CN115453176B - 一种灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置，该灵敏度可切换式电流互感装置包括移动磁芯、第一磁芯、第二磁芯和磁芯驱动模块，移动磁芯设置有用于接入待测电流的原边线圈，第一磁芯设置有用于连接第一电流检测模块的第一副边线圈，第二磁芯设置有用于连接第二电流检测模块的第二副边线圈，其中，第二磁芯与第一磁芯的灵敏度不同；磁芯驱动模块用于驱动移动磁芯连通第一磁芯，形成第一磁路；或，驱动移动磁芯连通第二磁芯，形成第二磁路。从而提供了一种可切换的具有双灵敏度的电流互感装置，满足用户对不同范围的电流的测量需要。

Description

一种灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置

技术领域

本申请涉及电流测量技术领域，特别是涉及一种灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置。

背景技术

电流互感器是利用通电导线经过铁磁线圈后产生电磁感应而制造的，通常其结构包括闭合的铁芯、一次绕组和二次绕组，在使用中一次绕组串在待测线路中或直接让需要测量电流线路穿绕磁芯，因此经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，输出端与测量仪表和保护回路相连。

目前，常见的电流互感器都是针对电路电流的某一范围测量精度较高，当待测线路的电流超出该范围时，测量的准确性也会有所下降。这就使得用户要么接受不够准确的测量值要么更换电流互感器，无论哪种方式都给会用户带来极大的不便。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可调节检测范围，提高使用便利性的灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置。

一种灵敏度可切换式电流互感装置，包括：

移动磁芯，所述移动磁芯设置有用于接入待测电流的原边线圈；

第一磁芯，所述第一磁芯设置有第一副边线圈，所述第一副边线圈用于连接第一电流检测模块；

第二磁芯，所述第二磁芯设置有第二副边线圈，所述第二副边线圈用于连接第二电流检测模块；其中，所述第二磁芯和所述第一磁芯的灵敏度不同；

磁芯驱动模块，所述磁芯驱动模块用于驱动所述移动磁芯连通所述第一磁芯，形成第一磁路；或，驱动所述移动磁芯连通所述第二磁芯，形成第二磁路。

在其中一个实施例中，所述磁芯驱动模块包括：

连接组件，用于安装所述移动磁芯；

驱动机构，用于驱动所述连接组件，以使所述移动磁芯移动至与所述第二磁芯连通；

复位机构，用于复位所述连接组件，以使所述移动磁芯移动至与所述第一磁芯连通。

在其中一个实施例中，所述连接组件为磁性材料部件，所述驱动机构为电磁铁。

一种电流检测装置，包括：第一电流检测模块、第二电流检测模块、以及如上述的灵敏度可切换式电流互感装置；所述第一电流检测模块与所述第一副边线圈连接；所述第二电流检测模块与所述第二副边线圈连接。

在其中一个实施例中，所述磁芯驱动模块分别与所述第一电流检测模块和所述第二电流检测模块连接。

在其中一个实施例中，还包括输入开关电路，所述输入开关电路的受控端与所述第二电流检测模块连接，所述输入开关电路的输入侧用于接入待测电流，所述输入开关电路的输出侧用于连接所述原边线圈；

所述第二电流检测模块，还用于在确定所述待测电流的电流值大于预设过电流值时，控制所述输入开关电路断开接入所述原边线圈的待测电流。

在其中一个实施例中，所述第一电流检测模块包括：采样放大电路、转换调理电路和第一处理器；所述采样放大电路的输入侧与所述第一副边线圈连接；所述采样放大电路的输出端与所述转换调理电路的输入端连接；所述转换调理电路的输出端与所述第一处理器连接；

所述采样放大电路用于将所述第一副边线圈输出的第一感应电流转换为适配于所述转换调理电路的采样电压信号；

所述转换调理电路用于将所述采样电压信号的极性和幅值转换为适配于所述第一处理器的第一电压信号；

所述第一处理器用于根据所述第一电压信号确定所述待测电流的电流值。

在其中一个实施例中，所述第一电流检测模块还包括第一驱动电路和第一输入保护电路，所述第一驱动电路与所述第一处理器和所述磁芯驱动模块连接；所述第一输入保护电路连接所述采样放大电路的输入侧；

所述第一处理器还用于在确定所述待测电流的电流值大于预设大电流值时，通过所述第一驱动电路控制所述磁芯驱动模块上电，以驱动所述移动磁芯移动至与所述第二磁芯连通；

所述第一输入保护电路用于对所述采样放大电路进行过压保护。

在其中一个实施例中，所述第二电流检测模块包括：整流转换电路、采样调理电路和第二处理器；所述整流转换电路的输入侧与所述第二副边线圈连接，所述整流转换电路的输出侧与所述采样调理电路的输入侧连接，所述采样调理电路的输出端与所述第二处理器的输入端连接；

所述整流转换电路，用于将所述第二副边线圈输出的第二感应电流的极性转换为适配于所述采样调理电路的采样电流信号；

所述采样调理电路用于将所述采样电流信号转换为适配于所述第二处理器的第二电压信号；

所述第二处理器用于根据所述第二电压信号确定所述待测电流的电流值。

在其中一个实施例中，所述第二电流检测模块还包括第二驱动电路和第二输入保护电路，所述第二驱动电路与所述第二处理器和所述磁芯驱动模块连接；所述第二输入保护电路连接所述整流转换电路的输入侧；

所述第二处理器还用于在确定所述待测电流的电流值大于预设大电流值，且小于或等于预设过电流值时，通过所述第二驱动电路控制所述磁芯驱动模块上电，以驱动所述移动磁芯持续与所述第二磁芯连通；

所述第二输入保护电路用于对所述整流转换电路进行过压保护。

上述灵敏度可切换式电流互感装置和电流检测装置，该灵敏度可切换式电流互感装置包括移动磁芯、第一磁芯、第二磁芯和磁芯驱动模块，移动磁芯设置有用于接入待测电流的原边线圈，第一磁芯设置有用于连接第一电流检测模块的第一副边线圈，第二磁芯设置有用于连接第二电流检测模块的第二副边线圈，第二磁芯与第一磁芯的灵敏度不同；磁芯驱动模块用于驱动移动磁芯连通第一磁芯，形成第一磁路；或，驱动移动磁芯连通第二磁芯，形成第二磁路。从而提供了一种可切换的具有双灵敏度的电流互感装置，在待测电流的范围变化时，通过驱动移动磁芯连通第一磁芯或第二磁芯，切换为满足不同电流范围的检测磁路，满足用户对不同范围的电流的测量需要。

附图说明

图1为一实施例中灵敏度可切换式电流互感装置的结构框图；

图2为一实施例中灵敏度可切换式电流互感装置的部分结构示意图；

图3为一实施例中磁芯驱动模块的结构框图；

图4为另一实施例中灵敏度可切换式电流互感装置的结构示意图；

图5为一实施例中电流检测装置的结构框图；

图6为另一实施例中电流检测装置的结构框图；

图7为一实施例中第一电流检测模块的结构原理示意图；

图8为一实施例中第二电流检测模块的结构原理示意图。

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，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种灵敏度可切换式电流互感装置，包括移动磁芯10、第一磁芯20、第二磁芯30和磁芯驱动模块40。移动磁芯10设置有用于接入待测电流的原边线圈，第一磁芯20设置有第一副边线圈，第一副边线圈用于连接第一电流检测模块；第二磁芯30设置有第二副边线圈，第二副边线圈用于连接第二电流检测模块；第二磁芯30与第一磁芯20的灵敏度不同；磁芯驱动模块40用于驱动移动磁芯10连通第一磁芯20形成第一磁路；或，驱动移动磁芯10连通第二磁芯30，形成第二磁路。

其中，第一磁芯20和第二磁芯30都是不闭合的磁芯，形状不需要限定，可以是不闭合的环形、方形或其它形状。移动磁芯10的形状也不需要限定，可以是条形、弧形等。为便于理解，请参照图2，以第一磁芯20和第二磁芯30分别为未闭合的环形磁芯，移动磁芯10为一体双条状为例，第一磁芯20包括第一副边线圈21和第一芯体22，第二磁芯30包括第二副边线圈31和第二芯体32。当移动磁芯10移动至第一磁芯20侧时，移动磁芯10的芯体与第一芯体22形成闭合磁芯，从而形成第一磁路，与第一副边线圈21连接的第一电流检测模块通过第一副边线圈21接收到第一感应电流，并对该电流进行检测，从而确定待测电流的电流值。当移动磁芯10移动至第二磁芯30侧时，移动磁芯10的芯体与第二芯体32形成闭合磁芯，与第二副边线圈31连接的第二电流检测模块通过第二副边线圈31接收到第二感应电流，并对该电流进行检测，以确定待测电流的电流值。

第一磁芯20和第二磁芯30的结构可以根据实际需要分别设置，以对应检测不同范围的电流，例如，其中一个为用于检测小电流，另一个为用于检测大电流，为了便于理解，下述均以第一磁芯20用于检测小电流，第二磁芯30用于检测大电流进行解释说明。

第一磁芯20可以使用高灵敏磁芯，第二磁芯30使用低灵敏磁芯。两者的磁感应性能可以有差异，如磁灵敏度、磁导率、最大磁饱和度等具有较大差别；两者还可以具有不同的尺寸、形状和材料，可以并列于同平面排布，但中间存在空隙，均是不完整闭合的磁路。

由于高灵敏磁芯具有高分辨率、高磁敏感度，由此保证第一磁芯20构成的互感结构可精确地测量微弱小电流，如几百微安至几十毫安大小的电信号。但是当待测电流产生一定波动或增加时，高灵敏磁芯高分辨率、高磁敏感度的特征将容易无法适应于偏大些的电流测量。为了能够在待测电流产生增大和波动的情况下，使第一磁芯20的芯体和线圈不会因外加磁场增大达到磁路饱和，进而产生线性度失真、内部激磁电流冲击和异常温升，可以将移动磁芯10与第一磁芯20的磁路和激磁电流断开，同时将原边线圈接入到低灵敏磁芯的第二磁芯30的磁路。此后，将由低灵敏磁芯的第二磁芯30输出对应的感应电流信息。由于该第二磁芯30在结构上具有与第一磁芯20不同尺寸的芯体、副边线圈匝数和铁磁材料，第二磁芯30可更适合检测相对较大值的电流，如几百毫安至若干安培大小的电流信号。第一电流检测模块和第二电流检测模块可以结合第一磁芯20和第二磁芯30所要检测的电流的范围进行设置。

进而，本实施例中，不仅可以实现对微安、毫安级别的小电流的精确测量，也可在防止磁路饱和的前提下完成百毫安或若干安培的较大电流测量，解决了传统小电流互感器应用中遇到剩磁干扰、饱和失真、微弱电流量测量不稳、体积大、装置复杂的测量问题，有效地提升了测流范围、测量可靠性和稳定性，且可以与小型化、轻薄化的设计兼容，能够有效控制安装体积。

还需要说明的是，随着应用场景的不同，灵敏度可切换式电流互感装置还可以增设更多的磁芯，以满足对不同电流范围和精度的测量需求。具体的，在一实施例中，第一磁芯20和第二磁芯30可以分别为多个；在另一实施例中，还可以增设与第一磁芯20和第二磁芯30的灵敏度都不同的第三磁芯、第四磁芯和第五磁芯等。在这两种方式中，磁芯的数量都为多个，移动磁芯10具体与哪一个磁芯连通还是由磁芯驱动模块40驱动的，磁芯驱动模块40可以由单独的控制器控制，也可以由第一电流检测模块或第二电流检测模块控制，还可以由操作人员手工控制，具体不需要限定。

上述该灵敏度可切换式电流互感装置包括移动磁芯10、第一磁芯20、第二磁芯30和磁芯驱动模块40，移动磁芯10设置有用于接入待测电流的原边线圈，第一磁芯20设置有用于连接第一电流检测模块的第一副边线圈，第二磁芯30设置有用于连接第二电流检测模块的第二副边线圈，第二磁芯30与第一磁芯20的灵敏度不同；磁芯驱动模块40用于驱动移动磁芯10连通第一磁芯20，形成第一磁路；或，驱动移动磁芯10连通第二磁芯30，形成第二磁路。从而提供了一种可切换的具有双灵敏度的电流互感装置，在待测电流的范围变化时，通过驱动移动磁芯10连通第一磁芯20或第二磁芯30，切换为满足不同电流范围的检测磁路，满足用户对不同范围的电流的测量需要。

在一个实施例中，如图3所示，磁芯驱动模块40包括连接组件41、驱动机构42和复位机构43。连接组件41用于安装移动磁芯10；驱动机构42用于驱动连接组件41，以使移动磁芯10移动至与第二磁芯30连通；复位机构43用于复位连接组件41，使移动磁芯10移动至与第一磁芯20连通。

在实际应用时，移动磁芯10的初始位置可以是与第一磁芯20保持连通的第一位置，当复位机构43工作时，通过控制连接组件41，使得安装于连接组件41的移动磁芯10恢复至第一位置，与第一磁芯20连通，形成闭合磁芯。当需要切换磁芯时，通过驱动机构42驱动移动磁芯10移动至与第二磁芯30连通的第二位置，移动磁芯10保持在第二位置，持续与第二磁芯30连通，形成闭合磁芯，从而实现磁芯切换。

驱动机构42和复位机构43的结构可以结合实际需要设置，在一实施例中，驱动机构42和复位机构43可以分别为驱动电机和用于驱动电机的驱动控制器，驱动电机和驱动控制器的具体结构无需进行限定，本领域技术人员可以参考本领域常用技术进行设置，只需要实现上述对应的功能即可。

在另一实施例中，如图4所示，驱动机构42为电磁铁421，连接组件41为磁性材料部件；磁性材料是指能对磁场作出反应的材料。具体的，连接组件41用于安装移动磁芯10的芯体11，从而电磁铁421的螺线圈上电磁化时，吸引磁性材料部件移动，带动移动磁芯10移动并保持在第二位置。

再一实施例中，驱动机构42为电磁铁421，连接组件41包括磁性材料部件和设置于磁性材料部件的固定部件，磁性材料部件通过固定部件与移动磁芯10连接。可以理解的，固定部件可以由磁性材料构成，也可以由其它材料构成。

在一实施例中，磁芯驱动模块40还包括固定机构44，复位机构43可以包括复位弹簧431，复位弹簧431和电磁铁421安装于固定机构44的两侧，当电磁铁421的螺线圈通电磁化时，吸引连接组件41移动并保持在第二位置的同时，连接组件41也带动复位弹簧431拉伸；当电磁铁421断电后，螺线圈失去磁性，连接组件41不再受磁力，随后处于被拉伸状态的复位弹簧431拉动连接组件41，使移动磁芯10回到第一位置处。

进一步地，固定机构44还设置有第一限位端子45和第二限位端子46，当电磁铁421上电后，连接组件41带动移动磁芯10移动至第二限位端子46处后，便由第二限位端子46对其进行限位，使其保持与第二磁芯30保持连通；当电磁铁421断电后，复位弹簧431拉动移动磁芯10回第一位置处后，由第一限位端子45对其限位，使其保持与第一磁芯20保持连通，从而可靠的实现第一磁芯20和第二磁芯30的稳定连通。

进一步地，固定机构44设置有隔磁隧道，电磁铁421和复位弹簧431设置于隔磁隧道内的两侧。该隔磁隧道仅在两个限位端子间存在滑槽开缝以及电磁铁421的进线孔，其余均为封闭结构，且采用非导磁材料制作而成，能够有效防止电磁铁421通电磁化后影响对待测电流的检测结果。其中，非导磁材料可以但不限于是铜、锌、铝、碳酸钙等材料。

基于上述结构，本申请提供的灵敏度可切换式电流互感装置具有双灵敏度，在待测电流的范围变化时，通过驱动移动磁芯10连通第一磁芯20或第二磁芯30，切换为满足不同电流范围的检测磁路，满足用户对不同范围的电流的测量需要。不仅可以实现对微安、毫安级别的小电流测量，也可在防止磁路饱和的前提下完成百毫安或若干安培的较大电流测量，有效地提升了电流的测流范围，可靠性和稳定性更高。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种电流检测装置，包括灵敏度可切换式电流互感装置100、第一电流检测模块200以及第二电流检测模块300；第一电流检测模块200与第一副边线圈连接；第二电流检测模块300与第二副边线圈连接。

灵敏度可切换式电流互感装置100的结构可以参照上述实施例进行设置，第一电流检测模块200用于在移动磁芯10与第一磁芯20连通时，根据第一副边线圈输出的第一感应电流检测待测电流；第二电流检测模块300用于在移动磁芯10与第二磁芯30连通时，根据第二副边线圈输出的第二感应电流检测待测电流。第一电流检测模块200和第二电流检测模块300的结构可以结合第一磁芯20和第二磁芯30所要检测的电流的范围进行设置。第一电流检测模块200和第二电流检测模块300可以均与后级电路连接，分别传输对待测电流进行检测的检测结果至后级电路，后级电路可以是显示模块或控制系统等，需要结合实际情况设置。从而该电流检测装置可以实现对不同范围的待测电流的检测，满足用户对不同范围的电流的测量需要。

在一个实施例中，如图6所示，磁芯驱动模块40分别与第一电流检测模块200和第二电流检测模块300连接。

具体的，第一电流检测模块200内可以设置有小电流对应的电流范围，第二电流检测模块300内设置有大电流对应的电流范围。当移动磁芯10与第一磁芯20连通时，第一电流检测模块200对待测电流进行检测，当检测到待测电流大于小电流对应的电流范围的最大值时，第一电流检测模块200控制磁芯驱动模块40中的电磁铁421上电，使移动磁芯10移动至与第二磁芯30连通，此时，由第二电流检测模块300对待测电流进行检测，同时，第二电流检测模块300持续控制磁芯驱动模块40中的电磁铁421持续通电，从而使移动磁芯10持续保持与第二磁芯30导通。当待测电流变小，第二电流检测模块300检测到待测电流小于大电流对应的电流范围时，第二电流检测模块300停止输出第二驱动信号，电磁铁421断电，复位弹簧431将移动磁芯10拉回至与第一磁芯20连通，再次由第一电流检测模块200检测待测电流。

进一步地，为了提高对磁芯切换控制的准确性，第一电流检测模块200和第二电流检测模块300还可以根据第一副边线圈和第二副边线圈输出的感应电流对磁饱和度进行判断，进而根据磁饱和度和检测到的待测电流大小控制磁芯驱动模块40。

在一实施例中，电流检测装置还包括输入开关电路400，输入开关电路400的受控端与第二电流检测模块300连接，输入开关电路400的输入侧用于接入待测电流，输入开关电路400的输出侧用于连接原边线圈。第二电流检测模块300还用于在确定待测电流的电流值大于预设过电流值时，控制输入开关电路400断开接入原边线圈的待测电流。

预设过电流值需要结合实际情况设置，例如为大电流对应的范围的最大值。当第二电流检测模块300检测到待测电流大于预设过电流值时，判断待测电流超出最大测量上限，此时第二磁芯30的互感磁路中可能会达到过饱和，继续测量将得到不准确的结果，此时为了保护各元器件，需要断开待测电流，停止继续检测。

进一步地，第二电流检测模块300还根据检测到的待测电流的电流值对第二副边线圈的磁饱和度进行判断，在磁饱和度达到了预设过流饱和度时，则确定超过检测上限，控制输入开关电路400断开接入原边线圈的待测电流。预设过流饱和度可以结合实际情况设置。

进一步地，第二电流检测模块300可以在控制输入开关电路400断开接入原边线圈的待测电流后，定期控制输入开关电路400接入待测电流，再次对第二感应电流进行检测，再次判断磁芯第二磁芯30的饱和状态，若饱和度仍较高，则再次控制输入开关电路400断开，直至检测到其饱和度降为安全范围内，再控制输入开关电路400持续接入待测电流，恢复检测。

在一实施例中，输入开关电路400的受控端还与第一电流检测模块200的输出端连接，第一电流检测模块200在确定待测电流的小于预设小电流阈值时，控制输入开关电路400断开接入原边线圈的待测电流。预设小电流阈值可以是小电流对应的范围的最小值，从而在待测电流异常偏低时停止检测，保证检测的准确性。第一电流检测模块200也可以在控制输入开关电路400断开接入原边线圈的待测电流后，定期控制输入开关电路400接入待测电流，再次对待测电流进行检测，当其满足测量范围时，恢复检测。

在一个实施例中，如图7所示，可以理解的，图示电流互感器T1表示移动磁芯10连通第一磁芯20时的灵敏度可切换式电流互感装置的结构。第一电流检测模块200包括采样放大电路201、转换调理电路202和第一处理器203，采样放大电路201的输入侧与第一磁芯20的第一副边线圈连接，采样放大电路201的输出端与转换调理电路202的输入端连接，转换调理电路202的输出端连接第一处理器203的输入端。采样放大电路201用于将第一副边线圈输出的第一感应电流转换为适配于转换调理电路202的采样电压信号，即，对第一感应电流进行采样，转换为电压信号，并对电压信号进行放大为可以供转换调理电路202进行处理的采样电压信号。转换调理电路202用于将采样电压信号的极性和幅值转换为适配于第一处理器203的第一电压信号；第一处理器203用于根据第一电压信号确定待测电流的电流值。

该第一电流检测模块200接在高灵敏磁芯（用于检测小电流的第一磁芯20）的线圈后级，采样放大电路201具体可以为二阶滤波放大电路，不仅可以去除易埋没小电流信号的杂扰，还可以将采样到的电流信号转换为电压信号变换并对其进行适当地放大，以便于达到后级的转换调理电路202的输入要求。

转换调理电路202可以包括依次连接的绝对值电路2021和同相放大电路2022，绝对值电路2021用于来实现采样电压信号的双极性到单极性的转换，同相放大电路2022用于对转换后的电压信号进行放大，以形成能够满足第一处理器203读取需求的具有一定电压幅值的单极性的第一电压信号。

第一处理器203可以结合实际需要进行设置，例如为MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），图示为MCU1，则转换调理电路202输出的第一电压信号需满足MCU1内置ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）的读取需要。可以理解的，为了提高检测精度，还可以在转换调理电路202与MCU之间设置高精度ADC，此处不进行赘述。

在一实施例中，第一电流检测模块200还包括第一驱动电路204，第一驱动电路204分别与第一处理器203和磁芯驱动模块40连接。第一处理器203还用于在确定待测电流的电流值大于预设大电流值时，通过第一驱动电路204控制磁芯驱动模块40上电，以驱动移动磁芯10移动至与第二磁芯30连通。

其中，预设大电流值可以为小电流对应的范围的最大值，具体需要结合实际情况设置。第一处理器203在检测到待测电流的电流值大于预设大电流值时，控制第一驱动电路204使磁芯驱动模块40上电，从而磁芯驱动模块40驱动移动磁芯10移动至与第二磁芯30形成第二磁路。在第一处理器203确定待测电流的电流值不大于预设大电流值时，控制第一驱动电路204使磁芯驱动模块40断电，此时移动磁芯10持续与第一磁芯20形成闭合磁路，第一处理器203根据该互感回路进行测量。

进一步地，第一处理器203还根据检测到的待测电流的电流值对第一副边线圈的磁饱和度进行判断，在磁饱和度达到了预设第一饱和度时，也通过第一驱动电路204控制驱动模块40上电，以切换至第二磁路。预设第一饱和度需要结合实际情况设置。

为了提高电路的安全性，第一电流检测模块200还包括连接采样放大电路201的输入侧的第一输入保护电路205，第一输入保护电路205用于对采样放大电路201进行过压保护。从而避免互感到第一副边线圈的过压冲击和浪涌影响到后级电路。

在一实施例中，第一输入保护电路205包括第一保护二极管D1和第二保护二极管D2，第一保护二极管D1的阴极和第二保护二极管D2的阳极连接，第一保护二极管D1的阳极和第二保护二极管D2的阴极连接，第二保护二极管D2的两端用于连接采样放大电路201的输入侧。

在一实施例中，采样放大电路201包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一运放U2A、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。第一电阻R1的第一端用于与第一磁芯20的副边线圈的一端连接，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端和第三电阻R3的第一端连接，第二电阻R2的第二端连接第一运放U2A的反相输入端，第三电阻R3的第二端连接第一运放U2A的输出端，第一运放U2A的同相输入端接入第一磁芯20的副边线圈的另一端，第一运放U2A的正电源端连接电源VCC，第一运放U2A的负电源端接地。第一电容C1设置于第二电阻R2的第一端与第一运放U2A的同相输入端之间，第二电容C2设置于第二电阻R2的第二端与第一运放U2A的输出端之间，第三电容C3设置于第一运放U2A的同相输入端与第一运放U2A的正电源端之间，第一运放U2A的同相输入端还接地GND。其中，第一电阻R1的第一端和第一运放U2A的同相输入端作为采样放大电路201的输入侧，第一电阻R1的第一端与第二保护二极管D2的阳极连接，第一运放U2A的同相输入端与第二保护二极管D2的阴极连接，第一运放U2A的输出端作为采样放大电路201的输出端。

转换调理电路202中的绝对值电路2021为由第二运放U1A和第三运放U1B及其外围电路组成的精密整流电路，具体包括第二运放U1A、第三运放U1B、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D3和第二二极管D4。第二运放U1A和第三运放U1B的负电源端分别与第一运放U2A的负电源端连接，第二运放U1A的反相输入端连接第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端和第一二极管D3的阳极，第四电阻R4的第二端连接第二二极管D4的阴极，第二二极管D4的阳极和第一二极管D3的阴极分别连接第二运放U1A的输出端，第五电阻R5的第二端接地。

第六电阻R6的第一端连接第二二极管D4的阴极，第六电阻R6的第二端分别连接第七电阻R7的第一端和第三运放U1B的反相输入端，第七电阻R7的第二端和第三运放U1B的输出端连接，第三运放U1B的同相输入端与第二运放U1A的同相输入端连接，第三运放U1B的正电源端与第二运放U1A的正电源端连接电源VCC。其中，第二运放U1A的同相输入端作为转换调理电路202的输入端，连接第一运放U2A的输出端。

进一步地，转换调理电路202中的同相放大电路2022包括第四运放U2B、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四电容C5。第八电阻R8的第一端连接第三运放U1B的输出端，第八电阻R8的第二端连接第四运放U2B的同相输入端，第四运放U2B的反相输入端连接第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端连接第十一电阻R11的第一端，第九电阻R9的第二端还接地，第十一电阻R11的第二端连接第四运放U2B的输出端和第十电阻R10的第一端，第十电阻R10的第二端作为转换调理电路202的输出端，第四电容C5的第一端连接第十电阻R10的第二端，第四电容C5的第二端接地。

MCU1的ADC接口即为第一处理器203的输入端，MCU1的输入/输出接口GPIO0即为第一处理器203的输出端，MCU1的电源输入接口连接电源VCC，接地接口接地。

结合实际情况，第一运放U2B和第四运放U2B可以集成于同一运放芯片，第二运放U1A和第三运放U1B集成于同一运放芯片。

在一实施例中，第一驱动电路204包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五电容C4、第一开关管Q1和第三二极管D5。第五电容C4并联连接在第十三电阻R13的两端。第十三电阻R13的第一端为第一驱动电路204的输入端，与第一处理器203的输出端连接；第十三电阻R13的第二端与第十二电阻R12的第一端和第一开关管Q1的受控端连接，第十二电阻R12的第二端和第一开关管Q1的第一端接地，第一开关管Q1的第二端连接第十四电阻R14的第一端，第十四电阻R14的第二端和第三二极管D5的阳极连接，第三二极管D5的阴极连接电源VCC。第十四电阻R14的第二端和第三二极管D5的阴极分别用于连接磁芯驱动模块40中电磁铁421的螺线圈两端。

为了便于连接，第一驱动电路204还可以包括第一连接端子J1，第三二极管D5的阴极和第十四电阻R14的第二端对应连接第一连接端子J1的两个接插接口，图示以第三二极管D5的阴极连接第一连接端子J1的接插接口1、第十四电阻R14的第二端连接第一连接端子J1的接插接口2为例，当第一连接端子J1与电磁铁421的螺线圈两端对应连接时，接插接口1即为电流输入端，接插接口2为电流输出端，从而使电磁铁421通电磁化。

第一开关管Q1的类型可以结合实际需要进行选取，例如为MOS（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管），MOS管的栅极作为第一开关管Q1的受控端，MOS管的源极作为第一开关管Q1的第一端，MOS管的漏极作为第一开关管Q1的第二端。

在一实施例中，如图8所示，其中，电流互感器T2表示移动磁芯10连通第二磁芯30时的灵敏度可切换式电流互感装置的结构。第二电流检测模块300包括整流转换电路301、采样调理电路302和第二处理器303；整流转换电路301的输入侧与第二磁芯30的第二副边线圈连接，整流转换电路301的输出侧与采样调理电路302的输入侧连接，采样调理电路302的输出端与第二处理器303的输入端连接。整流转换电路301用于将第二副边线圈输出的第二感应电流的极性转换为适配于采样调理电路302的采样电流信号；采样调理电路302用于将采样电流信号转换为适配于第二处理器303的第二电压信号；第二处理器303用于根据第二电压信号确定待测电流的电流值。

在一实施例中，整流转换电路301可以包括整流桥BR1，整流桥BR1可以为全桥也可以为半桥。具体地，整流桥BR1可以采用四个二极管组成，整流桥BR1的两个输入端作为整流转换电路301的输入侧，分别连接第二副边线圈的两端，整流桥BR1的两个输出端作为整流转换电路301的输出侧。

在一实施例中，采样调理电路302包括采样电阻RS、电压跟随器U3A、第十五电阻R15和前置放大滤波电路3021；采样电阻RS的两端作为采样调理电路302的输入侧，分别连接整流桥BR1的两个输出端，采样电阻RS的第一端还连接电压跟随器U3A的同相输入端，采样电阻RS的第二端和电压跟随器U3A的负电源端接地，电压跟随器U3A的反相输入端与输出端连接，电压跟随器U3A的正电源端连接电源VCC，电压跟随器U3A的输出端通过第十五电阻R15连接前置放大滤波电路3021。

采样电阻RS能够将采样电流信号转换为电压信号，通过设置电压跟随器U3A能够稳定采样电阻RS两端的电压，其高输入阻抗防止接入干扰，同时实现后级前置放大滤波电路3021的阻抗匹配。前置放大滤波电路3021能够将微弱的电压信号放大到合适的第二电压信号，供后续第二处理器303使用。

在一实施例中，前置放大滤波电路3021包括第五运放U4A、第六运放U4B、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8。第十五电阻R15的第一端与电压跟随器U3A的输出端连接，第十五电阻R15的第二端连接第五运放U4A的反相输入端和第十六电阻R16的第一端，第十六电阻R16的第二端和第五运放U4A的输出端连接，第五运放U4A的同相输入端连接第十七电阻R17的第一端、第十八电阻R18的第一端和第六运放U4B的同相输入端；第十八电阻R18的第二端和第五运放U4A的正电源端均连接电源VCC，第十七电阻R17的第二端和第五运放U4A的负电源端均接地。第六电容C6的第一端连接第十七电阻R17的第二端，第六电容C6的第二端连接第十八电阻R18的第二端。

第十九电阻R19的第一端连接第五运放U4A的输出端，第十九电阻R19的第二端连接第六运放U4B的反相输入端、第二十电阻R20的第一端和第七电容C7的第一端，第二十电阻R20的第二端和第七电容C7的第二端分别连接第六运放U4B的输出端。第六运放U4B的正电源端连接电源VCC，负电源端接地。第二十一电阻R21的第一端连接第六运放U4B的输出端，第二十一电阻R21的第二端与第八电容C8的第一端连接，第八电容C8的第二端接地，第二十一电阻R21与第八电容C8连接的公共端为采样调理电路302的输出端。

第二处理器303为MCU2，该MCU2的ADC接口为第二处理器303的输入端，MCU2的电源输入接口连接电源VCC，接地接口接地。

本实施例中，第二电流检测模块300连接的第二磁芯30输出的第二感应电流通常更大，第二副边线圈可以看做一个电流源，整流桥BR1上二极管的压降不会影响采样电阻RS上的电压。通过整流桥BR1将双极性的第二感应电流信号转换为单极性采样电流信号，再用采样电阻RS将采样电流信号转换为电压信号，通过电压跟随器U3A稳定采样电阻RS的电压。此外，为了防止幅值太小而导致MCU2模数转换精度不够，需要将微弱的电压信号放大到一定电平来得到合适的第二电压信号，供后续MCU2使用，因此设置前置放大电路。前置放大电路分别利用第五运放U4A、第六运放U4B构成两级反向比例放大，可以将输入的电压信号放大两百余倍，第六运放U4B构成的第二级放大电路还具有滤波作用，滤除经在第五运放U4A构成的一级放大后传递而来的杂声信号，于是使信号在传输过程中失真较小，以保证信号的稳定性。结合实际情况，第五运放U4A和第六运放U4B也可以集成于同一运放芯片。

在一实施例中，如图8所示，第二电流检测模块300还包括第二驱动电路304，第二驱动电路304与第二处理器303和磁芯驱动模块40连接。第二处理器303还用于在确定待测电流的电流值大于预设大电流值，且小于或等于预设过电流值时，通过第二驱动电路304控制磁芯驱动模块40上电，以驱动移动磁芯10持续与第二磁芯30连通。

第二处理器303在确定待测电流的电流值大于预设大电流值，且小于或等于预设过电流值时，确定此时待测电流在其的测量范围内，此时通过第二驱动电路304控制磁芯驱动模块40上电，从而由磁芯驱动模块40驱动移动磁芯10持续与第二磁芯30形成第二磁路。

进一步地，第二处理器303在确定待测电流低于预设小电流值时，通过第二驱动电路304控制磁芯驱动模块40断电，以使移动磁芯10恢复至与第一磁芯20构成闭合磁路，再次由第一电流检测模块200检测待测电流。预设小电流值可以为大电流对应的范围的最小值，在实际设置时，该大电流对应的范围的最小值可以与小电流对应的范围的最大值相等，以实现大电流和小电流检测的连续性。

从而该电流检测装置能够在待测电流具有一定波动的情况下，自主切换对应电流范围的磁路及对应的电流检测模块，以实现测量精度切换。避免小电流测量磁路因磁传导率低、磁饱和度小、量程有限引起的线性度失真、磁芯温升、磁场干扰和线路过压等，也避免大电流检测磁芯回路灵敏度低、响应慢、磁芯剩磁大、激磁消耗大引起对小电流检测时存在稳定性差、计量不准确、小信号捕捉能力差的不足。

为了避免互感到第二副边线圈的过压冲击和浪涌影响到后级的各电路，第二电流检测模块300还可以包括第二输入保护电路305，第二输入保护电路305连接整流转换电路301的输入侧，第二输入保护电路305用于对整流转换电路301进行过压保护。

在一实施例中，第二电流检测模块300包括第一瞬态抑制二极管D7和第二瞬态抑制二极管D8。第一瞬态抑制二极管D7的阴极和第二瞬态抑制二极管D8的阳极连接，第一瞬态抑制二极管D7的阳极和第二瞬态抑制二极管D8的阴极连接，第二瞬态抑制二极管D8的两端用于连接整流转换电路301的输入侧，具体连接整流桥BR1的两个输入端。

在一实施例中，第二驱动电路304包括第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第九电容C9、第二开关管Q2和第四二极管D6。第二十二电阻R22的第一端为第二驱动电路304的输入端，连接MCU2的输入/输出接口GPO0；第二十二电阻R22连接第二十三电阻R23的第一端和第二开关管Q2的受控端，第二十三电阻R23的第二端和第二开关管Q2的第一端均接地，第九电容C9并联连接在第二十二电阻R22两端，第二开关管Q2的第二端连接第二十四电阻R24的第一端，第二十四电阻R24的第二端连接第四二极管D6的阳极，第四二极管D6的阴极连接电源VCC，第四二极管D6的阴极和第二十四电阻R24的第二端分别用于连接磁芯驱动模块40中电磁铁421的螺线圈两端。

在一实施例中，第二驱动电路304还包括第二连接端子J2，第二十四电阻R24的第二端和第四二极管D6的阴极对应连接第二连接端子J2的两个接插接口，在实际应用中，第二连接端子J2分别连接电磁铁421的螺线圈，从而方便操作，且连接更稳定。

综上，本申请上述电流检测装置，可实现对线路的待测电流的传感监测，并根据检测结果判别待测电流大小和磁芯饱和度，从而切换至匹配的量程、精度、饱和上限的磁芯和后级电流检测模块。在对微小电流的测量时，能将毫安级电流检测的误差控制在8%以内，检测精度高，在对大电流的测量时，准确性高。该装置自适应能力和可靠性更高，且结构简单，体积更小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种灵敏度可切换式电流互感装置，其特征在于，包括：

移动磁芯，所述移动磁芯设置有用于接入待测电流的原边线圈；

第一磁芯，所述第一磁芯设置有第一副边线圈，所述第一副边线圈用于连接第一电流检测模块；

第二磁芯，所述第二磁芯设置有第二副边线圈，所述第二副边线圈用于连接第二电流检测模块；其中，所述第二磁芯与所述第一磁芯的灵敏度不同，所述第一磁芯为高灵敏磁芯，所述第二磁芯为低灵敏磁芯，所述第一电流检测模块用于检测小电流，所述第二电流检测模块用于检测大电流；

磁芯驱动模块，所述磁芯驱动模块用于驱动所述移动磁芯连通所述第一磁芯，形成第一磁路；或，驱动所述移动磁芯连通所述第二磁芯，形成第二磁路。

2.根据权利要求1所述的灵敏度可切换式电流互感装置，其特征在于，所述磁芯驱动模块包括：

连接组件，用于安装所述移动磁芯；

驱动机构，用于驱动所述连接组件，以使所述移动磁芯移动至与所述第二磁芯连通；

复位机构，用于复位所述连接组件，以使所述移动磁芯移动至与所述第一磁芯连通。

3.根据权利要求2所述的灵敏度可切换式电流互感装置，其特征在于，所述连接组件为磁性材料部件，所述驱动机构为电磁铁。

4.一种电流检测装置，其特征在于，包括：第一电流检测模块、第二电流检测模块以及如权利要求1-3任意一项所述的一种灵敏度可切换式电流互感装置；所述第一电流检测模块与所述第一副边线圈连接；所述第二电流检测模块与所述第二副边线圈连接。

5.根据权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，所述磁芯驱动模块分别与所述第一电流检测模块和所述第二电流检测模块连接。

6.根据权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，还包括输入开关电路，所述输入开关电路的受控端与所述第二电流检测模块连接，所述输入开关电路的输入侧用于接入待测电流，所述输入开关电路的输出侧用于连接所述原边线圈；

所述第二电流检测模块，在确定所述待测电流的电流值大于预设过电流值时，控制所述输入开关电路断开接入所述原边线圈的待测电流。

7.根据权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，所述第一电流检测模块包括：采样放大电路、转换调理电路和第一处理器；所述采样放大电路的输入侧与所述第一副边线圈连接；所述采样放大电路的输出端与所述转换调理电路的输入端连接；所述转换调理电路的输出端与所述第一处理器连接；

所述采样放大电路用于将所述第一副边线圈输出的第一感应电流转换为适配于所述转换调理电路的采样电压信号；

所述转换调理电路用于将所述采样电压信号的极性和幅值转换为适配于所述第一处理器的第一电压信号；

所述第一处理器用于根据所述第一电压信号确定所述待测电流的电流值。

8.根据权利要求7所述的电流检测装置，其特征在于，所述第一电流检测模块还包括第一驱动电路和第一输入保护电路，所述第一驱动电路与所述第一处理器和所述磁芯驱动模块连接；所述第一输入保护电路连接所述采样放大电路的输入侧；

所述第一处理器还用于在确定所述待测电流的电流值大于预设大电流值时，通过所述第一驱动电路控制所述磁芯驱动模块上电，以驱动所述移动磁芯移动至与所述第二磁芯连通；

所述第一输入保护电路用于对所述采样放大电路进行过压保护。

9.根据权利要求4所述的电流检测装置，其特征在于，所述第二电流检测模块包括：整流转换电路、采样调理电路和第二处理器；所述整流转换电路的输入侧与所述第二副边线圈连接，所述整流转换电路的输出侧与所述采样调理电路的输入侧连接，所述采样调理电路的输出端与所述第二处理器的输入端连接；

所述整流转换电路，用于将所述第二副边线圈输出的第二感应电流的极性转换为适配于所述采样调理电路的采样电流信号；

所述采样调理电路用于将所述采样电流信号转换为适配于所述第二处理器的第二电压信号；

所述第二处理器用于根据所述第二电压信号确定所述待测电流的电流值。

10.根据权利要求9所述的电流检测装置，其特征在于，所述第二电流检测模块还包括第二驱动电路和第二输入保护电路，所述第二驱动电路与所述第二处理器和所述磁芯驱动模块连接；所述第二输入保护电路连接所述整流转换电路的输入侧；

所述第二处理器还用于在确定所述待测电流的电流值大于预设大电流值，且小于或等于预设过电流值时，通过所述第二驱动电路控制所述磁芯驱动模块上电，以驱动所述移动磁芯持续与所述第二磁芯连通；

所述第二输入保护电路用于对所述整流转换电路进行过压保护。

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