CN202486195U

CN202486195U - 一种耦合器

Info

Publication number: CN202486195U
Application number: CN2011205491251U
Authority: CN
Inventors: 王刚
Original assignee: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2021-12-26

Abstract

本实用新型公开了一种耦合器，包括螺线管和霍尔元件，所述霍尔元件靠近所述螺线管的一端设置，所述霍尔元件包括电压采集端，所述霍尔元件通过测量所述电压采集端的电压计算得到所述螺线管中的输入电流大小。本实用新型克服了现有技术中耦合器不能实现非线性的耦合直流信号的技术问题，达到了能够实现对直流信号的线性耦合，以及减少耦合器应用限制的技术效果。

Description

一种耦合器

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种耦合器。

背景技术

目前，在对高电流或高电压的检测过程中，为了确保检测安全，都会使用隔离耦合器。隔离耦合器用于将电路中的高压转成低压，大电流转换为小电流，经过转换后，对测量电路的仪表的要求性会降低，便于测量。

现有技术中，常见有两种耦合器，一种是光耦合器，其适用于直流和低速的信号耦合，光耦合器可以用于直流和交流的耦合，但由于发光二极管、光电二极管，光电三极管的非线性，使被测信号在经过耦合器时会失真，影响测量结果；另外一种是变压器耦合器，其适用于交流耦合，变压器耦合器可以做到精确耦合以保证信号不失真，但其只能用于交流耦合，不能对直流信号进行耦合，且变压器耦合器的频率越低，其体积越大越笨重，使用不便。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的耦合器不能实现非线性的耦合直流信号。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种耦合器，能够实现对直流信号的线性耦合。

为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种耦合器，包括：螺线管和霍尔器件，所述霍尔元件靠近所述螺线管的一端设置，所述霍尔元件包括电压采集端，所述霍尔元件通过测量所述电压采集端的电压计算得到所述螺线管中的电流大小。

所述螺线管包括铁芯和缠绕在所述铁芯上的导线。

所述导线的输入端和输出端之间设置有一个电阻，所述电阻用于获取所述导线两端的电压。

所述耦合器还包括放大器，所述霍尔元件的电压采集端连接所述放大器的输入端。

所述放大器的放大倍数为A=(nμK_HI)/2，其中，n为缠绕在所述铁芯上的导线的线圈匝数，μ为所述铁芯的磁导率，K_H为所述霍尔元件的霍尔系数，I为所述霍尔元件中流过的电流。

采用本实用新型提供的一种耦合器的技术方案，一方面，铁芯和导线组成螺线管，该螺线管将导线中的电流转换为形成于螺线管两极的磁场以实现电磁转换，实现了对于导线中直流信号的耦合；另一方面，设置于螺线管一端的霍尔元件利用霍尔效应的线性关系，将上述磁场转换为霍尔元件中电压采集端的电压，电压采集端的电压与磁场成线性关系，最终实现从导线中电流到霍尔元件中电压采集端的电压的直流、线性耦合。本实用新型克服了现有技术中不能实现非线性的耦合直流信号的技术问题，达到了能够实现对直流信号的线性耦合，以及减少耦合器应用限制的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型一种耦合器的第一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种耦合器的第二种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一种耦合器的第三种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面参考附图对本实用新型的实施例进行描述。参见图1，为本实用新型中一种耦合器一种实施例的结构示意图。如图1所示，包括：螺线管10和霍尔元件11，上述霍尔元件11靠近螺线管10的一端设置，霍尔元件11包括电压采集端110，该霍尔元件11通过测量上述电压采集端110的电压计算得到螺线管10中的电流大小。

如图2所示，在本实用新型提供的耦合器的第一种实施方式下，上述螺线管10包括铁芯102和缠绕在铁芯102上的导线101，该铁芯102的磁导率为μ，在导线101中通入电流I_i，将在螺线管102的两端附近产生随电流变化的磁场，以实现螺线管10将电流信号转换为磁场信号的过程。

上述霍尔元件11紧靠着上述螺线管10的一端设置，霍尔元件11中通有恒定电流I，电流I与上述螺线管10形成的磁场方向垂直，霍尔元件11中的电子在上述磁场中会受到洛伦兹力的作用，同时，电子在霍尔元件11中运动会在霍尔元件11的两端产生电压U₀，在电压U₀的作用下会产生一个电场，电子受到的洛伦兹力和电场力的方向相反，当电子受到的电场力和洛伦兹力相等时，进入平衡状态，此时霍尔元件11的电压采集端110的电压U₀只随螺线管10中的电流I_i的变化而改变。

具体的，上述螺线管10两端产生的磁场强度为：

（1）

上述霍尔器件11两端的电压为：

（2）

根据公式（1）、（2）可得到上述螺线管10中的电流为：

其中，n是螺线管10的线圈匝数，μ是铁芯102的磁导率，K_H是上述霍尔元件11的霍尔系数，I是霍尔元件11中的电流。综上，可以看出I_i和U₀是正比关系。通过电压表测电压采集端110获得U₀就可以得出螺线管10中的电流I_i。

作为对本实用新型的一种改进，进一步的，本实用新型提供的耦合器还包括放大器2，上述霍尔元件11的电压采集端110连接放大器2的输入端。其中，设置放大器2的放大倍数A=(nμK_HI)/2，同时，在该放大器2的输出端接入用于测量电压的电压表。经过上述放大器2对电压信号的放大过程，螺线管10中的电流I_i大小和电压表测得的电压U₀大小相同，因此可直接通过电压表读取到螺线管10中电流大小，方便了测量过程。

在上述第一种实施方式下，给出了电路中用于电流耦合的应用，如图3所示，在本实用新型提供的耦合器的第二种实施方式下，所提供的耦合器同样可用于电路中电压的耦合过程。具体的，上述螺线管包括铁芯102和缠绕在铁芯102上的导线101，该铁芯102的磁导率为μ，在导线101中通入电流I_i，将在螺线管102的两端附近产生随电流变化的磁场，以实现螺线管10将电流信号转换为磁场信号的过程。进一步的，在导线101的输入端和输出端之间设置有一个电阻R，该电阻R用于获取螺线管两端的电压。类似的，采用第一种实施方式中所提供的方法可得到霍尔元件11两端电压U₀和螺线管10中电流I_i的大小关系，根据I_i和电阻R，即可得出螺线管10两端的电压。

采用本实用新型提供的一种耦合器的技术方案，一方面，铁芯102和导线101组成螺线管10，该螺线管10将导线101中的电流转换为形成于螺线管10两极的磁场以实现电磁转换，实现了对于导线101中直流信号的耦合；另一方面，设置于螺线管10一端的霍尔元件11利用霍尔效应的线性关系，将上述磁场转换为霍尔元件11中电压采集端110的电压，电压采集端110的电压与磁场成线性关系，最终实现从导线101中电流到霍尔元件11中电压采集端110的电压的直流、线性耦合。

本实用新型实施例具有如下优点或有益效果：克服了现有技术中耦合器不能实现非线性的耦合直流信号的技术问题，达到了能够实现对直流信号的线性耦合，以及减少耦合器应用限制的技术效果。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种耦合器，其特征在于，包括：螺线管（10）和霍尔元件（11），所述霍尔元件（11）靠近所述螺线管（10）的一端设置，所述霍尔元件（11）包括电压采集端（110），所述霍尔元件（11）通过测量所述电压采集端（110）的电压计算得到所述螺线管（10）中的电流大小。

2.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述螺线管（10）包括铁芯（102）和缠绕在所述铁芯（102）上的导线（101）。

3.如权利要求2所述的耦合器，其特征在于，所述导线（101）的输入端和输出端之间设置有一个电阻，所述电阻用于获取所述螺线管（10）两端的电压。

4.如权利要求3所述的耦合器，其特征在于，所述耦合器还包括放大器（2），所述霍尔元件（11）的电压采集端（110）连接在所述放大器（2）的输入端。

5.如权利要求4所述的耦合器，其特征在于，所述放大器（2）的放大倍数为A=(nμK_HI)/2，其中，n为缠绕在所述铁芯（102）上的导线（101）的线圈匝数，μ为所述铁芯（102）的磁导率，K_H为所述霍尔元件（11）的霍尔系数，I为所述霍尔元件（11）中流过的电流。