CN111181152A - 用于动态地切换电流互感器电路的负载的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于动态地切换电流互感器电路的负载的系统和方法。电流互感器电路包括电流源电路，电流源电路包括至少一个电流互感器以产生电流输出波。负荷电路包括至少一个负荷电阻器和电压传感器，电流输出波的至少一部分通过负荷电阻器，并且电压传感器用于感测相应的至少一个负荷电阻器两端的电压。开关电路包括至少一个开关，开关电路耦接至负荷电路。微控制器电路包括微控制器，微控制器电路耦接至电力电路和开关电路，微控制器被配置成控制开关电路以在负荷电阻器与低电阻负载之间动态地切换至少一个电流互感器的次级负载。

Description

用于动态地切换电流互感器电路的负载的系统和方法

技术领域

本文公开的主题一般地涉及电流互感器电路，并且更具体地涉及用于动态地切换电流互感器电路的负载的系统和方法。

背景技术

当前，电流互感器需要大的尺寸以进行准确测量。如果电流互感器过小，则其可能在操作期间饱和。饱和导致通过电流源的负载的电流的测量不准确。遗憾的是，较大的电流互感器比较小的互感器成本高得多，而且占用更多空间。

另外，电流互感器还可以用于向电气装置的电路供电，从而替代传统的电力供应以节省空间和成本两者。该功能需要电气装置在用于测量电流源的电流的测量模式与向电气装置的电路供电的电力供应模式之间切换。

因此，需要利用较小的电流互感器、使用电流互感器向电气装置的电路供电并且在最小化成本和尺寸的同时提供对电流源的电流进行测量的改进的电气装置。

发明内容

在一些实施方式中，描述了一种用于动态地切换负载的电流互感器电路。该电流互感器电路包括：电流源电路，其包括至少一个电流互感器以产生电流输出波；负荷电路，其包括至少一个负荷电阻器和电压传感器，电流输出波的至少一部分通过负荷电阻器，并且电压传感器用于感测相应的至少一个负荷电阻器两端的电压。电流互感器电路还包括开关电路，开关电路包括至少一个开关，该开关电路耦接至负荷电路。电流互感器电路还包括微控制器电路，该微控制器电路包括微控制器，微控制器电路耦接至电力电路和开关电路，该微控制器被配置成控制开关电路在负荷电阻器与低电阻负载之间动态地切换至少一个电流互感器的次级负载。

在一些实施方式中，描述了一种用于动态地切换负载的电流互感器电路。该电流互感器电路包括电流源电路，电流源电路包括至少一个电流互感器以产生电流输出波。电流互感器电路还包括负荷电路，负荷电路包括至少一个负荷电阻器和电压传感器，该电压传感器用于感测相应的至少一个负荷电阻器两端的电压。电流互感器电路还包括开关电路，开关电路包括负荷开关和CT短路开关，负荷开关耦接至负荷电路，并且CT短路开关耦接至少一个电流互感器。电流互感器电路还包括微控制器电路，微控制器电路包括微控制器，微控制器电路耦接至电力电路和开关电路，微控制器被配置成控制开关电路以在负荷电阻器与低电阻负载之间动态地切换至少一个电流互感器的次级负载，使得在第二CT短路配置中，CT短路开关闭合，并且负荷开关断开，以及在第二采样配置中，CT短路开关断开，并且负荷开关闭合。

在一些实施方式中，描述了一种用于动态地切换电流互感器电路的负载的方法。该方法包括在负荷电阻器、电力电路以及低电阻负载之间动态地切换电流互感器电路的负载的步骤。

为了实现上述和有关目的，所述实施方式包括下文中充分描述的特征。下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面仅指示其中可以采用本发明的原理的各种方式中的仅一些方式。当结合附图考虑时，本发明的其他方面、优点和新颖特征将根据本发明的下面的详细描述变得明显。

附图说明

以下将参照附图描述实施方式，在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且：

图1是根据本发明的实施方式的电流互感器电路的框图；

图2是根据本发明的实施方式的三相电流互感器电路的框图；

图3是诸如图2中所示的电流互感器电路的示例性电流互感器电路的一部分的电路图；

图4是图2中所示的示例性电流互感器电路的另一部分的另一电路图；

图5是表示在各种操作模式期间电流互感器电路的次级绕组处的示例性电压的电压波形；

图6是示出在电力供应配置下的电流流动的电路图；

图7是示出在启动电力供应配置下的电流流动的电路图；

图8是示出在第一采样配置下的电流流动的电路图；

图9是示出在电流互感器(CT)短路配置下的电流流动的电路图；

图10是示出在CT短路配置下的电流流动的另一电路图；

图11是示出在第二采样配置下的电流流动的电路图；

图12是示出在第二采样配置下的电流流动的另一电路图；

图13是电容器在一段时间内的示例性电压水平的曲线图；

图14是电流源电路处的示例性操作电压相对于时间的曲线图；

图15是电流源电路处的示例性操作电压相对于时间的另一曲线图；以及

图16是在各种操作模式期间的示例性操作电压的曲线图。

具体实施方式

提出下面的讨论以使本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施方式。对所示的实施方式的各种修改对于本领域技术人员而言将是明显的，并且在不脱离本发明的实施方式的情况下，本文的一般原理可以应用于其他实施方式和应用。因此，本发明的实施方式不旨在限于所示的实施方式，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。将参照附图来阅读下面的详细描述。附图描绘了所选的实施方式并且不旨在限制本发明的实施方式的范围。本领域技术人员将认识到本文所提供的示例具有许多有用的替选方案，并且落入本发明的实施方式的范围内。

下面的描述涉及元件或特征“连接”或“耦接”在一起。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“连接”意味着一个元件/特征直接地或间接地连接至另一元件/特征，并且不一定是电气或机械地连接至另一元件/特征。同样地，除非另有明确说明，否则“耦接”意味着一个元件/特征直接地或间接地耦接至另一元件/特征，并且不一定是电气或机械地耦接至另一元件/特征。因此，虽然在附图中示出的示意图描绘了处理元件的示例布置，但是在实际实施方式中可以存在附加的中间元件、装置、特征、部件或代码。

在本文中可以根据功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤来描述本发明的实施方式。应当理解的是，这样的块部件可以通过被配置成执行指定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。例如，实施方式可以采用各种集成电路部件例如数字信号处理元件、逻辑元件、二极管等，集成电路部件可以在一个或更多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能。其他实施方式可以采用与其他电路部件结合的程序代码或代码。

现在转向附图，现在将描述电流互感器电路100的示例性实施方式并且电流互感器电路100的示例性实施方式在图1的框图中示出。电流互感器电路100可以在减小的电流互感器尺寸的情况下准确地感测一个或更多个电流源104的负载。电流互感器电路100可以包括各种部件，包括但不限于电流源电路108、负荷电路116、开关电路120、微控制器电路124和电力电路128。以下将更加详细地讨论每个部件。

在使用时，电流源电路108耦接至电流源104。电流源电路108可以从电流源104获取电流输入并且可以输出输出信号，该输出信号可以为半周期或全周期输出波(未显示)。例如，输出信号可以为单极的。转换器电路112可以用于将来自电流源104的AC输入信号转换成单极电流输出信号。转换器电路112可以是桥式整流器或者将AC输入信号转换成单极电流输出信号的任意其他装置。

电流源电路108输出可以耦接至负荷电路116。可以提供负荷电路116以使得微控制器、微处理器或任意合适的控制系统能够测量一个或更多个电流源的负载。负荷电路116可以具有耦接至开关电路120的第一输入136的第一输出132。负荷电路可以具有耦接至开关电路120的第二输入144的第二输出140。第二输出140还可以耦接至微控制器电路124的输入。

微控制器电路124可以用于调节到微控制器、微处理器或电气装置的任意合适的控制系统的电压。微控制器电路124可以耦接至电力电路128。

电力电路128可以用于向电气装置提供电力。电力电路128还可以用于使用一个或更多个电容器向微控制器电路供电。

图2示出了可以与三相电路一起使用的电流互感器电路200的示例性实施方式。在该实施方式中，可以存在多个电流源、电流源电路和负荷电路。在图2中所示的实施方式中，可以存在第一电流源204、第二电流源220和第三电流源236。第一电流源204可以耦接至第一电流源电路208。第二电流源220可以耦接至第二电流源电路224。第三电流源236可以耦接至第三电流源电路240。第一电流源电路208可以耦接至第一负荷电路216。第二电流源电路224可以耦接至第二负荷电路232。第三电流源电路240可以耦接至第三负荷电路248。第一电流源电路208可以具有第一转换器电路212。第二电流源电路224可以具有第二转换器电路228。第三电流源电路240可以具有第三转换器电路244。每个负荷电路216、232、248可以具有耦接至开关电路260的第一输入252的第一输出218、234、250。第一输出218、234、250还可以耦接至微控制器电路264的输入266。每个负荷电路216、232、248可以具有耦接至开关电路260的第二输入256的第二输出219、235、251。微控制器电路264可以用于调节到微控制器、微处理器或任意合适的控制系统的电压。微控制器电路264可以耦接至电力电路268的输入280。

图3示出了电流互感器电路300的示例性实现方式。第一电流源301可以与第一电流源电路320的第一电流互感器310的初级绕组304串联耦接。第一电流互感器310的次级绕组308可以耦接至第一转换器电路316。第一电流互感器310可以具有固有的绕组电阻312。第一转换器电路316可以为桥式整流器或将AC输入信号转换成单极电流输出信号的任意其他装置。第一转换器电路316可以将AC输入信号整流为全波或半波单极电流输出信号。第一转换器电路316可以耦接至地318。第一转换器电路316还可以耦接至第一负荷电路324的输入332。

第一负荷电路324可以包括第一负荷电阻器328。第一负荷电阻器328可以耦接至第一负荷电路324的输入332。第一负荷电路324还可以包括被配置成感测第一负荷电阻器328两端的电压的第一电压传感器336。根据应用第一负荷电阻器328可以具有5欧姆至200欧姆范围内的电阻，但是也可以考虑较低的电阻值和较高的电阻值。微控制器520可以电耦接至第一电压传感器336。第一电压传感器336可以为模数转换器。第一负荷电路324可以包括二极管340。二极管340可以被包括以确保电流不从第一负荷电路324的第一输出344流入第一负荷电路324的输入332。第一负荷电路324可以具有耦接至开关电路348的第一输入352的第一输出344。第一输出344还可以耦接至微控制器电路504的输入500。第一负荷电路324可以具有耦接至开关电路348的第二输入356的第二输出330。

第二电流源372可以与第二电流源电路392的第二电流互感器382的初级绕组376串联耦接。第二电流互感器382的次级绕组380可以耦接至第二转换器电路388。第二电流互感器382可以具有固有的绕组电阻384。第二转换器电路388可以为桥式整流器或将AC输入信号转换成单极电流输出信号的任意其他装置。第二转换器电路388可以将AC输入信号整流为全波或半波单极电流输出信号。第二转换器电路388可以耦接至地390。第二转换器电路388还可以耦接至第二负荷电路396的输入404。

第二负荷电路396可以包括第二负荷电阻器400。第二负荷电阻器400可以耦接至第二负荷电路396的输入404。第二负荷电路396还可以包括被配置成感测第二负荷电阻器400两端的电压的第二电压传感器408。根据应用第二负荷电阻器400可以具有5欧姆至200欧姆范围内的电阻，但是也可以考虑较低的电阻值和较高的电阻值。微控制器520可以电耦接至第二电压传感器408。第二电压传感器408可以为模数转换器。第二负荷电路396可以包括二极管412。二极管412可以被包括以确保电流不从第二负荷电路396的第一输出416流入第二负荷电路396的输入404。第二负荷电路396可以具有耦接至开关电路348的第一输入352的第一输出416。第一输出416还可以耦接至微控制器电路504的输入500。第二负荷电路396可以具有耦接至开关电路348的第二输入356的第二输出402。

第三电流源420可以与第三电流源电路468的第三电流互感器430的初级绕组424串联耦接。第三电流互感器430的次级绕组428可以耦接至第三转换器电路436。第三电流互感器430可以具有固有的绕组电阻432。第三转换器电路436可以为桥式整流器或将AC输入信号转换成单极电流输出信号的任意其他装置。第三转换器电路436可以将AC输入信号整流为全波或半波单极电流输出信号。第三转换器电路436可以耦接至地438。第三转换器电路436还可以耦接至第三负荷电路472的输入480。

第三负荷电路472可以包括第三负荷电阻器476。第三负荷电阻器476可以耦接至第三负荷电路472的输入480。第三负荷电路472还可以包括被配置成感测第三负荷电阻器476两端的电压的第三电压传感器484。根据应用第三负荷电阻器476可以具有5欧姆至200欧姆范围内的电阻，但是也可以考虑较低的电阻值和较高的电阻值。微控制器520可以电耦接至第三电压传感器484。第三电压传感器484可以为模数转换器。第三负荷电路472可以包括二极管460。二极管460可以被包括以确保电流不从第三负荷电路472的第一输出488流入第三负荷电路472的输入480。第三负荷电路472可以具有耦接至开关电路348的第一输入352的第一输出488。第一输出488还可以耦接至微控制器电路504的输入500。第三负荷电路472可以具有耦接至开关电路348的第二输入356的第二输出478。

开关电路348可以包括至少一个开关。在一些实施方式中，开关电路348包括电流互感器(CT)短路开关360。如下面所讨论的，CT短路开关360可以用于将第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428切换至低电阻负载599。低电阻负载理想地尽可能接近0欧姆。CT短路开关360可以位于电流互感器电路300中的可以实现将次级绕组308、380、428切换至低电阻负载599的任意部分中。在一些实施方式中，CT短路开关360可以耦接至次级绕组308、380、428。CT短路开关360可以耦接至开关电路348的第一输入352。开关电路348可以包括负荷开关364。负荷开关364可以耦接至开关电路348的第二输入356。CT短路开关360或负荷开关364可以耦接至地368。

现在转向图3和图4，微控制器电路504可以包括微控制器520。微控制器520可以电耦接至负荷开关364和CT短路开关360。微控制器电路504可以包括保持电容器524。保持电容器524可以在如下所述的某些操作模式期间向微控制器520提供电力。微控制器电路504可以包括电压调节电路508。电压调节电路508可以调节输入至微控制器520的电压水平。电压调节电路508可以包括第一二极管512。第一二极管512例如可以为齐纳二极管。第一二极管512可以将进入微控制器电路504的电压上拉至约为微控制器520的操作电压的值。微控制器电路504可以包括第二二极管516。第二二极管516可以在某些操作模式期间防止保持电容器524或电力电路528的任意电容器快速耗尽。微控制器电路504可以具有节点526。节点526可以耦接至电力电路528的节点536。

电力电路528可以包括至少一个电容器540。在一些实施方式中，存在第一电容器544和第二电容器548。第一电容器544可以具有比保持电容器524更大的电容。第二电容器548也可以具有比保持电容器524更大的电容。根据应用电容器524、544、548可以具有100μF至5000μF范围内的电容，但是也可以考虑较低的电容值和较高的电容值。电力电路528可以包括继电器电容器开关532。微控制器520可以电耦接至继电器电容器开关532。继电器电容器开关532可以在初始上电期间断开，以对保持电容器524进行充电而不对第一电容器544和第二电容器548进行充电。这可以允许微控制器520更快的初始启动。继电器电容器开关532还可以在诸如过载继电器(未显示)或断路器(未显示)的电子装置激活期间断开，以隔离第一电容器544和第二电容器548。这可以防止电子装置拖低保持电容器524的电压。可以将继电器电容器开关532闭合，以对第一电容器544和第二电容器548进行充电。可以将继电器电容器开关532闭合，以便电力电路528向微控制器520提供电力。在使用电容器524、544或548或者在不使用电容器524、544或548的情况下，电力电路528还可以包括可选的辅助电力供应568。辅助电力供应568可以耦接至微控制电路504，以向微控制器520提供预定的标称功率，或者当包括辅助电力供应器568时对电容器524、544或548进行充电。在一些实施方式中，辅助电力供应568可以耦接至电容器544、548，以向微控制器520提供电力或者对电容器524、544或548进行充电。

在第一操作模式600下，微控制器520可以在继电器电容器开关532尚未闭合的情况下闭合继电器电容器开关532，可以在负荷开关364尚未断开的情况下断开负荷开关364，并且可以在CT短路开关360尚未断开的情况下断开CT短路开关360，以创建第一电力供应配置。第一电力供应配置向微控制器电路504或电力电路528提供电力。

对于初始上电，微控制器520可以在继电器电容器开关532尚未断开的情况下断开继电器电容器开关532，可以在负荷开关364尚未断开的情况下断开负荷开关364，并且可以在CT短路开关360尚未断开的情况下断开CT短路开关360，以创建启动电力供应配置。启动电力供应配置使得保持电容器524能够快速充电。微控制器520可以在保持电容器524被充电时指示电流互感器电路300从启动电力供应配置变换为第一电力供应配置。微控制器520可以在保持电容器524低于启动阈值电压时指示电流互感器电路300从第一电力供应配置变换为启动电力供应配置。启动阈值电压可以为微控制器520操作所需的最小电压。在该实施方式中，启动阈值电压可以为约5V。当在第一电力供应配置或启动电力供应配置下时，第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428被切换至高电压负载。高电压负载可以包括微控制器电路504和/或电力电路528。由于微控制器520的操作电压要求，因此高电压负载需要比低电阻负载599相对高的电压，稍后将对此进行讨论。下面在表1中总结了第一电力供应配置和启动电力供应配置的所选择的参数。

表1

在第二操作模式700下，微控制器520可以在继电器电容器开关532尚未闭合的情况下闭合继电器电容器开关532，可以在负荷开关364尚未断开的情况下断开负荷开关364，并且可以在CT短路开关360尚未断开的情况下断开CT短路开关360，以创建第二电力供应配置。第二电力供应配置向微控制器电路504或电力电路528提供电力。当在第二电力供应配置下时，第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428被切换至高电压负载。微控制器520可以间歇地断开继电器电容器开关532并且闭合负荷开关364，以创建第一采样配置。第一采样配置将由第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428看的负载切换至负荷电阻器负载。负荷电阻器负载可以形成表示第一电流互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430的次级绕组处的具有可变大小和形状的电流的电压。负荷电阻器负载可以包括负荷电阻器328、400或476中的一个或更多个。微控制器可以将第一采样配置保持约小于电流输出波572的半周期。电流输出波572可以是从电流互感器310的次级绕组308、电流互感器382的次级绕组380、电流互感器430的次级绕组428中的任意一个产生的电流波。第一采样配置使得微控制器能够对与第一电流源301、第二电流源372或第三电流源420有关的数据进行采样。然后，微控制器可以闭合继电器电容器开关并且可以断开负荷开关364，以变换为第二电力供应配置。只要微控制器520保持处于第二操作模式700，微控制器520可以指示电流互感器电路300在第二电力供应配置与第一采样配置之间自由地变换。在第二电力供应配置和第一采样配置上所花费的时间比率可以根据应用而变化。例如，电流互感器电路300可以在第二电力供应配置上花费约90％的时间，而在第一采样配置上花费约10％的时间。下面在表2中总结了第二电力供应配置和第一采样配置的所选择的参数。

表2

在第三操作模式800下，微控制器520可以在继电器电容器开关532尚未闭合的情况下闭合继电器电容器开关532，可以在负荷开关364尚未断开的情况下断开负荷开关364，并且可以在CT短路开关360尚未断开的情况下闭合CT短路开关360，以创建第一CT短路配置。第一CT短路配置还可以断开继电器电容器开关532，以使电流互感器电路300在不拖低电流互感器电路300的电压的情况下激活诸如过载继电器或断路器的电气装置。微控制器可以保持处于CT短路配置达电流输出波572的半周期以上，以使得磁通量能够在电流互感器310、382、430的磁芯中消散。这是由于电流源301、372、420分别在第一互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430的芯中反转方向。当在第一CT短路配置下时，第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428被切换至低电阻负载599。低电阻负载599可以包括第一电流互感器310的绕组电阻312、第二电流互感器382的绕组电阻384、第三电流互感器430的绕组电阻432、第一负荷电路324的二极管340、第二负荷电路396的二极管412或者第三负荷电路472的二极管460。低电阻负载599的电压可以低于高电压负载的电压。例如，在该实施方式中，低电阻负载599的电压可以为约0.6V。第一CT短路配置使得第一电流互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430能够更有效地操作并且避免饱和。下面在表3中总结了第一CT短路配置的所选择的参数。

表3

参数	第一CT短路配置
		继电器电容器开关532	断开/闭合
CT短路开关360	闭合
		负荷开关364	断开
负荷电阻器采样	否
		负载的相对电压	低

在第四操作模式900下，微控制器520可以在继电器电容器开关532尚未闭合的情况下闭合继电器电容器开关532，可以在负荷开关364尚未断开的情况下断开负荷开关364，并且可以在CT短路开关360尚未断开的情况下闭合CT短路开关360，以创建第二CT短路配置。当电力电路528包括可选的辅助电力供应器568时，微控制器520可以仅在第四操作模式900下操作。第二CT短路配置的一些实施方式可以具有断开的继电器电容器开关532，以使电流互感器电路300在不拖低电流互感器电路300的电压的情况下激活诸如过载继电器或断路器的电气装置。微控制器可以保持处于第二CT短路配置达电流输出波572的半周期以上，以使得磁通量能够在电流互感器310、382、430的磁芯中消散。这是由于电流源301、372、420分别在第一电流互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430的芯中反转方向。当在第二CT短路配置下时，第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428被切换至低电阻负载599。第二CT短路配置使得第一电流互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430能够更有效地操作并且避免饱和。微控制器520可以间歇地闭合负荷开关364并且断开CT短路开关360，以创建第二采样配置。第二采样配置的一些实施方式可以具有断开的继电器电容器开关532，以使电流互感器电路300在不拖低电流互感器电路300的电压的情况下激活诸如过载继电器或断路器的电气装置。微控制器将保持第二采样配置达小于电流输出波572的半周期。第二采样配置使得微控制器能够对与电流源301、372或420有关的数据进行采样。第二采样配置将由第一电流互感器310的次级绕组308、第二电流互感器382的次级绕组380或第三电流互感器430的次级绕组428看的负载切换至负荷电阻器负载。然后，微控制器可以断开负荷开关364并且可以闭合CT短路开关360，以变换为第二CT短路配置。只要微控制器520保持处于第四操作模式900，微控制器520可以指示电流互感器电路300在第二CT短路配置与第二采样配置之间自由地变换。在第二CT短路配置和在第二采样配置上花费的时间比可以根据应用而变化。下面在表4中总结了第二CT短路配置和第二采样配置的所选择的参数。

表4

微控制器520可以指示电流互感器电路300按照微控制器电路504或电力电路528的电压水平所指示的变换模式。如果由微控制器电路504或电力电路528提供的电压下降为低于图13中所示的最小阈值电压580，则微控制器可以从当前模式切换至第一操作模式600或第二操作模式700，以对微控制器电路504或电力电路528供电。在该实施方式中，最小阈值电压580可以为约5V。

当在第一操作模式600或第二操作模式700下时，微控制器520可以在获得微控制器电路504或电力电路528的图13中所示的最大阈值电压584时切换至第三操作模式800或第四操作模式900。在该实施方式中，最大阈值电压584可以为约5.5V。

如果电力电路528包括可以向微控制器电路504或电力电路528供应电力的电力供应568，则微控制器520也可以仅使用第三操作模式800或第四操作模式900或第三操作模式800和第四操作模式900。

当在第二操作模式700或第四操作模式900下时，微控制器520可以测量与谐波电流应用有关的参数。例如，频繁地对负荷电阻器两端的电压进行采样可以提供关于电流源的电流波的波形形状的信息，这可以在谐波存在的情况下提供更准确的RMS测量。这些参数只有在第一电流互感器310、第二电流互感器382或第三电流互感器430中存在很少饱和至不饱和的情况下才可以进行测量。

图5示出了在各种操作模式600、700、800或900下节点332、404或480处的电压。

在第一操作模式600或第二操作模式700下在给定时间段内的平均电压比在第三操作模式800或第四操作模式900下在给定时间段内的平均电压高得多。这导致在第一操作模式600或第二操作模式700下饱和的可能性比第三操作模式800或第四操作模式900更高。由于饱和负面地影响测量准确性，因此优选地在第四操作模式900下进行测量。

当在操作模式600、700、800、900中的任意一个模式下时，微控制器520可以监测输入电压。如果微控制器520感测到输入电压低于最小电压阈值580，则微控制器520可以从其当前操作模式切换至第一操作模式600或第二操作模式700。第一操作模式600和第二操作模式700可以分别使用第一电力供应配置或第二电力供应配置以向微控制器520、保持电容器524和/或电力电路528供电。

当在操作模式600、700、800、900中的任意一个模式下时，如果微控制器520感测到输入电压高于最大电压阈值584，则微控制器520可以从其当前操作模式切换至第三操作模式800或第四操作模式900。第三操作模式800和第四操作模式900可以分别使用第一CT短路配置或第二CT短路配置以使用存储的能量并且以节能的方式操作，如稍后将描述的那样。

当在第二操作模式700或第四操作模式900下时，微控制器520可以指示电流互感器电路300在切换回到先前配置之前以预定频率和持续时间分别从当前配置变换为第一采样配置或第二采样配置。频率可以取决于应用在1kHz至2kHz的范围内。持续时间可以为约60微秒，但是也可以考虑较低的持续时间值和较高持续时间值。

如果电力电路528包括电力供应568，则微控制器520可以在微控制器520可以在第一操作模式600下操作时的短暂启动时间段之后仅在第三操作模式800和/或第四操作模式900下操作。更具体地，微控制器520可以在微控制器520可以在第一操作模式600下操作时的短暂启动时间段之后仅在第四操作模式900下操作。如果电力供应568可以将进入微控制器520的电压保持为高于最小阈值电压580，则微控制器520可能不需要指示电流互感器电路300切换至第一电力供应配置和/或第二电力供应配置。

现在参照图3并且参照图6，电路图1000示出了在第一电力供应配置和第二电力供应配置二者中的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经二极管340、412或460。电流可以从负荷电路324、396或472流入微控制器电路504。电流可以从微控制器电路504流入电容器电路528。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1004(图14中所示)。电压1004可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；二极管340、412或460中的一个的电压降；以及最小阈值电压580。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与二极管340、412或460中的一个的电压降之一相加的总和。

现在参照图3并且参照图7，电路图1100示出了在启动电力供应配置下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经二极管340、412、或460。电流可以从负荷电路324、396或472流入微控制器电路504。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压。该电压可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；二极管340、412或460中的一个的电压降；以及最小阈值电压580。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与二极管340、412或460中的一个的电压降之一相加的总和。

现在参照图3并且参照图8，电路图1200示出了在第一采样配置下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经负荷电阻器328、400或476。电流可以从负荷电路324、396或472流入微控制器电路504。电流可以从微控制器电路504流入电容器电路528。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1204(图14中所示)。电压1204可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降；以及最小阈值电压580。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降之一相加的总和。另外，负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降或者最小电压阈值580。负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降的值是变化的。电压降的值分别取决于电流源以及负荷电阻器328、400或476的电阻的水平。

现在参照图3并且参照图9，电路图1300示出了在第一CT短路配置和第二CT短路配置二者下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经二极管340、412或460。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1304(图15中所示)。电压1304可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；以及二极管340、412或460中的一个的电压降。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与二极管340、412或460中的一个的电压降之一相加的总和。

现在参照图3并且参照图10，电路图1400示出了在第一CT短路配置和第二CT短路配置二者下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经二极管340、412或460。电流可以从电容器电路528流入微控制器电路504。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1404(图15中所示)。电压1404可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；以及二极管340、412或460中的一个的电压降。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与二极管340、412或460中的一个的电压降之一相加的总和。

现在参照图3并且参照图11，电路图1500示出了在第二采样配置下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经负荷电阻器328、400或476。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1504(图15中所示)。电压1504可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降；以及最小阈值电压580。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降之一相加的总和。另外，负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降或者最小电压阈值580。负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降的值是变化的。电压降的值分别取决于电流源以及负荷电阻器328、400或476的电阻的水平。

现在参照图3并且参照图12，电路图1600示出了在第二采样配置下的电流流动。电流可以经过电流源电路320、392或468流入负荷电路324、396或472。电流可以流经固有的绕组电阻312、384或432。电流可以流经负荷电阻器328、400或476。电流可以从负荷电路324、396或472流入微控制器电路528。电流可以从电容器电路504流入微控制器电路528。从电流源电路320、392或468流动的电流可以具有电压1604(图15中所示)。电压1604可以具有等于至少以下总和的值：固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降；负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降；以及最小阈值电压580。最小阈值电压580可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降之一与负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降之一相加的总和。另外，负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降可以高于固有的绕组电阻312、384或432中的一个的电压降或者最小电压阈值580。负荷电阻器328、400或476中的一个的电压降的值是变化的。电压降的值分别取决于电流源以及负荷电阻器328、400或476的电阻的水平。

现在转向图13，示出了保持电容器524在一段时间内的电压水平的曲线图1700。如本领域普通技术人员可以看到的，可以将电压水平从最小阈值电压580充载至最大阈值584。然后，随着保持电容器524放电，该电压水平从最大阈值584逐渐降低至最小阈值电压580。对保持电容器524进行充电花费的时间与对保持电容器524进行放电花费的时间的比率可以影响电流互感器电路300在各种操作模式下花费的时间的多少。

现在参照图3、图4、图6、图7和图8以及图14，示出了节点332、404或480处的电路操作电压1802相对于时间的曲线图1800。

曲线图1800示出了当电流互感器电路300在第二模式700下操作时的电路操作电压1802。电路操作电压1802可以为电流输出波572的电压。电路操作电压1802可以直接关系到电流互感器电路300消耗了多少电力。在电力供应时间段1810期间，电路操作电压1802可以为与第一电力供应配置和第二电力供应配置相对应的电压1004。在第一采样时间段1820期间，电路操作电压1802可以为与第一采样配置相对应的电压1204。如曲线图1800所示，电压1004可以高于电压1204。另外，电力供应时间段1810可以长于第一采样时间段1820。如果电流互感器电路300在第一采样配置下操作，则理想采样电压1850可以表示电路操作电压1802在任意给定时间理论上将是多少。

现在参照图3、图4、图9、图10、图11、图12和图14以及图15，示出了电流源电路320、392或468处的电路操作电压1802相对于时间的另一曲线图1900。曲线图1900示出了电流互感器电路300在第四模式900下操作时的电路操作电压1802。在CT短路时间段1910期间，电路操作电压1802可以为与第二采样配置相对应的电压1504和电压1604。在第二采样时间段1920期间，电路操作电压1802可以为与第一CT短路配置和第二CT短路配置相对应的电压1304和电压1404。如图15中所示，CT短路时间段1910可以长于第二采样时间段1920。另外，如先前图15中所示，对保持电容器524进行放电花费的时间段可以长于对保持电容器524进行充电花费的时间段。对电容器进行放电花费的时间段可以包括电流互感器电路300在第三模式800和/或第四模式900下操作。第三模式800可以包括使用第一CT短路配置，而第四模式900可以包括使用第二CT短路配置和/或第二采样配置。因此，电流互感器电路300的整个操作时间的大部分可以使微控制器520切换至第一CT短路配置、第二CT短路配置或第二采样配置。此外，微控制器可以切换至第一CT短路配置或第二CT短路配置达电流互感器电路300的操作时间的比第二采样配置长的部分。正如通过比较电路操作电压1802的曲线图1800和曲线图1900可以看出，电流互感器电路300可以花费其大部分时间以低电压操作并且以节能的方式操作。如果电流互感器电路300在第二采样配置下操作，则理想采样电压1850可以表示电路操作电压1802在任意给定时间理论上将是多少。

现在参照图16，曲线图2000示出了在第二操作模式700和第四操作模式900期间的电路操作电压1802。如果电流互感器电路300在第一采样配置或第二采样配置下操作，则理想采样电压1850可以表示电路操作电压1802在任意给定时间将是多少。

第一时间段示出了在第四模式900期间的电路操作电压1802。第二时间段示出了在第二模式700期间的电路操作电压1802。正如可以看出的，电路操作电压1802在第四模式900平均上比第二模式700下可以低很多。

理想电流输出波2100可以为理论上从次级绕组308、380、428流出的电流的样子。电流输出波572可以为实际上从次级绕组308、380、428流出的电流的样子。正如可以看到的，电流输出波572在第四模式900下时在大部分操作时间内跟随理想电流输出波2100。为了便于区分，电流输出波572和理想电流输出波2100被竖直地分开，但是应当理解的是，波572和2100二者具有相同的电流偏移值。

虽然本发明可以允许各种修改和替选形式，但是在附图中已经通过示例的方式示出了特定的实施方式，并且已经在本文中进行了详细地描述。然而，应当理解的是，本发明不旨限于所公开的特定形式。而是，本发明将涵盖落入由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改方案、等同方案和替选方案。

本书面说明书使用包括最佳实施方式的示例来公开本发明，并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任意装置或系统以及执行任意合并的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果其他示例具有与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在包括在权利要求的范围内。

最后，明确地考虑到的是，本文所描述的任何过程或步骤可以被组合、消除或重新排序。因此，该描述意在仅作为示例给出，而非以其他方式限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于动态地切换负载的电流互感器电路，所述电流互感器电路包括：

电流源电路，其包括至少一个电流互感器以产生电流输出波；

负荷电路，其包括至少一个负荷电阻器和电压传感器，所述电流输出波的至少一部分通过所述负荷电阻器，并且所述电压传感器感测相应的至少一个负荷电阻器两端的电压；

开关电路，其包括至少一个开关，所述开关电路耦接至所述负荷电路；以及

微控制器电路，其包括微控制器，所述微控制器电路耦接至电力电路和所述开关电路，所述微控制器被配置成控制所述开关电路以在所述负荷电阻器与低电阻负载之间动态地切换所述至少一个电流互感器的次级负载。

2.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述微控制器被配置成基于所述电力电路的输入电压来控制所述开关电路以在所述负荷电阻器、所述电力电路以及所述低电阻负载之间动态地切换所述至少一个电流互感器的所述次级负载。

3.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述微控制器电路包括电压调节装置和至少一个保持电容器，所述保持电容器用于在所述至少一个电流互感器的所述次级负载为所述负荷电阻器或者所述低电阻负载时向所述微控制器供应电流。

4.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述开关电路包括负荷开关和CT短路开关。

5.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述电力电路包括以下中的至少一个：至少一个电容器和继电器电容器开关；以及用于向所述微控制器供应预定电力的辅助电力供应。

6.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述微控制器控制所述开关电路以在第二操作模式与第四操作模式之一之间动态地切换所述至少一个电流互感器的所述次级负载。

7.根据权利要求6所述的电流互感器电路，其中，所述第二操作模式包括第二电力供应配置和第一采样配置，并且在所述第二电力供应配置中，CT短路开关断开，并且负荷开关断开，以及在所述第一采样配置中，所述CT短路开关断开，并且所述负荷开关闭合。

8.根据权利要求7所述的电流互感器电路，其中，所述微控制器将所述第一采样配置保持小于所述电流输出波的半周期。

9.根据权利要求6所述的电流互感器电路，其中，所述第四操作模式包括第二CT短路配置和第二采样配置，并且在所述第二CT短路配置中，CT短路开关闭合，并且负荷开关断开，以及在所述第二采样配置中，所述CT短路开关断开，并且所述负荷开关闭合。

10.根据权利要求6所述的电流互感器电路，其中，所述微控制器控制所述开关电路以在第一操作模式、所述第二操作模式、第三操作模式以及所述第四操作模式之一之间动态地切换所述至少一个电流互感器的所述次级负载。

11.根据权利要求10所述的电流互感器电路，其中，所述第一操作模式包括第一电力供应配置和启动电力供应配置，并且在所述第一电力供应配置中，继电器电容器开关闭合，CT短路开关断开，并且负荷开关断开，以及在所述启动电力供应配置中，所述继电器电容器开关断开，所述CT短路开关断开，并且所述负荷开关断开。

12.根据权利要求10所述的电流互感器电路，其中，所述第三操作模式包括第一CT短路配置，并且在所述第一CT短路配置中，CT短路开关闭合，并且负荷开关断开。

13.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述电流源电路还包括转换器电路，并且所述电流输出波为AC电流输出波，所述转换器电路用于将所述AC电流输出波转换成单极电流输出信号。

14.根据权利要求1所述的电流互感器电路，其中，所述电压传感器包括模数转换器。

15.一种用于动态地切换负载的电流互感器电路，所述电流互感器电路包括：

电流源电路，其包括至少一个电流互感器以产生电流输出波；

负荷电路，其包括至少一个负荷电阻器和电压传感器，所述电压传感器用于感测相应的至少一个负荷电阻器两端的电压；

开关电路，其包括负荷开关和CT短路开关，所述负荷开关耦接至所述负荷电路，并且所述CT短路开关耦接至所述至少一个电流互感器；以及

微控制器电路，其包括微控制器，所述微控制器电路耦接至电力电路和所述开关电路，所述微控制器被配置成控制所述开关电路以在所述负荷电阻器与低电阻负载之间动态地切换所述至少一个电流互感器的次级负载，使得在第二CT短路配置中，所述CT短路开关闭合，并且所述负荷开关断开，以及在第二采样配置中，所述CT短路开关断开，并且所述负荷开关闭合。

16.根据权利要求15所述的电流互感器电路，其中，所述电流互感器电路耦接至过载继电器或断路器之一。

17.一种用于动态地切换电流互感器电路的负载的方法，所述方法包括以下步骤：

在负荷电阻器、电力电路以及低电阻负载之间动态地切换所述电流互感器电路的所述负载。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电流互感器电路为电子装置的一部分；并且

基于所述电子装置的电力需求进行动态切换。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括在第一操作模式、第二操作模式、第三操作模式和第四操作模式之一下配置所述电流互感器电路的次级负载。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，配置所述电流互感器电路的次级负载包括激活负荷开关和CT短路开关中的至少一个。

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