CN114660347A - 一种电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电器元件技术领域，具体涉及一种电流传感器。所述电流传感器包括：电流线；反馈组件，包括第一绕组与第二绕组，第一绕组与第二绕组内穿设有磁芯，磁芯环绕形成闭环磁路；反馈组件还包括磁场感应单元，磁场感应单元与电流线对应设置，并适于在电流线内流通电流时检测感应磁场的大小；电路板，分别与磁场感应单元、第一绕组、第二绕组电连接，且电路板的两个接线端子适于分别与正电源和负电源电连接。本发明提供的电流传感器，使用双电源供电，能够增加输出宽度，且无需设置基准电压，直接参考系统地即可产生正负信号；并且在静态情况下，可以保证电流传感器静态输出为零，产品响应速度更快，精度更高，温度特性更好。

Description

一种电流传感器

技术领域

本发明涉及电器元件技术领域，具体涉及一种电流传感器。

背景技术

电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。在电力系统内起到自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更上等的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生，并受到广大电源设计者的青睐。电流传感器可以保证检测电路部分和原边电流部分实现电气隔离，增加使用便捷性和安全性。

现有技术中，电流传感器主要分为开环和闭环方式，并存在基于磁通门、hall(霍尔)和MR(磁阻)原理等。

单电源闭环磁通门电流传感器，在供电上使用单电源供电使得传感器内部需要设置基准电压，才能使传感器可以判断正负向电流，但单电源闭环磁通门电流传感器输出范围较窄，需要偏置电压，且需要设置基准电压。

Hall(霍尔)闭环电流传感器，在应用时需要在磁芯上开气隙，霍尔器件在气隙中感应到磁芯磁场，激励线圈产生反馈电流，通过检测反馈电流检测原边电流大小。

MR(磁阻)闭环电流传感器，在应用时同样需要在磁芯上开气隙，MR器件在气隙中感应到磁芯磁场，激励线圈产生反馈电流，通过检测反馈电流检测原边电流大小。

Hall闭环电流传感器与MR闭环传感器生产过程较为复杂，需要对芯片进行温度增益补偿修调，对结构要求更加严格，更易受外界磁场干扰。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电流传感器需要设置基准电压且输出范围较窄的缺陷，从而提供一种无需设置基准电压且输出范围更宽的电流传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种电流传感器，包括：

电流线；

反馈组件，包括第一绕组与第二绕组，所述第一绕组与所述第二绕组内穿设有磁芯，所述磁芯环绕形成闭环磁路；所述反馈组件还包括磁场感应单元，所述磁场感应单元与所述电流线对应设置，并适于在所述电流线内流通电流时检测感应磁场的大小；

电路板，分别与所述磁场感应单元、所述第一绕组、所述第二绕组电连接，且所述电路板的两个接线端子适于分别与正电源和负电源电连接。

可选的，所述磁场感应单元包括：

内骨架，由绝缘材质制成；

内骨架插针，数量为2根，固定于所述内骨架上，所述内骨架插针适于与所述电路板的对应插孔电连接；

内骨架绕线，绕制于所述内骨架的外周侧，且所述内骨架绕线的两端端头分别与一根所述内骨架插针电连接；

内磁芯，设置于所述内骨架上，并位于所述内骨架绕线的包覆范围内。

可选的，所述第一绕组包括：

第一骨架，由绝缘材质制成，所述第一骨架内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第一插针，数量为2根，固定于所述第一骨架上，所述第一插针适于与所述电路板的对应插孔电连接；

第一绕线，绕制于所述第一骨架的外周侧，且所述第一绕线的两端端头分别与一根所述第一插针电连接。

可选的，所述第二绕组包括：

第二骨架，由绝缘材质制成，所述第二骨架内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第二插针，数量为2根，固定于所述第二骨架上，所述第二插针适于与所述电路板的对应插孔电连接；

第二绕线，绕制于所述第二骨架的外周侧，且所述第二绕线的两端端头分别与一根所述第二插针电连接；

所述磁场感应单元至少部分的穿设于所述第二骨架的中空腔内。

可选的，所述磁芯包括：

第一磁芯、第二磁芯、第三磁芯；

所述第一磁芯具有位于所述第一骨架内的第一磁段，及位于所述第二骨架内的第二磁段，以及连接所述第一磁段和所述第二磁段的第三磁段；

所述第二磁芯具有位于所述第一骨架内并与所述第一磁段搭接连接的第四磁段，及位于所述第二骨架内并与所述第二磁段间隔设置的第五磁段，以及连接所述第四磁段与所述第五磁段的第六磁段；

所述第三磁芯位于所述第二骨架内并适于连通所述第二磁段与所述第五磁段；

所述第一磁芯与所述第二磁芯与所述第三磁芯共同围合形成闭环磁路。

可选的，所述电流传感器还包括：外壳，所述外壳上形成有过孔，所述电流线穿设于所述过孔内。

可选的，所述磁芯由坡莫合金材质制成。

可选的，所述电路板包括：正电源接线端子，所述正电源接线端子适于与正电源电连接，所述正电源的电压取值范围为+12V≤V_正≤+15V；

负电源接线端子，所述负电源接线端子适于与负电源电连接，所述负电源的电压取值范围为-12V≤V_负≤-15V。

可选的，所述电路板还包括：通信端子，所述通信端子适于与外部通信电路电连接。

可选的，所述磁场感应单元穿设于第二骨架内。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电流传感器，通过使电路板的两个接线端子分别与正电源和负电源电连接，使用双电源供电，能够增加输出宽度，且无需设置基准电压，直接参考系统地即可产生正负信号；并且在静态情况下，可以保证电流传感器静态输出为零，产品响应速度更快，精度更高，温度特性更好。

2.本发明提供的电流传感器，所述磁芯通过采用三根磁芯相拼接的形式，增加结构稳定性，增加磁通均匀程度，增加饱和响应速度。

3.本发明提供的电流传感器，通过采用±12V～±15V的宽双电源供电，使得产品输出能力更宽，可测量电流量程通过出厂前调整更换绕组匝数可形成最大25A～100A的额定测量，极限可以实现250A的瞬间检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明电流传感器的示意图；

图2为本发明电流传感器的分解状态示意图；

图3为本发明反馈组件的分解状态示意图；

图4为本发明磁芯的位置关系示意图；

图5为本发明电路板的结构示意图；

图6为本发明反馈组件的装配状态的透视图；

图7为本发明磁场感应单元的正视图；

图8为本发明磁场感应单元的俯视图；

图9为本发明第一绕组的正视图；

图10为本发明第二绕组的正视图；

图11为本发明电流传感器的电路连接示意图。

附图标记说明：

1-电流线，2-外壳，21-过孔；

3-反馈组件，

31-第一绕组，311-第一骨架，312-第一绕线，313-第一插针；

32-第二绕组，321-第二骨架，322-第二绕线，323-第二插针；

33-磁场感应单元，331-内骨架，332-内骨架绕线，333-内骨架插针，334-内磁芯；

341-第一磁芯，342-第二磁芯，343-第三磁芯；

4-电路板，41-正电源接线端子，42-负电源接线端子，43-通信端子。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

结合图1-图11所示，本实施例提供的电流传感器，包括：

电流线1；

反馈组件3，包括第一绕组31与第二绕组32，所述第一绕组31与所述第二绕组32内穿设有磁芯，所述磁芯环绕形成闭环磁路；所述反馈组件3还包括磁场感应单元33，所述磁场感应单元33与所述电流线1对应设置，并适于在所述电流线1内流通电流时检测感应磁场的大小；

电路板4，分别与所述磁场感应单元33、所述第一绕组31、所述第二绕组32电连接，且所述电路板4的两个接线端子适于分别与正电源和负电源电连接。

作为优选，所述电流传感器还包括：外壳2，所述外壳2上形成有过孔21，所述电流线1穿设于所述过孔21内。所述过孔21贯穿所述外壳2，使得所述外壳2的内部空间与所述过孔21彼此独立，从而在所述电流线1穿过所述过孔21时，电流线1与设置于外壳2内部其他电器元件并无直接连接关系。基于电磁感应原理，电流线1在流通电流时，能够产生感应磁场，并由所述磁场感应单元33检测感应磁场的大小。

所述电流线1适于与待测电路电连接。所述电流线1作为主级电流承载部分，由3相紫铜电流线组成，用来承载原边通过的大电流。本实施例提供的电流传感器，其电流线1的直径可以根据实际使用工况进行合理设置，以承载不同等级的电流。作为一种实施例，当承载电流在25A以下时，可以使用3根1mm电流线；作为另一种实施例，当承载电流在25A以上时，可以使用3根1.5mm电流线。

优选的，所述电路板4作为信号处理单元，其分别与所述磁场感应单元33、所述第一绕组31、所述第二绕组32电连接，且所述电路板4的两个接线端子适于分别与正电源和负电源电连接。

作为一种实现形式，所述电路板4上设置有三根信号pin脚，所述电路板4用于处理探头的感应信号，发送补偿指令，反馈补偿和输出电流信号。其中，在反馈电流驱动部分，引入了正负双电源补偿形式。

优选的，所述信号pin脚的尺寸可以为2.54mm。

当电流传感器工作时，所述第一绕组31与所述第二绕组32形成的激励线圈中加载固定频率、固定波形的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化达到饱和。当所述电流线1内无电流流过或无电流变化时，不存在外在电流所产生的被测磁场，则所述磁场感应单元33形成的检测线圈输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称。当所述电流线1内有电流流过或发生电流变化时，存在直流外在被测磁场，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使激励场使磁芯提前达到饱和，而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和。因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线中出现振幅差。该振幅差使得磁芯上感应线圈产生感应电流，感应电流通过三极管驱动产生可被测量的与原边信号成比例的电流信号，所述电路板4对信号加以处理，通过直接检测此电流来检测原边电流大小和波形情况；或者通过挂电阻采集电阻两端电压的方式来检测原边电流大小和波形情况。

本实施例提供的电流传感器，通过使电路板4的两个接线端子分别与正电源和负电源电连接，使用双电源供电，能够增加输出宽度，且无需设置基准电压，直接参考系统地即可产生正负信号；并且在静态情况下，可以保证电流传感器静态输出为零，产品响应速度更快，精度更高，温度特性更好。

优选的，所述外壳2经由注塑制成，并具体包括安装壳和上盖，用于保护产品，同时具有固定产品位置的作用。

具体地，所述磁场感应单元33包括：

内骨架331，由绝缘材质制成；

内骨架插针333，数量为2根，固定于所述内骨架331上，所述内骨架插针333适于与所述电路板4的对应插孔电连接；

内骨架绕线332，绕制于所述内骨架331的外周侧，且所述内骨架绕线332的两端端头分别与一根所述内骨架插针333电连接；

内磁芯334，设置于所述内骨架331上，并位于所述内骨架绕线332的包覆范围内。

所述磁场感应单元33起到感应磁场外发激励补偿信号作用。

可选的，所述内磁芯334的材质为非晶带材剪裁后制成，作为所述磁场感应单元33的具体制备过程，首先将所述内磁芯334通过高温薄胶带贴至内骨架331侧面，然后在其周围绕制内骨架绕线332，且需要绕制均匀，内骨架绕线332的两端端头分别固定在一根内骨架插针333上，且内骨架绕线332的端头在内骨架插针333上的绕线不少于5圈，搪锡不少于3圈，以保证良好接触。

具体地，所述第一绕组31包括：

第一骨架311，由绝缘材质制成，所述第一骨架311内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第一插针313，数量为2根，固定于所述第一骨架311上，所述第一插针313适于与所述电路板4的对应插孔电连接；

第一绕线312，绕制于所述第一骨架311的外周侧，且所述第一绕线312的两端端头分别与一根所述第一插针313电连接。

具体地，所述第二绕组32包括：

第二骨架321，由绝缘材质制成，所述第二骨架321内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第二插针323，数量为2根，固定于所述第二骨架321上，所述第二插针323适于与所述电路板4的对应插孔电连接；

第二绕线322，绕制于所述第二骨架321的外周侧，且所述第二绕线322的两端端头分别与一根所述第二插针323电连接；

所述磁场感应单元33至少部分的穿设于所述第二骨架321的中空腔内。

优选的，可以通过出厂前改变配置所述第一绕组31与所述第二绕组32的绕线圈数，改变电流传感器变比。

具体地，所述磁芯包括：

第一磁芯341、第二磁芯342、第三磁芯343；

所述第一磁芯341具有位于所述第一骨架311内的第一磁段，及位于所述第二骨架321内的第二磁段，以及连接所述第一磁段和所述第二磁段的第三磁段；

所述第二磁芯342具有位于所述第一骨架311内并与所述第一磁段搭接连接的第四磁段，及位于所述第二骨架321内并与所述第二磁段间隔设置的第五磁段，以及连接所述第四磁段与所述第五磁段的第六磁段；

所述第三磁芯343位于所述第二骨架321内并适于连通所述第二磁段与所述第五磁段；

所述第一磁芯341与所述第二磁芯342与所述第三磁芯343共同围合形成闭环磁路。

本实施例提供的电流传感器，所述磁芯通过采用三根磁芯相拼接的形式，增加结构稳定性，增加磁通均匀程度，增加饱和响应速度。

具体地，所述磁芯由坡莫合金材质制成。

优选的，本实施例中，所述磁芯使用闭合的折叠坡莫合金磁芯，坡莫合金磁芯拥有快速饱和和低磁滞效应特性。

具体地，所述电路板4包括：正电源接线端子41，所述正电源接线端子41适于与正电源电连接，所述正电源的电压取值范围为+12V≤V_正≤+15V；

负电源接线端子42，所述负电源接线端子42适于与负电源电连接，所述负电源的电压取值范围为-12V≤V_负≤-15V。

本实施例提供的电流传感器，通过采用±12V～±15V的宽双电源供电，使得产品输出能力更宽，可测量电流量程通过出厂前调整更换绕组匝数可形成最大25A～100A的额定测量，极限可以实现250A的瞬间检测。

具体地，所述电路板4还包括：通信端子43，所述通信端子43适于与外部通信电路电连接。

具体地，所述磁场感应单元33穿设于第二骨架321内。

本实施例提供的电流传感器，采用正负双电源供电，使用两组对管三极管搭建反馈电流驱动电路两端作为驱动源，在当所述磁场感应单元33感应正向电流时，反馈信号输出低电平，使得正向电源端三极管导通，产生正向补偿电流，此时正向补偿电流产生的磁场和感应磁场抵消，补偿电流之和等于原边电流，实现稳态。反之亦然。

此电路功能使得电流传感器在静态情况下，输出为零，在动态情况下，可以输出正向信号或负向信号。

优选的，本实施例提供的电流传感器，供应调节灵活，通过一种结构形式的设置，可同时满足多类型客户需求，例如用于测量电流大小，又如用于测量电流所需变比大小等，一物多用，适应性强。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电流传感器，其特征在于，包括：

电流线(1)；

反馈组件(3)，包括第一绕组(31)与第二绕组(32)，所述第一绕组(31)与所述第二绕组(32)内穿设有磁芯，所述磁芯环绕形成闭环磁路；所述反馈组件(3)还包括磁场感应单元(33)，所述磁场感应单元(33)与所述电流线(1)对应设置，并适于在所述电流线(1)内流通电流时检测感应磁场的大小；

电路板(4)，分别与所述磁场感应单元(33)、所述第一绕组(31)、所述第二绕组(32)电连接，且所述电路板(4)的两个接线端子适于分别与正电源和负电源电连接。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁场感应单元(33)包括：

内骨架(331)，由绝缘材质制成；

内骨架插针(333)，数量为2根，固定于所述内骨架(331)上，所述内骨架插针(333)适于与所述电路板(4)的对应插孔电连接；

内骨架绕线(332)，绕制于所述内骨架(331)的外周侧，且所述内骨架绕线(332)的两端端头分别与一根所述内骨架插针(333)电连接；

内磁芯(334)，设置于所述内骨架(331)上，并位于所述内骨架绕线(332)的包覆范围内。

3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述第一绕组(31)包括：

第一骨架(311)，由绝缘材质制成，所述第一骨架(311)内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第一插针(313)，数量为2根，固定于所述第一骨架(311)上，所述第一插针(313)适于与所述电路板(4)的对应插孔电连接；

第一绕线(312)，绕制于所述第一骨架(311)的外周侧，且所述第一绕线(312)的两端端头分别与一根所述第一插针(313)电连接。

4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述第二绕组(32)包括：

第二骨架(321)，由绝缘材质制成，所述第二骨架(321)内部形成有适于容纳所述磁芯的中空腔；

第二插针(323)，数量为2根，固定于所述第二骨架(321)上，所述第二插针(323)适于与所述电路板(4)的对应插孔电连接；

第二绕线(322)，绕制于所述第二骨架(321)的外周侧，且所述第二绕线(322)的两端端头分别与一根所述第二插针(323)电连接；

所述磁场感应单元(33)至少部分的穿设于所述第二骨架(321)的中空腔内。

5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述磁芯包括：

第一磁芯(341)、第二磁芯(342)、第三磁芯(343)；

所述第一磁芯(341)具有位于所述第一骨架(311)内的第一磁段，及位于所述第二骨架(321)内的第二磁段，以及连接所述第一磁段和所述第二磁段的第三磁段；

所述第二磁芯(342)具有位于所述第一骨架(311)内并与所述第一磁段搭接连接的第四磁段，及位于所述第二骨架(321)内并与所述第二磁段间隔设置的第五磁段，以及连接所述第四磁段与所述第五磁段的第六磁段；

所述第三磁芯(343)位于所述第二骨架(321)内并适于连通所述第二磁段与所述第五磁段；

所述第一磁芯(341)与所述第二磁芯(342)与所述第三磁芯(343)共同围合形成闭环磁路。

6.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还包括：外壳(2)，所述外壳(2)上形成有过孔(21)，所述电流线(1)穿设于所述过孔(21)内。

7.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述磁芯由坡莫合金材质制成。

8.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电路板(4)包括：正电源接线端子(41)，所述正电源接线端子(41)适于与正电源电连接，所述正电源的电压取值范围为+12V≤V_正≤+15V；

负电源接线端子(42)，所述负电源接线端子(42)适于与负电源电连接，所述负电源的电压取值范围为-12V≤V_负≤-15V。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的电流传感器，其特征在于，所述电路板(4)还包括：通信端子(43)，所述通信端子(43)适于与外部通信电路电连接。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的电流传感器，其特征在于，

所述磁场感应单元(33)穿设于第二骨架(321)内。

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