CN115343519A - 一种通用集成化电流传感控制器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种通用集成化电流传感控制器，包括罗氏线圈以及磁阻传感器，磁阻传感器包括至少一个磁阻传感芯片；罗氏线圈与磁阻传感器均与控制单元电连接；罗氏线圈与磁阻传感器至少有一个连接脱扣信号单元。本申请利用罗氏线圈对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈加入电流传感控制器中，当直流故障电流发生时，相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈捕捉，从而实现故障电流的测量，扩大了直流电流传感控制器的测量范围，以便控制单元进行判断和动作，进一步扩大了直流传感器控制器的应用场景；罗氏线圈的加入扩大了交流电流的测量范围。

Description

一种通用集成化电流传感控制器
技术领域
本申请涉及断路器技术领域，尤其涉及一种通用集成化电流传感控制器。
背景技术
现有断路器的直流传感器无法同时满足高精度小电流(A)和大电流(kA)的测量，并且在大电流保护的一些应用场合中必须使用辅助电源才能工作；现有直流传感器对使用环境的温度较为敏感，影响测量的准确性；控制电路复杂，生产时的校准和测试也较为复杂。
现有的应用磁阻传感芯片的磁阻传感器，由于受到磁阻传感芯片的测量范围的限制，同样无法实现高精度小电流(A)和大电流(kA)的测量。
罗氏线圈是一种交流电流传感器，适用于较宽频率范围的交流电流的测量，具有较快的瞬间反应能力，广泛应用于交流电流测量中，但是，罗氏线圈无法测量零赫兹的电流，因此无法应用于缓变的直流电流测量中。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本申请提出一种通用集成化电流传感控制器。
一种通用集成化电流传感控制器，包括罗氏线圈以及磁阻传感器，磁阻传感器包括至少一个磁阻传感芯片；罗氏线圈与磁阻传感器均与控制单元电连接；罗氏线圈与磁阻传感器至少有一个连接脱扣信号单元；控制单元用于接收罗氏线圈与磁阻传感器测量的电流值并进行判断与控制；脱扣信号单元用于接收罗氏线圈或磁阻传感器的信号，并根据设置的阈值控制机械脱扣单元动作。
在一些实施方式中，罗氏线圈用于测量直流短路情况下的故障电流；磁阻传感器用于测量正常工作下的直流电流。由此，利用罗氏线圈对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈加入电流传感控制器中，当直流故障电流发生时，相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈捕捉，从而实现故障电流的测量，扩大了直流电流传感控制器的测量范围，以便控制单元进行判断和动作，进一步扩大了直流传感器控制器的应用场景。
在一些实施方式中，罗氏线圈用于测量磁阻传感器测量量程外的交流电流；磁阻传感器用于测量磁阻传感器测量量程内的交流电流。由此，罗氏线圈的加入避免了因磁阻传感芯片的测量范围受到限制导致的交流电流测量的量程较小，扩大了交流电流的测量范围。
在一些实施方式中，还包括电流互感器，电流互感器通过取电单元分别与控制单元以及磁阻传感器电连接。由此，在发生直流短路时，电流互感器二次侧的绕组产生感应电流，感应电流通过取电单元为磁阻传感器与控制单元供电，无需外部电源供电，扩大了电流传感控制器的应用场景。
在一些实施方式中，罗氏线圈通过积分单元与控制单元电连接。由此，积分单元将罗氏线圈输出的被测电流的微分电压信号转换为被测电流的电压信号。
在一些实施方式中，罗氏线圈包括由非磁性材料制成的支撑件以及在支撑件上盘绕的线圈。
在一些实施方式中，支撑件为印制电路板，磁阻传感器、控制单元、取电单元和积分单元均设置在支撑件上。由此，将磁阻传感器、控制单元、取电单元、积分单元均设置在罗氏线圈的PCB板上，减少电流传感控制器的体积与成本，使电流传感控制器可应用于更多领域和场景。
在一些实施方式中，罗氏线圈为柔性罗氏线圈。
在一些实施方式中，控制单元与机械脱扣单元电连接。由此，将原来需要传统脱扣器完成的功能整合在电流传感控制器中，提高了集成度，丰富了电流传感控制器的功能，降低了生产成本。
在一些实施方式中，罗氏线圈的支撑件上设置脱扣信号单元，脱扣信号单元与机械脱扣单元电连接。由此，通过在PCB板上直接设置脱扣信号单元直接控制机械脱扣单元，降低控制单元的设计难度，提高电流传感控制器的适用性。
本申请的有益效果是，利用罗氏线圈对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈加入电流传感控制器中，当直流故障电流发生时，相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈捕捉，从而实现故障电流的测量，扩大了直流电流传感控制器的测量范围，以便控制单元进行判断和动作，进一步扩大了直流传感器控制器的应用场景。同时，罗氏线圈的加入避免了因磁阻传感芯片的测量范围受到限制导致的交流电流测量的量程较小，扩大了交流电流的测量范围。
另外，在本申请技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式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申请的一些实施方式，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为本申请一个实施例提供的一种通用集成化电流传感控制器的结构示意图。
图2为本申请一个实施例提供的一种通用集成化电流传感控制器的电路控制示意图。
图3为本申请另一个实施例提供的一种通用集成化电流传感控制器的结构示意图。
图4为本申请另一个实施例提供的一种通用集成化电流传感控制器的电路控制示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。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。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
实施例：
参考说明书附图1-2，示出了本申请一个实施例提供的一种通用集成化电流传感控制器，包括包括罗氏线圈1以及磁阻传感器2，磁阻传感器2包括至少一个磁阻传感芯片3；罗氏线圈1与磁阻传感器2均与控制单元4电连接；罗氏线圈1与磁阻传感器2至少有一个连接脱扣信号单元9；控制单元4用于接收罗氏线圈1与磁阻传感器2测量的电流值并进行判断与控制；脱扣信号单元9用于接收罗氏线圈1或磁阻传感器2的信号，并根据设置的阈值控制机械脱扣单元8动作。
在可选的实施例中，罗氏线圈1用于测量直流短路情况下的故障电流；磁阻传感器2用于测量正常工作下的直流电流。由此，利用罗氏线圈对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈加入电流传感控制器中，当直流故障电流发生时，相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈捕捉，从而实现故障电流的测量，扩大了直流电流传感控制器的测量范围，以便控制单元进行判断和动作，进一步扩大了直流传感器控制器的应用场景。
在可选的实施例中，罗氏线圈1用于测量磁阻传感器2测量量程外的交流电流；磁阻传感器2用于测量磁阻传感器2测量量程内的交流电流。由此，罗氏线圈的加入避免了因磁阻传感芯片的测量范围受到限制导致的交流电流测量的量程较小，扩大了交流电流的测量范围。
本申请的工作原理是，在直流电流测量中，当正常工作时，直流电流通过电导体13，磁阻传感器2采集到电流值并传输至控制单元4；当短路故障发生时，电流突变，罗氏线圈1的二次输出侧感应出相应的短路电流信号，并传输至控制单元4。在交流电流测量中，当交流电流超过磁阻传感器2的测量量程时，罗氏线圈1对交流电流进行测量，扩大了交流电流测量的范围。
罗氏线圈1的二次侧和磁阻传感器2中至少有一个与脱扣信号单元9电连接。脱扣信号单元9接收罗氏线圈1二次侧信号或磁阻传感器2的信号后，根据设置的阈值直接控制机械脱扣单元8动作。由此，使脱扣动作时间大大缩短，提高断路器的反应速度；将原来需要传统脱扣器完成的功能整合在电流传感控制器中，提高了集成度，丰富了电流传感控制器的功能，降低了生产成本；同时降低了脱扣动作对控制单元4的依赖，无需经过控制单元4，即可实现脱扣保护。
本申请通过利用罗氏线圈1对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈1加入电流传感控制器中，在直流电流测量中，当短路故障发生时，故障电流相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈1捕捉，从而实现故障时大电流的测量，扩大了电流传感控制器的测量范围，以便控制单元4进行判断和动作；同时配合磁阻传感器2进行正常工作时电流的测量，满足更多应用场景，提高电流传感控制器的适应性；磁阻传感芯片对温度敏感程度不高且控制电路简单，进一步提高电流传感控制器对各种应用场合的适应能力，提高测量精度。在交流电流测量中，罗氏线圈解决了由于磁阻传感芯片的测量范围受到限制导致的交流电流测量的量程较小的问题，扩大了交流电流的测量范围。
在可选的实施例中，磁阻传感器2需要经过调理单元31后与脱扣信号单元9电连接。
在可选的实施例中，磁阻传感芯片3可以是各向异性磁电阻AMR(AnisotropicMagneto resistance，AMR)磁阻芯片、巨磁电阻GMR(Giant Magneto resistance，GMR)磁阻芯片或隧道磁电阻TMR(Tunnel Magneto Resistance)磁阻芯片中的任意一种。
参考说明书附图2和3，在可选的实施例中，电流传感控制器还包括电流互感器5，电流互感器5通过取电单元6分别与控制单元4以及磁阻传感器2电连接。由此，在发生直流短路时，电流互感器二次侧的绕组产生感应电流，感应电流通过取电单元6为控制单元4和磁阻传感器2供电，无需外部电源供电，扩大了电流传感控制器的应用场景。
在可选的实施例中，磁阻传感器2中的磁阻传感芯片3可以通过调理单元31与控制单元4电连接。具体的，调理单元31可以与所述取电单元6连接，当故障发生时，由取电单元6进行供电。
在可选的实施例中，若磁阻传感芯片3内集成有调理单元31，磁阻传感芯片3也可以直接与控制单元4电连接。
在可选的实施例中，磁阻传感器2设置在PCB板上，此时，调理单元31和控制单元4均可设置在磁阻传感器2所在的PCB板上。由此，将控制单元整合在磁阻传感器上，提高了集成度，减少电流传感控制器的体积与成本，使电流传感控制器可应用于更多领域和场景。
在可选的实施例中，当电流传感控制器中包含电流互感器5时，磁阻传感器2中的磁阻传感芯片33可以置于电流互感器5的磁环中。由此，进一步减少电流传感控制器的体积，提高集成度。
在可选的实施例中，罗氏线圈1通过积分单元7与控制单元4电连接。由此，积分单元7将罗氏线圈1输出的被测电流的微分电压信号转换为被测电流的电压信号，提高测量精度。
在可选的实施例中，罗氏线圈1包括由非磁性材料制成的支撑件11以及在支撑件11上盘绕的线圈12。具体的，线圈12缠绕在中心开口的支撑件11周围，在中心开口中接收电导体13。
在可选的实施例中，支撑件11可以是印制电路板，磁阻传感器2、控制单元4、取电单元6和积分单元7均设置在支撑件11上。由此，将磁阻传感器2、控制单元4、取电单元6、积分单元7均设置在罗氏线圈的PCB板上，减少电流传感控制器的体积与成本，使电流传感控制器可应用于更多领域和场景。
在可选的实施例中，积分单元7可以是积分器，也可以是加载在控制单元4中的积分程序。
在可选的实施例中，罗氏线圈1为柔性罗氏线圈。
在可选的实施例中，电流互感器3可以是带有铁芯的电流互感器。
参考说明书附图4，在可选的实施例中，控制单元4可以直接与机械脱扣单元8电连接。由此，将原来需要传统脱扣器完成的功能整合在电流传感控制器中，提高了集成度，丰富了电流传感控制器的功能，降低了生产成本。
在可选的实施例中，罗氏线圈1的支撑件11上设置脱扣信号单元9，脱扣信号单元9与机械脱扣单元8电连接。由此，通过在PCB板上直接设置脱扣信号单元直接控制机械脱扣单元，降低控制单元4的设计难度，提高电流传感控制器的适用性。
在可选的实施例中，脱扣信号单元9与控制单元4电连接，将故障脱扣的信号发送至控制单元4。由此，控制单元可根据罗氏线圈1与磁阻传感器2的测量信号与脱扣信号单元9的脱扣信号进行故障类型与故障电流的记录，便于故障情况的回溯。
本申请提供的一种通用集成化电流传感控制器，可应用于框架断路器和塑壳断路器，通过利用罗氏线圈1对电流变化的瞬间反应能力，将罗氏线圈1加入电流传感控制器中，在直流电流测量中，当短路故障发生时，故障电流相对于直流来说形成脉冲电流，脉冲电流产生的突变磁场能够被罗氏线圈1捕捉，从而实现故障时大电流的测量，扩大了电流传感控制器的测量范围，以便控制单元4进行判断和动作；同时配合磁阻传感器2进行正常工作时电流的测量，满足更多应用场景，提高电流传感控制器的适应性；磁阻传感芯片对温度敏感程度不高且控制电路简单，进一步提高电流传感控制器对各种应用场合的适应能力，提高测量精度。在交流电流测量中，罗氏线圈解决了由于磁阻传感芯片的测量范围受到限制导致的交流电流测量的量程较小的问题，扩大了交流电流的测量范围。
以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，包括罗氏线圈(1)以及磁阻传感器(2)，所述磁阻传感器(2)包括至少一个磁阻传感芯片(3)；所述罗氏线圈(1)与所述磁阻传感器(2)均与控制单元(4)电连接；所述罗氏线圈(1)与所述磁阻传感器(2)至少有一个连接脱扣信号单元(9)；所述控制单元(4)用于接收所述罗氏线圈(1)与所述磁阻传感器(2)测量的电流值并进行判断与控制；所述脱扣信号单元(9)用于接收所述罗氏线圈(1)或所述磁阻传感器(2)的信号，并根据设置的阈值控制机械脱扣单元(8)动作。
2.根据权利要求1所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，
所述罗氏线圈(1)用于测量直流短路情况下的故障电流；
所述磁阻传感器(2)用于测量正常工作下的直流电流。
3.根据权利要求1所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，
所述罗氏线圈(1)用于测量所述磁阻传感器(2)测量量程外的交流电流；
所述磁阻传感器(2)用于测量所述磁阻传感器(2)测量量程内的交流电流。
4.根据权利要求1所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，还包括电流互感器(5)，所述电流互感器(5)通过取电单元(6)分别与所述控制单元(4)以及所述磁阻传感器(2)电连接。
5.根据权利要求4所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述罗氏线圈(1)通过积分单元(7)与所述控制单元(4)电连接。
6.根据权利要求5所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述罗氏线圈(1)包括由非磁性材料制成的支撑件(11)以及在所述支撑件(11)上盘绕的线圈(12)。
7.根据权利要求6所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述支撑件(11)为印制电路板，所述磁阻传感器(2)、所述控制单元(4)、取电单元(6)和所述积分单元(7)均设置在所述支撑件(11)上。
8.根据权利要求1所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述罗氏线圈(1)为柔性罗氏线圈。
9.根据权利要求1所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述控制单元(4)与所述机械脱扣单元(8)电连接。
10.根据权利要求6所述的一种通用集成化电流传感控制器，其特征在于，所述罗氏线圈(1)的支撑件(11)上设置所述脱扣信号单元(9)，所述脱扣信号单元(9)与所述机械脱扣单元(8)电连接。
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