通过对铁芯内部及气隙处磁密进行计算，对磁环切割和绕制线圈进一步优化，最终实现磁环内部及气隙中磁密均匀分布的效果。气隙中磁密均匀、磁力线平整，但其数值较大已超过线性霍尔传感器工作范围，所以将霍尔传感器A置于气隙边缘处，此处磁密均匀平整且磁密在霍尔传感器线性工作范围内。当检测电流时，霍尔传感器A受气隙边缘处磁场作用产生相对应的电压，根据霍尔传感器中电流与电压的线性对应关系得出电流值。此时完成电感与电流检测的集成。既形成电感可用于实际电路中使用，又完成了对电流的检测，有效地减小了体积、降低了成本。

Claims (3)

1.一种集成电流检测与电感功能的实现方法，其特征在于，对磁环切割开口形成气隙，并对磁环部分位置绕制线圈，搭建等效磁阻模型进行计算，对磁环切割及线圈绕制进行优化，使通电时磁环内部磁密均匀分布，线圈通电形成电感；在气隙边缘处放置线性的霍尔传感器，此时穿过霍尔传感器的磁密大小在其线性度范围内，输入的电流与输出的电压即可形成一一对应的线性关系，检测输出电压值即可计算相应的输入电流。
2.根据权利要求1所述的集成电流检测与电感功能的实现方法，其特征在于，所述在气隙边缘处放置的霍尔传感器与磁环开口的两端口平行。
3.根据权利要求1所述的集成电流检测与电感功能的实现方法，其特征在于，所述对磁环切割及线圈绕制进行优化具体是指通过等效磁阻的模型对磁环内部及气隙中磁密进行计算，优化线圈匝数和磁环铁芯材料。
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