CN216847931U - 一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，包括外壳、电路板、切换单元和检测单元，检测单元包括第一检测机构、第二检测机构以及共用绕组，第二检测机构包括带气隙缺口的第二磁芯、霍尔元件以及第二输出驱动模块，霍尔元件通过第二输出驱动模块与电路板相连接，霍尔元件设置于第二磁芯的气隙缺口中；第一检测机构包括闭口的第一磁芯、第一绕组以及第一输出驱动模块，第一绕组通过第一输出驱动模块与电路板相连接；共用绕组绕设于第一磁芯和第二磁芯上并与切换单元相连接。采用上述结构的一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，采用两个不同原理的检测机构进行电流检测，扩大检测范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流传感器技术领域，尤其是涉及一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器。
背景技术
目前，对于电流的测量通常采用分流器、霍尔电流传感器以及磁通门电流传感器等方式，每一种方式有其特点和缺陷。比如分流器通常用于直流低频测量，大电流时具有功耗大、发热和精度低等缺点；霍尔电流传感器分为开环和闭环两种原理，其中开环霍尔电流传感器具有精度低和频带窄的缺点，但是功耗低；闭环霍尔电流传感器精度高，但功耗大，需要较大的推动电流。磁通门电流传感器也分两种原理，开环原理和闭环原理，其中闭环原理采用的零磁通技术与闭环霍尔相同，具有很好的温度特性与小电流测量精度，但其磁芯容易饱和，不适合大电流测量。
对于某些领域比如UPS电池组充放电的应用场合，需要测量很小的毫安级浮充电流，又要测量上万安培的短路电流，由于充电机有纹波，还需要测量其交流纹波，而且均需要保持高精度，此时则要求电流传感器具有超大的动态测量范围。对于既要准确测小电流又要测量大电流且交直流均能测量的要求，目前没有合适的方法，通常采用多个不同量程的电流传感器配合使用，成本高而且技术实现极为困难。需要一种具有测量小电流和大电流同时交直流均能高精度测量的一体化的电流传感器。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，采用两个不同原理的检测机构进行电流检测，扩大检测范围。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，包括外壳、电路板、切换单元和检测单元，所述检测单元包括第一检测机构、第二检测机构以及共用绕组，
所述第二检测机构包括带气隙缺口的第二磁芯、霍尔元件以及第二输出驱动模块，所述霍尔元件通过所述第二输出驱动模块与所述电路板相连接，所述霍尔元件设置于所述第二磁芯的气隙缺口中；
所述第一检测机构包括闭口的第一磁芯、第一绕组以及第一输出驱动模块，所述第一绕组通过第一输出驱动模块与所述电路板相连接；
所述共用绕组绕设于所述第一磁芯和所述第二磁芯上并与所述切换单元相连接。
优选的，所述切换单元设置于所述电路板上且包括整流器、比较器以及模拟开关，所述模拟开关的公共端与所述共用绕组一端相连接，所述共用绕组另一端与所述整流器相连接，所述整流器的输出端与比较器的输入端相连接，所述比较器的输出端与所述模拟开关的控制端相连接，所述模拟开关的两个输出端分别与所述第一输出驱动模块和所述第二输出驱动模块相连接。
优选的，所述检测单元和所述电路板均固定于所述外壳内，所述外壳内浇灌有绝缘胶，所述外壳外侧固定有散热板，所述散热板与所述电路板相对设置且外侧设置有若干散热翅片，所述散热板和所述散热翅片均为铝合金材质。
因此，本实用新型采用上述结构的一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，采用第一检测机构和第二检测机构通过共用绕组组成检测单元，第一检测机构采用闭环磁通门原理进行小电流检测，第二检测机构采用闭环霍尔原理进行大电流检测，由模拟开关控制两种原理交替使用，达到了既能测量小电流又能测量大电流的，超大动态测量范围电流的目的。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器原理示意图；
图2为本实用新型一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器爆炸图。
附图标记
1、检测单元；11、第一检测机构；111、第一磁芯；112、第一绕组；113、第一输出驱动模块；12、第二检测机构；121、第二磁芯；122、霍尔元件； 123、第二输出驱动模块；13、共用绕组；2、切换单元；21、整流器；22、比较器；23、模拟开关；3、外壳；4、电路板；5、散热板；51、散热翅片。
具体实施方式
实施例
图1为本实用新型一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器原理示意图，图2为本实用新型一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器爆炸图，如图所示，一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，包括外壳3、电路板4、切换单元2和检测单元1。检测单元1和电路板4均固定于外壳3 内，外壳3内浇灌有绝缘胶，减小环境对内部器件的影响，外壳3外侧固定有散热板5，散热板5与电路板4相对设置且外侧设置有若干散热翅片51，散热板5和散热翅片51均为铝合金材质，在大电流时，功耗较大，温度高，因此需要散热板5进行散热。
检测单元1包括第一检测机构11、第二检测机构12以及共用绕组13。第一检测机构11包括闭口的第一磁芯111、第一绕组112以及第一输出驱动模块113，第一绕组112通过第一输出驱动模块113与电路板4相连接，第一检测机构11采用磁通门原理进行电流检测，适用于小电流检测。第二检测机构12包括带气隙缺口的第二磁芯121、霍尔元件122以及第二输出驱动模块 123，霍尔元件122通过第二输出驱动模块123与电路板4相连接，霍尔元件122设置于第二磁芯的气隙缺口中，第二检测机构12采用闭环霍尔原理进行电流检测，适用于大电流检测。共用绕组13绕设于第一磁芯111和第二磁芯 121上并与切换单元2相连接。切换单元2设置于电路板4上且包括整流器 21、比较器22以及模拟开关23，模拟开关23的公共端(COM)与共用绕组 13一端相连接，共用绕组13另一端与整流器21相连接，整流器21的输出端与比较器22的输入端相连接，比较器22的输出端与模拟开关23的控制端(IN) 相连接，模拟开关23的两个输出端(NC和NO)分别与第一输出驱动模块113 和第二输出驱动模块123相连接。
检测过程如下：
第一检测机构采用闭环磁通门原理，即被测电流Ip经过第一磁芯111时，共用绕组13中的二次电流为Is1，Ip＝Is1*N2。第一检测机构采用闭环霍尔原理，即霍尔元件122感测到并产生弱电压，共用绕组13中的二次电流为Is2， Ip＝Is2*N2。由此可见其二次输出电流Is不管是闭环磁通门原理还是闭环霍尔原理，均符合Ip/N2的匝数比关系。
模拟开关23的两个输出端(NC和NO)分别与第一输出驱动模块113和第二输出驱动模块123相连接，即第一检测机构的驱动电流(Is1)通过模拟开关23的输出端(NC为常闭通道)进行检测驱动，第二检测机构的驱动电流 (Is2)通过模拟开关23的输出端(NO为常开通道)进行检测驱动。由比较器22给出通道选择信号，原边电流Ip大于设定值时，共用绕组13中的二次电流Is高于设定值时，整流器21输出电压与比较器22电压输入端连接，Is 增大，则比较器22电压增大，当比较器22输入电压增加到设定值(Vref) 时，输出端NC关闭，输出端NO导通，实现了由第一检测机构11与第二检测机构12的切换。这样就实现了小电流由磁通门原理实现测量，大电流由霍尔原理实现测量，实时输出二次电流Is，被测电流Ip为Is*2，实现了测量大动态范围交直流电流的目的。
因此，本实用新型采用上述结构的一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，采用第一检测机构和第二检测机构通过共用绕组组成检测单元，第一检测机构采用闭环磁通门原理进行小电流检测，第二检测机构采用闭环霍尔原理进行大电流检测，由模拟开关控制两种原理交替使用，达到了既能测量小电流又能测量大电流的，超大动态测量范围电流的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，包括外壳和电路板，其特征在于：还包括切换单元和检测单元，所述检测单元包括第一检测机构、第二检测机构以及共用绕组，
所述第二检测机构包括带气隙缺口的第二磁芯、霍尔元件以及第二输出驱动模块，所述霍尔元件通过所述第二输出驱动模块与所述电路板相连接，所述霍尔元件设置于所述第二磁芯的气隙缺口中；
所述第一检测机构包括闭口的第一磁芯、第一绕组以及第一输出驱动模块，所述第一绕组通过第一输出驱动模块与所述电路板相连接；
所述共用绕组绕设于所述第一磁芯和所述第二磁芯上并与所述切换单元相连接。
2.根据权利要求1所述的一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，其特征在于：所述切换单元设置于所述电路板上且包括整流器、比较器以及模拟开关，所述模拟开关的公共端与所述共用绕组一端相连接，所述共用绕组另一端与所述整流器相连接，所述整流器的输出端与比较器的输入端相连接，所述比较器的输出端与所述模拟开关的控制端相连接，所述模拟开关的两个输出端分别与所述第一输出驱动模块和所述第二输出驱动模块相连接。
3.根据权利要求2所述的一种能够测量大动态范围的交直流电流传感器，其特征在于：所述检测单元和所述电路板均固定于所述外壳内，所述外壳内浇灌有绝缘胶，所述外壳外侧固定有散热板，所述散热板与所述电路板相对设置且外侧设置有若干散热翅片，所述散热板和所述散热翅片均为铝合金材质。
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2022
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