CN108831669A - 一种集成电感器以及漏电流保护装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种集成电感器以及漏电流保护装置，该集成电感器包括：环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，第二弧部包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等；漏电流检测线圈，绕设在第一弧部上，漏电流检测线圈用于检测漏电流；绕设在第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。通过上述方式，本申请能够有效地减少模块使用数量，节省工序，减少装配环节，提升生产效率。
Description
技术领域
本申请涉及电感元件技术领域，特别是涉及一种集成电感器以及漏电流保护装置。
背景技术
不含变压器(高频、低频)的非隔离式逆变器，因其在效率、体积、重量、成本上都有明显的优势，受到了国内外科研人们的重视和追捧。但是，由于没有了变压器结构，光伏系统和电网有了直接的电气连接，容易引起漏电流即共模电流的大幅增大，造成严重的安全隐患，同时，漏电流会造成电磁干扰，电网电流失真以及系统额外的损耗，故必须引入漏电流检测。现有技术中，光伏逆变器输出滤波电感和漏电流检测装置各自使用一个磁芯。
本申请的申请人在长期的研发过程中，发现现有技术中光伏逆变器上的电感器数量较多，制作工序复杂，装配环节繁琐，生产效率较低。同时，由于产品尺寸需求越来越小，在PCB板的结构和元器件数量的限制下，现有技术电感器的尺寸已经无法满足产品的需求。
申请内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种集成电感器及漏电流保护装置，能够有效地减少模块使用数量，节省工序，减少装配环节，提升生产效率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种集成电感器，该集成电感器包括：环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，第二弧部包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等；漏电流检测线圈，绕设在第一弧部上，漏电流检测线圈用于检测漏电流；绕设在第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。
其中，第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈的匝数相同。
其中，第一相线圈、第二相线圈与第三相线圈具有相同的缠绕方向。
其中，漏电流检测线圈、第一相线圈、第二相线圈与第三相线圈，铜线立式缠绕在环形磁芯上。
其中，环形磁芯的制备材料为非晶金属材料。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种漏电流保护装置，该装置包括：电源、集成电感器以及处理器，处理器分别连接集成电感器和电源，其中，该集成电感器包括：环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，第二弧部包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等；漏电流检测线圈，绕设在第一弧部上，漏电流检测线圈用于检测漏电流；绕设在第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。
其中，第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈的匝数相同。
其中，第一相线圈、第二相线圈与第三相线圈具有相同的缠绕方向。
其中，漏电流检测线圈、第一相线圈、第二相线圈与第三相线圈，铜线立式缠绕在环形磁芯上。
其中，环形磁芯的制备材料为非晶金属材料。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种集成电感器，该集成电感器包括：环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，第二弧部包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等；漏电流检测线圈，绕设在第一弧部上，漏电流检测线圈用于检测漏电流；绕设在第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。通过上述方式，本申请将输出滤波电感器和漏电流检测电感器集成在一个环形磁芯上，能够在一个环状环形磁芯上实现滤波和漏电流检测功能，从而减少电感器的数量，简化制作工序，减少装配环节，从而提高生产效率。同时，能够满足轻薄型产品的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请一种集成电感器一实施方式的结构示意图；
图2是本申请一种漏电流保护装置一实施方式的结构示意图；
图3是本申请一种漏电流保护装置另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
无隔离型光伏逆变器在提高整个系统的效率的同时，也带来了漏电流的问题。漏电流会造成电磁干扰，电网电流失真以及系统额外的损耗。为了减少漏电流带来的负面影响，就要把电路的漏电流限制在安全的范围内。在VDE0126-1-1，2006-02标准中，不同的漏电流大小需要在相应的时间内断开光伏逆变器和电网的连接；光伏逆变器功率器件工作在高频开关状态，产生非常高的dvdt，didt，对周围环境产生强烈的电磁干扰，在逆变器输出端需要使用EMC电感对开关噪声进行滤波。
现有技术中，光伏逆变器的输出滤波电感和漏电流检测装置各自使用一个磁芯。其中，漏电流保护装置主要由电流电压转换电路、信号处理电路以及绕线电感三部分构成。其中，用于检测漏电流的部分包括一个环形磁芯，磁芯上紧密缠绕若干细铜线，所有的电流母线从磁芯中穿过。而EMC滤波电路由差模滤波和共模滤波两部分组成。共模滤波由共模电感、Y电容组成。共模电感通常使用锰锌，镍锌铁氧体磁芯，绕制若干圈数铜线，形成共模电感。
由于现有技术中光伏逆变器上的电感器数量较多，导致制作工序复杂，装配环节繁琐，生产效率较低。同时，由于产品尺寸需求越来越小，在PCB板的结构和元器件数量的限制下，现有技术电感器的尺寸已经无法满足产品的需求。
针对上述现有技术的不足，本申请提供了一种集成电感器10，集成电感器10用于光伏逆变器的充电电路。参阅图1，图1是本申请一种集成电感器10一实施方式的结构示意图。该集成电感器10包括：环形磁芯11、漏电流检测线圈12和第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15。
其中，环形磁芯11包括第一弧部111和第二弧部112，第二弧部112包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等。漏电流检测线圈12绕设在第一弧部111上，漏电流检测线圈12用于检测漏电流。第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15绕设在第二弧部112上，其中第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。
具体地，集成电感器10用于检测漏电流并对干扰信号进行滤波，集成电感器10包括一个环形磁芯11，环形磁芯11可以由几百匝细铜线绕制；在环形磁芯11的第一弧部111上以形成漏电流检测线圈12。环形磁芯11的第二弧部112按三等分得到三个子弧部，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15分别多圈绕设在第二弧部112的三个子弧部上以形成共模电感，例如第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15分别可以绕设三圈、五圈或者十圈，在此不做限定。
其中，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15可为三相电源线，用于传输电流。因此，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15中也可能会产生漏电流，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15产生的漏电流和漏电流检测线圈12之间产生电磁耦合，从而使漏电流检测线圈12可以实现漏电流检测功能。
在第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15上没有产生漏电流时，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15上通过的电流矢量和等于零，因此，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15上通过的电流在环形磁芯11中产生磁通的矢量和等于零，此时，漏电流检测线圈12中没有感应到漏电流，光伏逆变器的充电电路保持正常供电。
在第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15上产生漏电流时，电流在环形磁芯11中产生磁通的矢量和不等于零，漏电流检测线圈12会检测出漏电流并产生漏电流信号；漏电流信号在经过电流电压变换电路后，输出电压测量信号，该电压测量信号再经过第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15形成的共模电感，滤除干扰信号后再输出。
通过上述方式，本申请将输出滤波电感器10和漏电流检测电感器10集成在一个环形磁芯11上，能够在一个环状环形磁芯11上实现滤波和漏电流检测功能，从而减少电感器10的数量，简化制作工序，减少装配环节，从而提高生产效率。同时，能够满足轻薄型产品的需求。
其中，第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15的匝数可以相同。
其中，第一相线圈13、第二相线圈14与第三相线圈15可以具有相同的缠绕方向。
漏电流检测线圈12可以与第一相线圈13、第二相线圈14、第三相线圈15具有相同的缠绕方向。
具体地，本申请提供的集成电感器10，环形磁芯11上第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15的匝数相同、相位相同且绕线方式相同，而且既可以是普通绕法，也可以是先进的扁平线立绕法。通过这样的设计允许电流以尽可能最小的电压降和尽可能最小的损耗从滤波器输入传输给滤波器输出，并避免相位偏差。
其中，漏电流检测线圈12与第一相线圈13、第二相线圈14和第三相线圈15可以均为铜线，铜线立式缠绕在环形磁芯11上。由于线圈采用立式缠绕，成扇形排列，因此，集成电感器10的散热性能好，温升低。
其中，环形磁芯11的制备材料可以为非晶金属材料。本实施方式使用非晶金属材料替代昂贵的坡莫合金磁芯，经济效益明显，降低生产成本。
本申请提供了一种漏电流保护装置20，漏电流保护装置20用于光伏逆变器的充电电路。参阅图2，图2是本申请一种漏电流保护装置20一实施方式的结构示意图。
该漏电流保护装置20包括：电源21、集成电感器22以及处理器23，处理器23分别连接集成电感器22、电源21，其中，该集成电感器22包括：环形磁芯221、漏电流检测线圈222和第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225。
其中，环形磁芯221包括第一弧部2211和第二弧部2212，第二弧部2212包括三个子弧部，每个子弧部的周长相等。漏电流检测线圈222绕设在第一弧部2211上，漏电流检测线圈222用于检测漏电流。第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225绕设在第二弧部2212上，其中第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225分别绕设在三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。
具体地，在第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225上产生漏电流时，漏电流检测线圈12会检测出漏电流并产生漏电流信号；漏电流信号在经过电流电压变换电路后，输出电压测量信号；该电压测量信号再经过第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225形成的共模电感，得到滤除干扰信号的电压测量信号。该电压测量信号输出给后级处理电路，经放大后输送给处理器23进行处理，当漏电流达到设定值时，处理器23控制机械结构切断电源21。其中，处理器23可以为数字信号处理器23(Digital Signal Processor，DSP)。
在其他实施方式中，在第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225上没有产生漏电流时，穿过环形磁芯221的所有电流矢量和为零，基于安培环路定理可知，此时环形磁芯221中不存在磁通量，漏电流检测装置20不输出电压。
在第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225上产生漏电流时，那么电流矢量和将不为零，同时，漏电流将导致环形磁芯221中出现可变磁通量，进一步地，该可变磁通量将导致集成电感器22的漏电流检测线圈222中出现感应电动势。处理器23可以对漏电流检测线圈222中出现的感应电动势进行处理和分析，如果分析结果显示当前的漏电流大于预先设定的阈值，则处理器23控制机械结构切断电源21，以执行保护功能。
通过上述方式，本申请将滤波电感器和漏电流检测电感器集成在一个环形磁芯上，能够在一个环状环形磁芯上实现滤波和漏电流检测功能，从而减少电感器的数量，简化制作工序，减少装配环节，从而提高生产效率。同时，简化了电路结构，节省了PCB板的空间，能够满足轻薄型产品的需求。
其中，第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225的匝数可以相同。
其中，第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225可以具有相同的缠绕方向。
其中，漏电流检测线圈222与第一相线圈223、第二相线圈224和第三相线圈225均为铜线，铜线立式缠绕在环形磁芯上。
其中，环形磁芯221的制备材料可以为非晶金属材料。
参阅图3，图3是本申请一种漏电流保护装置30另一实施方式的结构示意图。该漏电流保护装置30可以包括漏电流采样电路31和处理器32。
其中，漏电流采样电路31包括集成电感器311、振荡电路312和自检电路313。漏电流采样电路31负责漏电流的采样以及滤除杂讯和振荡频率干扰；处理器32对漏电流采样电路31的采样值的校正，以及与外部主控制器进行信号传递。集成电感器311包括环形磁芯、漏电流检测线圈和第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈。
振荡电路312与集成电感器311的环形磁芯相连接，给环形磁芯提供振荡环境。环形磁芯还与滤波电感相连接，环形磁芯检测到的漏电流经过滤波电感，滤除干扰信号，然后再传递给处理器32的模数转换器进行模数转换采样。
环形磁芯工作在振荡状态，用于检测光伏逆变器中的漏电流。振荡电路312使环形磁芯起振，用于避免环形磁芯不振荡而进入饱和状态，从而失去对光伏逆变器漏电流的检测功能。第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈形成的共模电感还用于滤除振荡电路312引起的电流增量，确保采样的精确和稳定。
自检电路313分别与处理器32和环形磁芯相连接，受处理器32的自检信号控制触发，自检电路313的工作会使环形磁芯感应出一个定额的电流值，经过滤波电感再反馈给处理器32。
自检电路313在处理器32的控制触发下，会使环形磁芯感应出一电流，然后反馈给处理器32，由此判断检测装置30是否能正常工作。
需要注意的是，上述实施方式中漏电流保护装置中的集成电感器的具体工作方式可以参考上述实施方式中的集成电感器，在此不做赘述。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种集成电感器，其特征在于，所述集成电感器包括：
环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，所述第二弧部包括三个子弧部，每个所述子弧部的周长相等；
漏电流检测线圈，绕设在所述第一弧部上，所述漏电流检测线圈用于检测漏电流；
绕设在所述第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中所述第一相线圈、所述第二相线圈和所述第三相线圈分别绕设在所述三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波。
2.根据权利要求1所述的集成电感器，其特征在于，所述第一相线圈、所述第二相线圈和所述第三相线圈的匝数相同。
3.根据权利要求1所述的集成电感器，其特征在于，所述第一相线圈、所述第二相线圈与所述第三相线圈具有相同的缠绕方向。
4.根据权利要求1所述的集成电感器，其特征在于，所述漏电流检测线圈、所述第一相线圈、所述第二相线圈与所述第三相线圈均为铜线，所述铜线立式缠绕在所述环形磁芯上。
5.根据权利要求1所述的集成电感器，其特征在于，所述环形磁芯的制备材料为非晶金属材料。
6.一种漏电流保护装置，其特征在于，所述装置包括：电源、集成电感器以及处理器，所述处理器分别连接所述集成电感器和电源，所述集成电感器包括：
环形磁芯，包括第一弧部和第二弧部，所述第二弧部包括三个子弧部，每个所述子弧部的周长相等；
漏电流检测线圈，绕设在所述第一弧部上，所述漏电流检测线圈用于检测漏电流；
绕设在所述第二弧部的第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，其中所述第一相线圈、所述第二相线圈和所述第三相线圈分别绕设在所述三个子弧部上，用于对干扰信号进行滤波；
所述控制器用于根据所述漏电流检测线圈的检测结果控制所述电源的通电或断电。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一相线圈、所述第二相线圈和所述第三相线圈的匝数相同。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一相线圈、所述第二相线圈与所述第三相线圈具有相同的缠绕方向。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述漏电流检测线圈、所述第一相线圈、所述第二相线圈与所述第三相线圈均为铜线，所述铜线立式缠绕在所述环形磁芯上。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述环形磁芯的制备材料为非晶金属材料。
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| CN201810393174.7A Pending CN108831669A (zh) | 2018-04-27 | 2018-04-27 | 一种集成电感器以及漏电流保护装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN108831669A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN2697664Y (zh) * | 2004-04-09 | 2005-05-04 | 西安交通大学 | 高精密交流泄漏电流在线监测传感器 |
| CN201465708U (zh) * | 2009-07-22 | 2010-05-12 | 北京北广科技股份有限公司 | 环形电感器 |
| CN202693658U (zh) * | 2012-05-24 | 2013-01-23 | 上海横川电气科技有限公司 | 差分电流检测装置 |
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-
2018
- 2018-04-27 CN CN201810393174.7A patent/CN108831669A/zh active Pending
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