CN208239552U - 一种闭环型直流漏电流传感器电子线路 - Google Patents

Abstract

一种闭环型直流漏电流传感器电子线路，涉及漏电流传感器电子线路的领域。本实用新型的磁调制电路为带线性温度补偿回路的自激震荡器，磁调制电路还包括第一双运算放大器的一半，第一双运算放大器的另一半构成解调电路的有源电容倍增器；第二双运算放大器的一半组成零点调节电路，第二双运算放大器的另一半组成用于驱动负反馈绕组和取样电阻的积分电路；负反馈绕组绕制在磁芯上；第一双运算放大器、第二双运算放大器通过稳压电路供电；正负电源端之间、震荡绕组的两端之间、负反馈绕组的两端之间分别设置TVS管。本实用新型实现了低成本，适用性更好，大幅度降低零点温漂，提高了传感器的温度稳定性的目的。

Description

一种闭环型直流漏电流传感器电子线路

技术领域

本实用新型涉及漏电流传感器电子线路领域，尤其涉及一种闭环型直流漏电流传感器的电子线路。

背景技术

直流漏电流传感器是一种应用十分广泛的电子组件，它被广泛应用于各种变流技术、光伏变电站、直流屏、大电流断路器、电力电缆等以绝缘性能作为检测对象的领域中。

由于直流漏电流传感器通常检测的对象为毫安级直流小电流，通常有开环、闭环两种工作模式，一般采用软磁材料制成的环形磁芯、震荡线圈等组成磁调制电路，将毫安级的直流小电流转化成PWM信号，通过RC滤波器解调成毫伏级的直流电压，开环型工作模式用放大器直接将这一毫伏级的直流电压放大成4或5伏电压输出；而闭环型工作模式用放大器组成的积分电路驱动绕在磁芯上的负反馈线圈，在负反馈线圈中产生与待测直流电流成比例关系的次级直流电流，达到动态平衡时，在理想状态下，有：

NpIp-NsIs＝0

由于这种电流传感器其工作过程为大闭环负反馈环路结构，故称其为闭环型直流漏电流传感器，对次级电流取样变换成4或5伏直流电压输出。

现有的开环型、闭环型直流漏电流传感器电子线路存在如下问题：

1)采用软磁材料制成的单一环形磁芯、震荡线圈等组成磁调制电路中，环形磁芯的磁导率在温度升高时其磁导率温度特性曲线呈下降趋势，从而导致磁调制电路中PWM信号产生大的温度漂移，直流漏电流传感器的零点温漂将会很大，严重影响传感器的直流电流测量精度，基于这种原因，传感器只能在-10-60℃工作；

2)作为现有技术的图1中采用软磁材料制成的单一环形磁芯、震荡线圈等组成磁调制电路中，用二个相同尺寸磁芯、二个相同匝数震荡线圈等组成磁调制电路，再求和抵消温度变化对传感器的零点的影响，但二个相同尺寸磁芯磁导率的温度系数不可能完全相同，从而导致传感器零点温度漂移不可能完全抵消；同时二个磁芯分别先绕制震荡线圈，再叠加在一起绕制负反馈线圈，加工不易，不但增加了成本，亦不一定产生非常好的抵消传感器零点温漂的效果！

3)作为现有技术的图1中整个电路没有瞬态吸收回路，而在各种直流漏电检测回路中，在系统开机的一瞬间多会有瞬时大电流，虽然其持续时间非常短，但其能量很大，因此易损坏传感器电源端及与各个线圈相连接的电子元器件。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种低成本、适用性更好，大幅度降低零点温漂，提高了传感器的温度稳定性的闭环型直流漏电流传感器电子线路。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种闭环型直流漏电流传感器的电子线路，包括大闭环负反馈电路和稳压电路，所述大闭环负反馈电路包括负反馈绕组、取样电阻,还包括依次串接的磁调制电路、解调电路、零点调节电路、积分电路，所述磁调制电路为带线性温度补偿回路的自激震荡器，由设置在磁芯上的震荡绕组、串联二极管、稳压二极管组成，所述解调电路由有源电容倍增器组成的RC滤波器组成，所述磁芯采用恒磁导率的超微晶合金卷绕而成；所述磁调制电路还包括第一双运算放大器的一半，第一双运算放大器的另一半构成解调电路的有源电容倍增器；第二双运算放大器的一半组成零点调节电路，第二双运算放大器的另一半组成用于驱动负反馈绕组和取样电阻的积分电路；所述负反馈绕组绕制在磁芯上；所述第一双运算放大器、第二双运算放大器通过稳压电路供电；正负电源端之间、震荡绕组的两端之间、负反馈绕组的两端之间分别设置TVS管。

作为本实用新型的优化方案，串联二极管一般采用片式封装硅或肖特基串联二极管，并且在同一个封装中。

作为本实用新型的优化方案，稳压二极管一般采用片式封装齐纳稳压二极管，稳压值一般选择5.6V-6.2V。

作为本实用新型的优化方案，稳压电路一般采用输出电压为10伏片式封装三端集成稳压电路，正负电源分别采用78L10、79L10。

作为本实用新型的优化方案，TVS管一般采用400W或600W的贴片式封装。

作为本实用新型的优化方案，直流漏电流传感器的输出端接有RC滤波器。

本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

1)本实用新型磁芯采用恒磁导率的超微晶合金卷绕而成，磁芯上绕有震荡绕组和负反馈绕组。一个双运算放大器一半与所述的磁芯上震荡绕组、串联二极管、稳压二极管等组成带线性温度补偿回路的磁调制电路，另一半构成解调电路的有源电容倍增器；第二个双运算放大器一半组成所述的零点调节电路，另一半组成积分电路驱动负反馈绕组和取样电阻。本实用新型的二极管在恒流工作条件下PN结电压的线性负温度系数对恒磁导率超微晶合金磁芯磁导率的几近线性负温度系数进行全温区温度补偿，使得闭环型直流漏电流传感器的零点温漂大幅度降低，提高了传感器的温度稳定性，电流测量精度从1.5％提升到0.5％以内；工作温度从-10-60℃扩展到-40-85℃。

2)本实用新型稳压电路向二个双运算放大器供电。三个TVS管分别连接在正负电源端之间、震荡绕组和负反馈绕组两端。稳压电路及瞬态吸收回路的增加，使传感器在各种直流漏电检测回路中，在系统开机的一瞬间有瞬时大电流时，吸收其能量，避免了损坏传感器电源端及与各个线圈相连接的电子元器件，大大提高了传感器零点的稳定性和可靠性。

3)本实用新型的大闭环负反馈电路由磁调制解调电路、零点调节电路、积分电路、负反馈线圈及取样电阻等组成，磁调制电路由一个磁芯上的震荡线圈、运算放大器、串联二极管、稳压二极管等组成带线性温度补偿回路的自激震荡器，解调电路由有源电容倍增器组成的RC滤波器组成，单一磁芯使传感器的工作的温度范围更宽，测量精度高，成本更低，从而提高了霍尔电流传感器的性价比和通用性。

4)本实用新型的所有电子元器件均采用贴片式封装，采用SMD工艺，实现了全自动流水生产，产品可靠性高，生产效率也得到了大幅提高，从而使得制造成本降低。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为现有闭环型直流漏电流传感器的电路图。

图2本发明闭环型直流漏电流传感器的原理框图。

图3为本发明的闭环型直流漏电流传感器的电路图。

图4为同规格的现有方案产品与本发明方案产品的高低温性能对比。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图2、图3所示，一种闭环型直流漏电流传感器电子线路，包括大闭环负反馈电路和稳压电路，所述大闭环负反馈电路包括负反馈绕组、取样电阻，还包括依次串接的磁调制电路、解调电路、零点调节电路、积分电路，所述磁调制电路为带线性温度补偿回路的自激震荡器，由设置在磁芯上的震荡绕组、串联二极管、稳压二极管组成，所述解调电路由有源电容倍增器组成的RC滤波器组成，所述磁芯采用恒磁导率的超微晶合金卷绕而成；所述磁调制电路还包括第一双运算放大器的一半，第一双运算放大器的另一半构成解调电路的有源电容倍增器；第二双运算放大器的一半组成零点调节电路，第二双运算放大器的另一半组成用于驱动负反馈绕组和取样电阻的积分电路；所述负反馈绕组绕制在磁芯上；所述第一双运算放大器、第二双运算放大器通过稳压电路供电；正负电源端之间、震荡绕组的两端之间、负反馈绕组的两端之间分别设置TVS管。

本实用新型的磁调制电路中的串联二极管为片式封装硅或肖特基串联二极管，并且在同一个封装中。

本实用新型的磁调制电路中的稳压二极管为稳压值在5.6V-6.2V之间的片式封装齐纳稳压二极管。

本实用新型的稳压电路为输出电压为10伏的片式封装三端集成稳压电路，正负电源分别采用78L10、79L10。

本实用新型的TVS管为400W或600W的贴片式封装。

本实用新型的输出端接有RC滤波器。

本实施例为一个穿芯孔为直径20mm、额定电流为10mA的直流漏电流传感器，具体参数如下：

用恒磁导率超微晶合金加工卷绕磁芯；用护套安装好后，用0.14mm漆包线绕制1200匝作为震荡绕组、50匝作为负反馈绕组；

如图3，A1、A2为BA4580,二极管D为BAT54S,DZ1、DZ2稳压二极管为6.2V，R1＝620Ω，R2＝1.2KΩ，R5＝200Ω，R3＝1.2KΩ,R4＝1.8KΩ；

A1的一半与N1、D、DZ1、DZ2、R1、R2、R3、R4、R5组成磁调制电路，震荡频率为120-150Hz；A1另一半与R7＝R8＝100KΩ，C3＝C4＝C5＝0.1UF，组成有源电容倍增器，R6＝150KΩ，避免了使用100000UF的超大电容。

A2一半与R13＝47KΩ，C7＝0.1UF组成积分电路；取样电阻R17＝R18＝R19＝R20＝100KΩ，此时，当输入电流为10mA时，传感器的输出电压为5V。

正负稳压电路分别为78L10、79L10、TVS1、TVS2、TVS3分别用电压38V、18V、5V.。

此时，额定电流为10mA的直流漏电流传感器的零点温漂曲线如图4。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：包括大闭环负反馈电路和稳压电路，所述大闭环负反馈电路包括负反馈绕组、取样电阻,还包括依次串接的磁调制电路、解调电路、零点调节电路、积分电路，所述磁调制电路为带线性温度补偿回路的自激震荡器，由设置在磁芯上的震荡绕组、串联二极管、稳压二极管组成，所述解调电路由有源电容倍增器组成的RC滤波器组成，所述磁芯采用恒磁导率的超微晶合金卷绕而成；所述磁调制电路还包括第一双运算放大器的一半，第一双运算放大器的另一半构成解调电路的有源电容倍增器；第二双运算放大器的一半组成零点调节电路，第二双运算放大器的另一半组成用于驱动负反馈绕组和取样电阻的积分电路；所述负反馈绕组绕制在磁芯上；所述第一双运算放大器、第二双运算放大器通过稳压电路供电；正负电源端之间、震荡绕组的两端之间、负反馈绕组的两端之间分别设置TVS管。

2.根据权利要求1所述的闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：所述磁调制电路中的串联二极管为片式封装硅或肖特基串联二极管，并且在同一个封装中。

3.根据权利要求1所述的闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：所述磁调制电路中的稳压二极管为稳压值在5.6V-6.2V之间的片式封装齐纳稳压二极管。

4.根据权利要求1所述的闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：所述稳压电路为输出电压为10伏的片式封装三端集成稳压电路，正负电源分别采用78L10、79L10。

5.根据权利要求1所述的闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：所述TVS管为400W或600W的贴片式封装。

6.根据权利要求1所述的闭环型直流漏电流传感器电子线路，其特征在于：RC滤波器与输出端连接。