CN112415251A - 一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子领域，公开了一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，所述方法具体为，采用一隔离测量电路来进行测量，所述隔离测量电路包括PCB电路板、霍尔传感器；所述PCB电路板的一面布置电路回路，所述PCB电路板的另外一面设置所述霍尔传感器，所述霍尔传感器与电路回路正对布置，所述PCB电路板上设置两个端子，所述两个端子与电路回路的两端电连接；在测量待测电流时，通过霍尔传感器隔着PCB电路板测量电流回路所产生的磁场，通过测量磁场的磁场强度来检测待测电流的电流值。该方法测量成本低、可测试20倍霍尔传感器额定电流以上的电流。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，具体为一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法。
背景技术
目前现有应用于电力测量的电流目前现有的现有交流电流测量方法主要有三种：
1、一种采用电磁耦合效应的电流互感器，但这种互感器具备金属磁芯，所以在输入电流达到其额定电流10倍以上时，互感器会出现饱而无法准确测量。这测量方法的优势是测量精度高，采用电磁隔离输入和输出，可以实现电气隔离。缺点无法测量超过电流互感器额定电流10倍以上的过电流。
2、第二种是采用电子互感器，电子互感器本质是带磁芯的霍尔传感器，采用霍尔效应隔离测量电流，但这种元件同样存在容易饱和的问题，而且成本较高。
3、第三种是采用锰铜电阻，锰铜电阻是一种铜合金，可以通过大电流，但缺点也很明显，由于是直接用锰铜内阻在流过电流时产生的压降检测电流，要实现隔离测量必须采用外部独立供电的电源和隔离器件来实现电气隔离，增加了成本开销和产品体积，不适合小空间使用。
所以，本案所要解决的技术问题是：如何低成本的开发出一套可应用于高倍率过电流的检测的电路和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，该方法测量成本低、可测试20倍霍尔传感器额定电流以上的电流。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，所述方法具体为：
采用一隔离测量电路来进行测量，所述隔离测量电路包括PCB电路板、霍尔传感器；所述PCB电路板的一面布置电路回路，所述PCB电路板的另外一面设置所述霍尔传感器，所述霍尔传感器与电路回路正对布置，所述PCB电路板上设置两个端子，所述两个端子与电路回路的两端电连接；
在测量待测电流时，通过霍尔传感器隔着PCB电路板测量电流回路所产生的磁场，通过测量磁场的磁场强度来检测待测电流的电流值。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述电路回路上串联有电流互感器；
在测量不超过电流互感器的额定电流的待测电流时，通过电流互感器测量待测电流的电流值。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述电流互感器的额定电流小于霍尔传感器的额定电流。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述PCB电路板为单层或多层结构。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述电路回路是印刷在PCB电路板上的铜箔线路。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述电路回路在正对霍尔传感器的位置为一缩颈结构，所述缩颈结构的两条线路的间距小于电路回路上其他位置的两个线路的距离。
在上述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法中，所述电流互感器和霍尔传感器设置在PCB电路板的同侧或PCB电路板的两侧。
本发明具有如下优点及有益效果：
本方案将霍尔传感器和电路回路分设在PCB电路板的两侧，电流不经过霍尔传感器，其在霍尔传感器的位置形成的外部磁场作用于霍尔传感器的内部传感电路，实现了电流的隔离测量。
更为具体来说，利用电流直接输入型芯片型霍尔传感器(参考芯片ACS712)，此种芯片型霍尔元件的工作原理是通过流过其管脚的电流形成的磁场进行电流隔离测量，但由于其是电流直接输入，其管脚电流承载能力有限，无法通过大电流，本发明利此类磁电效应芯片的检测特性，采用电流不直接经过检测芯片的电流输入口，而是在检测芯片的底下，且是电路板的反面构建被检测电流的通路，利用被检测电流形成的外部磁场作用于检测芯片的内部传感电路，实现了电流的隔离测量。
由于电流不直接流过霍尔传感器而是从焊接霍尔传感器的电路板反面流过，中间隔了绝缘电路板，增加了检测电路的电气隔离能力，同时由于外部电流构建的磁场，其被检测的强度要小于电流直接流过霍尔传感器而形成的磁场强度，所以可以大大扩大其对电流的检测范围，当然这种方式相当于减弱了芯片对于磁场检测的敏感度，导致小信号时测量精度下降。针对这个问题的解决方式是在被测电流回路中串连一个电流互感器，利用电流互感器测量小电流，在电流超过电流互感器测量范围时，霍尔传感器可以保证对大电流部分的测量能力，从而实现20倍额定电流的范围的测量能力。
附图说明
图1为本发明实施例1的主视图。
图2为本发明实施例1的主视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
参考图1和2，一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，所述方法具体为：
采用一隔离测量电路来进行测量，所述隔离测量电路包括PCB电路板1、霍尔传感器3；所述PCB电路板1的一面布置电路回路2，所述PCB电路板1的另外一面设置所述霍尔传感器3，所述霍尔传感器3与电路回路2正对布置，所述PCB电路板上设置两个端子6，所述两个端子6与电路回路2的两端电连接；
霍尔传感器3又称电子互感器，电子互感器本质是带磁芯的霍尔传感器3，采用霍尔效应隔离测量电流。
本方案将霍尔传感器3和电路回路2分设在PCB电路板1的两侧，电流不经过霍尔传感器3，其在霍尔传感器3的位置形成的外部磁场作用于霍尔传感器3的内部传感电路，实现了电流的隔离测量。
更为具体来说，利用电流直接输入型芯片型霍尔传感器3(参考芯片ACS712)，此种芯片型霍尔元件的工作原理是通过流过其管脚的电流形成的磁场进行电流隔离测量，但由于其是电流直接输入，其管脚电流承载能力有限，无法通过大电流，本发明利此类磁电效应芯片的检测特性，采用电流不直接经过检测芯片的电流输入口，而是在检测芯片的底下，且是电路板的反面构建被检测电流的通路，利用被检测电流形成的外部磁场作用于检测芯片的内部传感电路，实现了电流的隔离测量。
在测量待测电流，特别是超过霍尔传感器的额定电流的待测电流时，通过霍尔传感器隔着PCB电路板测量电流回路所产生的磁场，通过测量磁场的磁场强度来检测待测电流的电流值。
由于电流不直接流过霍尔传感器3而是从焊接霍尔传感器3的电路板反面流过，中间隔了绝缘电路板，增加了检测电路的电气隔离能力，同时由于外部电流构建的磁场，其被检测的强度要小于电流直接流过霍尔传感器3而形成的磁场强度，所以可以大大扩大其对电流的检测范围，当然这种方式相当于减弱了芯片对于磁场检测的敏感度，导致小信号时测量精度下降。
针对这个问题的解决方式是在被测电流回路中串连一个电流互感器4，具体来说，所述电路回路2上串联有电流互感器4，利用电流互感器4测量小电流，在电流超过电流互感器4测量范围时，霍尔传感器3可以保证对大电流部分的测量能力，从而实现20倍额定电流的范围的测量能力。
在测量不超过电流互感器的额定电流的待测电流时，通过电流互感器测量待测电流的电流值。
换句话说，当待测电流不超过电流互感器的额定电流时，以电流互感器结果为准，当超过电流互感器的额定电流时，以霍尔传感器3的结果为准。
一般来说，霍尔传感器的额定电流最大为20A，电流互感器的额定电流不超过10A。
在本实施例中，所述PCB电路板1为单层或多层结构，优选为多层结构。
作为本实施例的进一步优选，所述电路回路2是印刷在PCB电路板1上的铜箔线路。
为了提高局部区域的磁场强度，从而增加霍尔芯片的输出信号幅值，所述电路回路2在正对霍尔传感器3的位置为一缩颈结构5，所述缩颈结构5的两条线路的间距小于电路回路2上其他位置的两个线路的距离。
作为本实施例的优选，所述电流互感器4和霍尔传感器3设置在PCB电路板1的同侧或PCB电路板1的两侧，具体参考图1，电流互感器4和霍尔传感器3设置在PCB电路板1的同侧，参考图2，电流互感器4和霍尔传感器3设置在PCB电路板1的正反两侧。
电流互感器4上具有脚A和脚B。
本实施例的具体直流电流流向是：电流从一个端子6进入，经过电流回路2，经过脚A，经过脚B，经过电流回路2，从另外一个端子6输出。
如果是交流电流，其电流是周期性变化，可参考直流电流的正向和反向的流动方向。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于，所述方法具体为：
采用一隔离测量电路来进行测量，所述隔离测量电路包括PCB电路板、霍尔传感器；所述PCB电路板的一面布置电路回路，所述PCB电路板的另外一面设置所述霍尔传感器，所述霍尔传感器与电路回路正对布置，所述PCB电路板上设置两个端子，所述两个端子与电路回路的两端电连接；
在测量待测电流时，通过霍尔传感器隔着PCB电路板测量电流回路所产生的磁场，通过测量磁场的磁场强度来检测待测电流的电流值。
2.根据权利要求1所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述电路回路上串联有电流互感器；
在测量不超过电流互感器的额定电流的待测电流时，通过电流互感器测量待测电流的电流值。
3.根据权利要求1所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述电流互感器的额定电流小于霍尔传感器的额定电流。
4.根据权利要求1所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述PCB电路板为单层或多层结构。
5.根据权利要求1所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述电路回路是印刷在PCB电路板上的铜箔线路。
6.根据权利要求1-4任一所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述电路回路在正对霍尔传感器的位置为一缩颈结构，所述缩颈结构的两条线路的间距小于电路回路上其他位置的两个线路的距离。
7.根据权利要求1-4任一所述的测量仪表用高动态范围交/直流电流的隔离测量方法，其特征在于：所述电流互感器和霍尔传感器设置在PCB电路板的同侧或PCB电路板的两侧。
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