CN116754820A - 一种电流检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电流传感器技术领域，具体涉及一种电流检测系统及其检测方法，本电流检测系统包括：处理单元、线圈本体、测温模块和自激振荡模块；线圈本体通过自激振荡模块向处理单元输出占空比信号和振荡电流信号，根据占空比信号计算穿过磁芯的原边电流；通过测温模块从测温段采集相应测温电压，根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体的温度值；通过线圈本体的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿；本发明通过设置测温模块，能够利用本就绕制在磁芯上的线圈本体和既有信号来测量线圈本体的温度，无需额外给线圈本体提供检测电流，能准确地对占空比信号的温漂进行补偿，提高占空比信号的精度。

Description

一种电流检测系统及其检测方法

技术领域

本发明属于电流传感器技术领域，具体涉及一种电流检测系统及其检测方法。

背景技术

电流传感器是指测量被测回路的电流的器件，其中磁通门电流传感器具有高精度的优点。如图1所示，传统的磁通门电流传感器包含磁芯1、感应线圈2，其中从感应线圈2的自激振荡中提取被测电流的常见方法有两种，一种是测量自激振荡的占空比，另一种是测量自激振荡的平均电流。其中，占空比在测量大电流时由于感应线圈2自身发热而误差较大，因此现有量产的大量程的磁通门电流传感器中都基于平均电流的方法，但是自激振荡的平均电流测量对电路硬件要求较高，因此成本较高。

同时，虽然有时也利用占空比信号，但是真正的电流检测结果依然依据平均电流，占空比信号只作为辅助校验信号。由占空比信号计算得的电流的误差依然很大，因此即便作为辅助校验信号，其巨大的误差对校验功能的有效性造成了很大的限制，比如当平均电流信号出现异常而其误差未超出占空比信号的误差程度时，此种校验不能给出有效判定。

对于占空比信号受感应线圈2自身发热引起的误差，现有技术中的缓解方法是在处理电路上靠近感应线圈2的位置布置热敏电阻，通过测量感应线圈2的温度来对此误差进行补偿。但是由于热敏电阻无法真正完全贴紧感应线圈2，所测得的感应线圈2的检测温度与感应线圈2的实际温度依然存在误差，同时热敏电阻设置在感应线圈2上某一段区域，热敏电阻只能检测感应线圈2上局部区域的温度，感应线圈2的局部区域温度与整体温度依然存在误差，导致最终的补偿效果有限。

因此，亟需开发一种新的电流检测系统及其检测方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电流检测系统及其检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电流检测系统，其包括：处理单元、线圈本体、与所述处理单元电性相连的测温模块和自激振荡模块；其中所述线圈本体绕制在被测原边电流穿过的磁芯上，所述线圈本体的两端连接自激振荡模块；所述线圈本体分为至少一个感应段和测温段，所述测温段的两端连接测温模块；所述线圈本体通过自激振荡模块向处理单元输出占空比信号和振荡电流信号，以使所述处理单元根据占空比信号计算穿过磁芯的原边电流；所述处理单元通过测温模块从测温段采集相应测温电压，且所述处理单元根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体的温度值；所述处理单元通过线圈本体的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿。

进一步，所述测温段位于感应段的首端或测温段位于感应段的末端或测温段位于两感应段之间。

进一步，所述测温段分为正向绕制段和反向绕制段；各所述感应段的绕制方向相同，所述正向绕制段的绕制方向与感应段的绕制方向相同，所述反向绕制段的绕制方向与感应段的绕制方向相反。

进一步，所述正向绕制段的绕制匝数与反向绕制段的绕制匝数相同。

进一步，各所述感应段与测温段串联，各所述感应段、测温段分别绕制在同一磁芯上相同长度区域内，且各所述感应段的分布长度总和与测温段的分布长度相等。

进一步，所述测温模块包括：差分运放电路；所述差分运放电路连接测温段的两端，且所述差分运放电路与处理单元电性相连；所述差分运放电路采集测温段的测温电压，以发送至所述处理单元；所述处理单元根据测温段的测温电压、线圈本体的振荡电流及测温段的线材温度系数计算线圈本体的温度值。

进一步，所述自激振荡模块通过采样电阻获取振荡电流信号；所述处理单元将测温段的测温电压与采样电阻两端的电压进行比较，且当所述测温段的测温电压与采样电阻两端的电压的差值超过预设容限后，所述处理单元输出故障信号。

进一步，所述处理单元根据测温段的测温电压与测温段在初始温度下的阻值计算流过测温段的电流，所述处理单元根据采样电阻两端的电压与采样电阻的电阻计算流过采样电阻的电流；当流过所述测温段的电流与流过采样电阻的电流的差值超过预设限值后，所述处理单元输出故障信号。

进一步，所述处理单元将由占空比信号计算得到的原边电流与由振荡电流计算得到的原边电流进行比较，当两者的差值超过预设限值时，所述处理单元输出故障信号。

另一方面，本发明提供一种采用如上述的电流检测系统的检测方法，其包括：将线圈本体绕制在被测原边电流穿过的磁芯上及线圈本体的两端连接自激振荡模块；将线圈本体分为至少一个感应段和测温段，将测温段的两端连接测温模块；线圈本体通过自激振荡模块输出占空比信号和振荡电流信号，并根据占空比信号计算穿过磁芯的原边电流；通过测温模块从测温段采集相应测温电压，并根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体的温度值；通过线圈本体的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿。

本发明的有益效果是，本发明通过设置测温模块，能够利用本就绕制在磁芯上的线圈本体和既有信号来测量线圈本体的温度，无需额外给线圈本体提供检测电流，能准确地对占空比信号的温漂进行补偿，提高占空比信号的精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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是现有技术中的电流传感器的线圈结构示意图；

图2是本发明的电流检测系统的线圈结构示意图；

图3是本发明的电流检测系统的电路示意图；

图4是本发明的电流检测系统的一种可选实施方式的电路图。

图中：

1、磁芯；2、感应线圈；3、线圈本体；31、感应段；32、测温段；321、正向绕制段；322、反向绕制段；323、中间线头；324、转折接头；33、起始线头；34、结束线头；

RS、采样电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1，在本实施例中，如图2至图4所示，本实施例提供了一种电流检测系统，其包括：处理单元、线圈本体3、与所述处理单元电性相连的测温模块和自激振荡模块；其中所述线圈本体3绕制在被测原边电流穿过的磁芯1上，所述线圈本体3的两端连接自激振荡模块；所述线圈本体3分为至少一个感应段31和测温段32，所述测温段32的两端连接测温模块；所述线圈本体3通过自激振荡模块向处理单元输出占空比信号和振荡电流信号，以使所述处理单元根据占空比信号计算穿过磁芯1的原边电流；所述处理单元通过测温模块从测温段32采集相应测温电压，且所述处理单元根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体3的温度值；所述处理单元通过线圈本体3的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿。

在本实施例中，本实施例通过设置测温模块，能够利用本就绕制在磁芯1上的线圈本体3和既有信号来测量线圈本体3的温度，无需额外给线圈本体3提供检测电流，能准确地对占空比信号的温漂进行补偿，提高占空比信号的精度。

在本实施例中，由于线圈本体3本身会输出振荡电流信号，因此，流过测温段32、感应段31的电流与振荡电流信号是一致的，通过测温模块检测测温段32的测温电压，能够精确计算出测温段32的阻值，由于测温段32的线材温度系数是已知的，并且测温段32与感应段31是一体且连续的，线圈本体3的温度值与测温段32的温度相等，即能精确测得线圈本体3的温度值，克服热敏电阻无法完全贴紧感应线圈2导致测温结果产生误差及热敏电阻无法检测感应线圈2整体温度导致测温结果产生误差的问题。

在本实施例中，作为线圈本体3的一种可选实施方式，测温段32采用与感应段31完全相同的漆包线型号，从而保证两者的温度特性相同，这样可以提高温补的准确性。

在本实施例中，作为线圈本体3的另一种可选实施方式，测温段32采用与感应段31不同的漆包线型号，但是测温段32不可选用比感应段31线径更细的型号。

在本实施例中，线圈本体3为连续的线圈绕制而成，线圈本体3上设置有起始线头33、结束线头34，线圈本体3通过起始线头33、结束线头34连接自激振荡模块。

在本实施例中，利用线圈本体3中本就存在的振荡电流，无需额外给测温段32提供检测电流，由于电流传感器的本身要求感应线圈2中含有振荡电流，并基于振荡电流来检测原边电流，振荡电流的大小通过自激振荡模块检测，测温段32的电压通过测温模块检测。

在本实施例中，所述测温段32位于感应段31的首端或测温段32位于感应段31的末端或测温段32位于两感应段31之间。

线在本实施例中，测温段32可以选择在线圈本体3的任意段，比如绕制线圈本体3时最初的一段或是中间段或是末尾段，优选为测温段32在线圈本体3的末尾段。

在本实施例中，所述测温段32分为正向绕制段321和反向绕制段322；各所述感应段31的绕制方向相同，所述正向绕制段321的绕制方向与感应段31的绕制方向相同，所述反向绕制段322的绕制方向与感应段31的绕制方向相反。

在本实施例中，如图3所示，图中L1为感应段31的线圈，L2为正向绕制段321的线圈，L3为反向绕制段322的线圈。

在本实施例中，所述正向绕制段321的绕制匝数与反向绕制段322的绕制匝数相同。

在本实施例中，各所述感应段31与测温段32串联，各所述感应段31、测温段32分别绕制在同一磁芯1上相同长度区域内，且各所述感应段31的分布长度总和与测温段32的分布长度相等。

在本实施例中，测温段32为连续的线圈，需要正向绕制段321、反向绕制段322的原因是为了抵消掉磁芯1中磁通变化引起的感生电动势，同时不会增加复杂的电路结构。

在本实施例中，当测温段32选择在线圈本体3的末尾段时，绕制过程如下：先按已有方式绕制感应段31，至感应段31绕制结束，此时线圈本体3上含有一个起始线头33和中间线头323，中间线头323预留一定长度，继续正向绕制测温段32至需要的圈数，形成一个转折接头324，再反向绕制测温段32至相同圈数，此时线圈本体3上含有起始线头33、中间线头323和结束线头34，起始线头33和结束线头34间通以激振电压，中间线头323和结束线头34连接测温模块。

在本实施例中，所述测温模块包括：差分运放电路；所述差分运放电路连接测温段32的两端，且所述差分运放电路与处理单元电性相连；所述差分运放电路采集测温段32的测温电压，以发送至所述处理单元；所述处理单元根据测温段32的测温电压、线圈本体3的振荡电流及测温段32的线材温度系数计算线圈本体3的温度值。

在本实施例中，，处理单元通过差分运放电路从S3端获取测温段32的测温电压。

在本实施例中，测温段32通过自身电阻随温度变化，进而在其中有振荡电流通过时输出电压也随温度变化，在振荡电流已经测得的前提下即可测得测温段32自身的温度，并进而测得线圈本体3的整体温度，从而准确地对电流传感器的占空比信号的温漂进行补偿，提高占空比信号的精度。

在本实施例中，作为自激振荡模块的一种可选实施方式，所述自激振荡模块包括：H桥电路和RC滤波电路；所述H桥电路连接线圈本体3的两端，所述RC滤波电路连接H桥电路与处理单元；所述线圈本体3通过H桥电路、RC滤波电路向处理单元输出占空比信号。

在本实施例中，处理单元从S1端获取占空比信号。

在本实施例中，作为自激振荡模块的另一种可选实施方式，所述自激振荡模块还包括：采样电阻RS和电压采集电路；所述采样电阻RS连接线圈本体3，所述电压采集电路连接采样电阻RS的两端，所述电压采集电路与处理单元电性相连；所述电压采集电路采集采样电阻RS两端的电压以发送至处理单元，所述处理单元根据采样电阻RS两端的电压及采样电阻RS的阻值计算线圈本体3的振荡电流。

在本实施例中，处理单元从S2端获取振荡电流信号。

在本实施例中，测温段32的绕制长度的选择上，使得测温段32的阻值接近采样电阻RS的阻值，作为采样电阻RS、测温段32的一种可选实施方式，采样电阻RS的阻值为1Ω，测温段32采用0.25Ω/m的漆包线时，绕制4m。

在本实施例中，所述处理单元将测温段32的测温电压与采样电阻RS两端的电压进行比较，且当所述测温段32的测温电压与采样电阻RS两端的电压差值超过预设容限后，所述处理单元输出故障信号。

在本实施例中，测温段32还用于诊断与采样电阻RS的电压测量相关的故障，提高测试结果的精度。

在本实施例中，所述处理单元根据测温段32的测温电压与测温段32在初始温度下的阻值计算流过测温段32的电流，所述处理单元根据采样电阻RS两端的电压与采样电阻RS的电阻计算流过采样电阻RS的电流；当流过所述测温段32的电流与流过采样电阻RS的电流的差值超过预设限值后，所述处理单元输出故障信号。

在本实施例中，测温段32在出厂时在初始温度下能够得到相应阻值。

在本实施例中，所述处理单元将由占空比信号计算得到的原边电流与由振荡电流计算得到的原边电流进行比较，当两者的差值超过预设限值时，所述处理单元输出故障信号。

在本实施例中，处理单元将测温段32的测温电压与采样电阻RS两端的电压进行比较与处理单元将流过测温段32的电流与流过采样电阻RS的电流进行比较可同时使用。同时上述两者或两者之一的比较结果还能够联合占空比信号计算得到的原边电流与由振荡电流计算得到的原边电流的比较结果一起使用。以上各校验可以单独使用，也可以联合使用以提供更丰富的故障诊断参考信息。

实施例2，在实施例1的基础上，本实施例提供一种采用如实施例1所提供的电流检测系统的检测方法，其包括：获取占空比信号，根据占空比信号计算磁芯1上的原边电流；检测线圈检测机构的振荡电流；从线圈检测机构采集相应测温电压，该测温电压及线圈检测机构的振荡电流计算线圈检测机构的温度值；通过线圈检测机构的温度值对原边电流进行补偿。

综上所述，本发明通过设置测温模块，能够利用本就绕制在磁芯上的线圈本体和既有信号来测量线圈本体的温度，无需额外给线圈本体提供检测电流，既能抵消掉磁芯中磁通变化引起的感生电动势，同时能准确地对占空比信号的温漂进行补偿，提高占空比信号的精度。

本申请中选用的各个器件（未说明具体结构的部件）均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本发明实施例的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种电流检测系统，其特征在于，包括：

处理单元、线圈本体、与所述处理单元电性相连的测温模块和自激振荡模块；其中

所述线圈本体绕制在被测原边电流穿过的磁芯上，所述线圈本体的两端连接自激振荡模块；

所述线圈本体分为至少一个感应段和测温段，所述测温段的两端连接测温模块；

所述线圈本体通过自激振荡模块向处理单元输出占空比信号和振荡电流信号，以使所述处理单元根据占空比信号计算穿过磁芯的原边电流；

所述处理单元通过测温模块从测温段采集相应测温电压，且所述处理单元根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体的温度值；

所述处理单元通过线圈本体的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿。

2.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

所述测温段位于感应段的首端或测温段位于感应段的末端或测温段位于两感应段之间。

3.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

所述测温段分为正向绕制段和反向绕制段；

各所述感应段的绕制方向相同，所述正向绕制段的绕制方向与感应段的绕制方向相同，所述反向绕制段的绕制方向与感应段的绕制方向相反。

4.如权利要求3所述的电流检测系统，其特征在于，

所述正向绕制段的绕制匝数与反向绕制段的绕制匝数相同。

5.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

各所述感应段与测温段串联，各所述感应段、测温段分别绕制在同一磁芯上相同长度区域内，且各所述感应段的分布长度总和与测温段的分布长度相等。

6.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

所述测温模块包括：差分运放电路；

所述差分运放电路连接测温段的两端，且所述差分运放电路与处理单元电性相连；

所述差分运放电路采集测温段的测温电压，以发送至所述处理单元；

所述处理单元根据测温段的测温电压、线圈本体的振荡电流及测温段的线材温度系数计算线圈本体的温度值。

7.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

所述自激振荡模块通过采样电阻获取振荡电流信号；

所述处理单元将测温段的测温电压与采样电阻两端的电压进行比较，且当所述测温段的测温电压与采样电阻两端的电压的差值超过预设容限后，所述处理单元输出故障信号。

8.如权利要求7所述的电流检测系统，其特征在于，

所述处理单元根据测温段的测温电压与测温段在初始温度下的阻值计算流过测温段的电流，所述处理单元根据采样电阻两端的电压与采样电阻的电阻计算流过采样电阻的电流；

当流过所述测温段的电流与流过采样电阻的电流的差值超过预设限值后，所述处理单元输出故障信号。

9.如权利要求1所述的电流检测系统，其特征在于，

所述处理单元将由占空比信号计算得到的原边电流与由振荡电流计算得到的原边电流进行比较，当两者的差值超过预设限值时，所述处理单元输出故障信号。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的电流检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

将线圈本体绕制在被测原边电流穿过的磁芯上及线圈本体的两端连接自激振荡模块；

将线圈本体分为至少一个感应段和测温段，将测温段的两端连接测温模块；

线圈本体通过自激振荡模块输出占空比信号和振荡电流信号，并根据占空比信号计算穿过磁芯的原边电流；

通过测温模块从测温段采集相应测温电压，并根据该测温电压及振荡电流信号计算线圈本体的温度值；

通过线圈本体的温度值对由占空比信号计算的原边电流进行补偿。