DE19528501A1 - Stromsensor und Verfahren zur Signalkompensation in einem Stromsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Stromsensoren und insbesondere auf eine Differenztechnik zum Überwinden von Offset- bzw. Versetzungsspannungen in einem Verstärker, der zur Lieferung einer Rückführungskompensation in einem Wand­ ler von einem Stromsensor verwendet wird.

Viele elektrische und elektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise auf Induktion basierende und elektroni­ sche Wattstundenzähler zum Messen elektrischer Leistung und von Energieverbrauch, erfordern Mittel zum Abtasten von Leitungs- oder Laststromkomponenten, die in einem Leiter fließen, und zum Erzeugen eines Strommeßsignals, das über einen großen Bereich von Größen des Laststromes genau pro­ portional ist.

Der Laststrom ist typisch viele Male größer als das Strommeßsignal, das zur Verwendung in einer elektronischen Meßvorrichtung geeignet ist. In einigen Systemen ist der Laststrom sogar 10.000mal größer als das gewünschte Strom­ meßsignal. Es ist zweckmäßig, einen Transformator bzw. Wandler zu verwenden, wie beispielsweise ein Stromwandler, wobei eine relativ kleine Anzahl von Windungen (z. B. ein oder zwei) um einen toroidförmigen Kern als eine primäre Transformatorwicklung dient, die den Laststrom führt. In einer Sekundärwicklung mit vielen Windungen wird ein Strom induziert, der proportional zu dem Laststrom ist, aber ver­ kleinert um das primär/Sekundär-Windungsverhältnis des Transformators.

Transformatoren bzw. Wandler sind empfindlich ge­ genüber Kernsättigung bei großen Lastströmen. Kernsättigung wird im allgemeinen vermieden, indem große Kerne verwendet und die Kerne aus Materialien hoher Qualität hergestellt werden. Leider haben jedoch sowohl eine große Größe als auch Materialien hoher Qualität hohe Kosten zur Folge.

Bekannte Techniken zur Vermeidung von Kernsättigung enthalten die Ausbildung einer Rückführungswicklung um den Kern herum, die für ein gerade ausreichendes Rückführungs­ stromsignal führt, um den Kernfluß nahe Null zu halten. Das Begrenzen des Kernflusses auf nahe Null gestattet eine Ver­ wendung kleinerer Kerne und billigerer Kernmaterialien. Wenn sich der Laststrom ändert, ändert sich auch das Rück­ führungsstromsignal gerade genug, um den Kernfluß nahe Null zu halten, so daß jeder unterschiedliche Wert des Last­ stroms aufgenommen werden kann, ohne daß Kernsättigung in dem Transformator hervorgerufen wird.

Die aktive Rückführung, die in der vorgenannten Technik verwendet wird, wird durch einen Operationsverstär­ ker erzeugt, der die Ausgangsgröße der Sekundärwicklung des Transformators empfängt. Die typische hohe Verstärkung von einem Operationsverstärker gestattet die Erzeugung eines Ausgangsstroms, der einen Fluß nahe Null in dem Kern auf einfache Weise aufrechterhalten kann. Die hohe Verstärkung des Operationsverstärkers führt jedoch zu einer weiteren Komplikation. Bekanntlich ist die Kopplung zwischen der Rückführungswicklung und der Sekundärwicklung des Transfor­ mators nur für Wechselstrom (AC) wirksam. Es gibt keine Gleichstrom(DC)-Rückführungskopplung zum Eingang des Opera­ tionsverstärkers. Somit können DC Offset-Spannungen von beispielsweise von einem Bruchteil von einem Millivolt am Eingang des Operationsverstärkers auftreten oder sich ent­ wickeln. Typische Operationsverstärker haben DC Verstärkun­ gen in der Größenordnung von mehreren Millionen. Infolge­ dessen kann jede Offset-Spannung, sogar ein Bruchteil von einem Millivolt, am Eingang des Operationsverstärkers den Operationsverstärker in Sättigung treiben.

US-A-4 761 605, deren Offenbarung hier eingeschlos­ sen wird, beschreibt eine Rückführungsschaltung, die einen Eintakt-Operationsverstärker und Zerhackerschalter verwen­ det, um die Antwort von jeder DC Offset-Spannung in eine AC Komponente umzuwandeln, die ihrerseits zwischen den Rück­ führungs- und Sekundärwicklungen des Transformators gekop­ pelt wird, um für eine DC Kompensation zu sorgen. Die vor­ genannte US-A-4 761 605 ist zwar wirksam zur Ausbildung der gewünschten DC Kompensation, aber die dort verwendete Rück­ führungsschaltung bewirkt eine diskontinuierliche Polari­ tätsumkehr in dem gewünschten Meßsignal, und dies erfordert eine zusätzliche Synchronisation oder Signalpolaritäts­ "Buchhaltung", um diese diskontinuierliche Polaritätsumkehr aus dem Meßsignal auszufiltern oder zu beseitigen. Da fer­ ner die Rückführungsschaltung ein Integriertes Schaltungs­ chip aufweisen kann, und der Stromsensor zahlreiche Strom- und/oder Spannungs-Interfacekanäle handhaben muß, ist es wünschenswert, die Anzahl von Verbindungsstiften zu ver­ kleinern, die pro Signalinterfacekanal in dem Stromsensor erforderlich ist.

Erfindungsgemäß werden die vorgenannten Probleme dadurch gelöst, daß ein Stromsensor geschaffen wird, der wenigstens einen Signalinterfacekanal aufweist, der einen Transformator bzw. Wandler mit einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung und einer Rückführungswicklung enthält. Ein Magnetkern koppelt magnetisch die Primärwicklung, die Sekundärwicklung und die Rückführungswicklung. Der Strom­ sensor enthält ferner eine Rückführungsgeneratorschaltung, die auf ein AC Signal in der Sekundärwicklung anspricht, um ein im wesentlichen kontinuierliches Rückführungssignal zu generieren, das der Rückführungswicklung zugeführt wird. Das Rückführungssignal hat die Funktion, einen Fluß in dem Magnetkern im wesentlichen nahe Null zu halten. Die Rück­ führungsgeneratorschaltung weist ihrerseits einen Operati­ onsverstärker, wie beispielsweise einen Verstärker mit er­ sten und zweiten Differenz-Eingangsports und ersten und zweiten Differenz-Ausgangsports, und eine Schaltanordnung auf, die ein kompensierendes AC Signal aus der DC Offset- Spannung generieren kann. Das kompensierende AC Signal ist mit dem Operationsverstärker über den Magnetkern gekoppelt.

Ein Verfahren zur Signalkompensation in einem Stromsensor kann die Schritte enthalten, eine Primärwick­ lung, eine Sekundärwicklung und eine Rückführungswicklung unter Verwendung eines Magnetkerns magnetisch zu koppeln, ein im wesentlichen kontinuierliches Rückführungssignal zu generieren, das der Rückführungswicklung zugeführt wird und die Wirkung hat, einen magnetischen Fluß im wesentlichen nahe Null zu halten, und ein kompensierendes Wechselstrom (AC)-Signal aus einer Gleichstrom(DC)-Offset-Spannung zu generieren. Das Kompensationssignal wird in vorbestimmter Weise durch den Magnetkern gekoppelt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1A bzw. 1B sind schematische Darstellungen von einem bekannten Stromsensor in entsprechenden ersten und zweiten Schaltkonfigurationen.

Fig. 2A bzw. 2B sind schematische Darstellungen von einem Stromsensor gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung in entsprechenden ersten und zweiten Schaltkonfigurationen.

Fig. 3A bzw. 3B sind schematische Darstellungen von einem Stromsensor gemäß einem anderen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung in entsprechenden ersten und zweiten Schaltkonfigurationen.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Stromsensor 10 mit einer eine Rückführung erzeugenden Schaltungsanordnung (Rückführungsgeneratorschaltung) 12 zum Überwinden des Pro­ blems der Magnetkernsättigung in einem Transformator bzw. Wandler, wie beispielsweise einem Stromwandler 14. Der Wandler enthält eine Primärwicklung 16, eine Sekundärwick­ lung 18 und eine Rückführungswicklung 20, die jeweils auf entsprechende Weise auf einen gemeinsamen Kern 21 gewickelt sind. Die zwei Enden oder Anschlüsse der Sekundärwicklung 18 sind über entsprechende Verbindungsstifte P1 und P2 mit einer ersten Schalteinheit 22 verbunden, die aus zwei ein­ poligen Umschalt(SPDT von single-pole, double throw)-Ab­ tastschaltern 221 und 222 aufgebaut ist. Das Schalterpaar wird in der Praxis aus Halbleiter-Schaltvorrichtungen im­ plementiert, ist aber für einfachere Darstellung als mecha­ nische Schalter gezeigt.

Fig. 1A zeigt, daß während einer ersten Schaltpe­ riode die Schalter 221 und 222 auf entsprechende Weise ein entsprechendes der zwei Enden der Sekundärwicklung 18 mit einem entsprechenden von zwei Eingangsports von einem Ope­ rationsverstärker 26 verbinden. Beispielsweise ist, wie in Fig. 1A gezeigt ist, während der ersten Schaltperiode das mit einem Punkt markierte Ende der Sekundärwicklung über einen Eingangswiderstand 28 mit dem invertierenden Ein­ gangsport des Operationsverstärker 26 verbunden, und das keinen Punkt aufweisende Ende der Sekundärwicklung ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsport des Operationsver­ stärkers 26 verbunden. Wie sie hier zu Darstellungszwecken, und nicht zur Einschränkung, verwendet wird, ist die Punkt- Polaritätskonvention im Wandler 14 wie folgt. Zu dem Zeit­ punkt, zu dem Strom in ein mit einem Punkt versehenes Ende von einer Wicklung fließt, wie beispielsweise der Sekundär­ wicklung 18, fließt Strom aus dem mit einem Punkt versehe­ nen Ende der anderen Wicklung, wie beispielsweise der Rück­ führungswicklung 20. Auf Wunsch kann ein Rückführungskon­ densator 30 zusammen mit einem Eingangswiderstand 28 ge­ wählt werden, um eine Integrationsoperation in einem Opera­ tionsverstärker 26 auszuüben, die eine Filterung von jedem Außerbandsignal darin gestattet.

Fig. 1B zeigt, daß während einer zweiten Schaltpe­ riode die Schalter 221 und 222 auf entsprechende Weise die in Fig. 1A gezeigten Verbindungen zwischen den zwei Enden der Sekundärwicklung 18 und den zwei Eingangsports des Ope­ rationsverstärkers 26 umkehren. Beispielsweise ist, wie in Fig. 1B gezeigt ist, während der zweiten Schaltperiode das mit einem Punkt versehene Ende der Sekundärwicklung nun mit dem nicht-invertierenden Eingangsport des Operationsver­ stärkers 26 verbunden, während das Ende ohne Punkt der Se­ kundärwicklung 18 mit dem invertierenden Eingangsport des Operationsverstärkers 26 verbunden ist.

In jedem Fall ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 26 mit der Rückführungswicklung 20 verbun­ den, und das Ausgangssignal der Rückführungswicklung 20 ist mit einem Ausgangsverstärker 32 über eine zweite Schaltein­ heit 24 durch Verbindungspunkte P4 und P3 verbunden. Die Schalteinheit 24 ist aus zwei einpoligen Umschalt(SPDT)- Abtastschaltern 241 und 242 aufgebaut. Wie vorstehend be­ reits vorgeschlagen ist, ist das Schalterpaar in der Praxis mit Halbleiter-Schaltvorrichtungen implementiert, der Ein­ fachheit halber aber als mechanische Schalter gezeigt.

Fig. 1A zeigt, daß während der ersten Schaltperi­ ode der Schalter 242 ein entsprechendes der zwei Enden der Rückführungswicklung 20 mit dem invertierenden Eingangsport des Ausgangsverstärkers 32 verbindet und der Schalter 241 das andere der zwei Enden der Rückführungswicklung 20 ver­ bindet, um das Ausgangssignal aus dem Operationsverstärker 26 zu empfangen. Beispielsweise ist, wie in Fig. 1A ge­ zeigt ist, während der ersten Schaltperiode das mit einem Punkt versehene Ende der Rückkopplungswicklung verbunden, um das Ausgangssignal aus dem Operationsverstärker 26 zu empfangen, und das Ende der Rückkopplungswicklung ohne Punkt ist mit dem invertierenden Eingangsport des Ausgangs­ verstärkers 32 verbunden.

Fig. 1B zeigt, daß während der zweiten Schaltperi­ ode die Schalter 241 und 242 auf entsprechende Weise die in Fig. 1A gezeigten Verbindungen zwischen den zwei Enden der Rückführungswicklung 20, dem Ausgangsport des Operations­ verstärkers 26 und dem invertierenden Eingangsport des Aus­ gangsverstärkers 32 umkehren. Beispielsweise ist, wie in Fig. 1B gezeigt ist, während der zweiten Schaltperiode das mit einem Punkt versehene Ende der Rückführungswicklung nun mit dem invertierenden Eingangsport des Ausgangsverstärkers 32 verbunden, während das Ende ohne Punkt der Rückführungs­ wicklung 20 verbunden ist, um das Ausgangssignal aus dem Operationsverstärker 26 zu empfangen. Der Ausgangsverstär­ ker 32 enthält einen Rückführungswiderstand 34, der zwi­ schen entsprechenden Verbindungspunkten PS und P6 geschal­ tet ist. Das Ausgangssignal aus dem Ausgangsverstärker 32 bildet das gewünschte Meßsignal, das auf zweckmäßige Weise zu einem Analog/Digital(AD)-Umsetzer (nicht gezeigt) gelei­ tet werden kann, um auf Wunsch darin digitalisiert zu wer­ den.

Somit wird deutlich, daß jede DC Off-Spannungskom­ ponente (schematisch dargestellt durch die Spannungsquelle Vos, die mit dem nicht-invertierenden Eingangsport des Ope­ rationsverstärkers 26 verbunden ist) im Operationsverstär­ ker 26 in ein entsprechendes AC Signal durch die entspre­ chenden Schaltkonfigurationen gemäß den Fig. 1A und 1B umgewandelt wird. Das von der DC Offset-Spannung abgelei­ tete AC Signal wird durch den Wandler 14 in einer Weise zum Operationsverstärker 26 rückgekoppelt, die ein kompensie­ rendes Signal erzeugt, um die Wirkung der DC Offset bzw. Versetzung im wesentlichen nahe Null zu halten und somit zu verhindern, daß der Operationsverstärker 26 in Sättigung getrieben wird. Wie durch die entsprechende Pfeilrichtung in den Fig. 1A und 1B angegeben ist, wird ferner deut­ lich, daß während der ersten Schaltperiode der Stromfluß aus dem Operationsverstärker 32 entgegengesetzt zu dem Stromfluß während der zweiten Periode sein wird. Dieser entgegengesetzte Stromfluß bewirkt in unerwünschter Weise eine diskontinuierliche Polaritätsumkehr in dem gewünschten Meßsignal, und dies erfordert eine zusätzliche Synchronisa­ tion oder Signalpolaritäts-"Buchhaltung", um diese diskon­ tinuierliche Polaritätsumkehr aus dem Meßsignal auszufil­ tern oder zu beseitigen.

Fig. 2 zeigt einen verbesserten Stromsensor 100 mit wenigstens einem Signalinterfacekanal gemäß der Erfin­ dung. Der Stromsensor 100 enthält eine Rückführung erzeu­ gende Schaltungsanordnung bzw. Rückführungsgeneratorschal­ tung 102 zum Überwinden der vorstehend beschriebenen uner­ wünschten Polaritätsumkehr in dem gewünschten Meßsignal. Fig. 2A entspricht der ersten Schaltperiode, die in Ver­ bindung mit Fig. 1A beschrieben wurde, während Fig. 2B der zweiten Schaltperiode entspricht, die in Verbindung mit Fig. 1B beschrieben wurde. Obwohl der gemeinsame Kern 21 (Fig. 1) in Fig. 2 nicht gezeigt ist, wird deutlich, daß die magnetische Kopplung im Stromsensor 100 so ist, wie es für den Wandler 14 in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Rückführungsgeneratorschaltung 102 generiert vorteilhafterweise ein im wesentlichen kontinuierliches Rückführungssignal, d. h. ein Signal, das keiner unerwünsch­ ten Polaritätsumkehr ausgesetzt ist und das infolgedessen das Erfordernis für jede zusätzliche Synchronisation oder Signalpolaritäts-"Buchhaltung" des gewünschten Meßsignals vermeidet.

Eine Schaltanordnung enthält erste und zweite Ein­ gangsschalter 1041 und 1042 (wie beispielsweise die SPDT Abtastschalter, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden), die auf entsprechende Weise das mit einem Punkt versehene Ende der Sekundärwicklung 18 so verbinden, daß jedes AC Signal darin den ersten und zweiten Differenz-Ein­ gangsports von einem Operationsverstärker 110 über einen ersten Verbindungsstift P1 zugeführt wird. Der Operations­ verstärker 110 ist vorzugsweise ein Volldifferenz-Operati­ onsverstärker, d. h. ein Operationsverstärker, bei dem jedes AC Signal, das an den zwei entsprechenden Ausgangsports ge­ liefert wird, im wesentlichen 180° phasenverschoben zu dem anderen ist, wenn ein Differenz-Eingangssignal an die zwei entsprechenden Eingangsports des Operationsverstärkers an­ gelegt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist während einer gegebenen Schaltperiode, während einer der zwei Eingangs­ ports mit dem mit einem Punkt versehenen Ende der Sekundär­ wicklung 18 verbunden ist, der andere Eingangsport mit ei­ ner vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbunden. Die Schaltanordnung enthält ferner einen Ausgangsschalter 106 (beispielsweise irgendeiner der SPDT Abtastschalter, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden), der pe­ riodisch die ersten und zweiten Differenz-Ausgangsports des Operationsverstärkers 110 mit dem mit einem Punkt versehe­ nen Ende der Rückführungswicklung 20 verbindet, um das Rückführungssignal darin über einen zweiten Verbindungs­ stift P2 durchzulassen. Ein dritter Verbindungsstift P3 ist zweckmäßigerweise so verbunden, daß er das Meßsignal durch einen geeigneten Skalierungswiderstand 112 und, wie zuvor vorgeschlagen wurde, zu einem geeigneten A/D-Umsetzer bzw. Wandler (nicht gezeigt) durchläßt.

Somit wird deutlich, daß jede DC Off-Spannungskom­ ponente im Operationsverstärker 110 in ein entsprechendes AC Signal durch die entsprechenden Schaltkonfigurationen gemäß den Fig. 2A und 2B umgewandelt wird. Das von der DC Offset-Spannung abgeleitete AC Signal wird über den Wandler 14 (Fig. 1) in einer Weise zum Operationsverstär­ ker 110 zurückgeleitet, die ein kompensierendes Signal er­ zeugt, um die Wirkung des DC Offset im wesentlichen nahe Null zu halten und somit zu verhindern, daß der Operations­ verstärker 110 in Sättigung getrieben wird. Wie durch die entsprechende Pfeilrichtung in den Fig. 2A und 2B ange­ geben ist, wird weiterhin deutlich, daß unabhängig von der Schaltperiode der Stromfluß durch die Rückführungswicklung unidirektional ist. Gemäß einem Schlüsselvorteil der vor­ liegenden Erfindung eliminiert dieser unidirektionale Stromfluß auf zweckmäßige Weise die diskontinuierliche Po­ laritätsumkehr in dem gewünschten Meßsignal und dies ver­ meidet das Erfordernis für eine zusätzliche Synchronisation oder Signalpolaritäts-"Buchhaltung", wie sie in dem Strom­ sensor gemäß Fig. 1 erforderlich ist. Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung kann die Rückführungsgeneratorschal­ tung 102 als ein einzelnes monolithisches Integriertes Schaltungschip aufgebaut werden, das einen Stift- bzw. Pin­ set aufweist, der nur drei Verbindungsstifte, wie bei­ spielsweise die Verbindungsstifte P1, P2 und P3 (für den einen Signalinterfacekanal gemäß Fig. 2) verwendet. Dies ist ein relativ signifikante Verkleinerung gegenüber den sechs Pins, die in dem bekannten Stromsensor verwendet wer­ den, der in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Diese Pinverkleinerung gestattet auf zweckmäßige Weise einen Ein­ bau zusätzlicher Interfacekanäle in dem Integrierten Schal­ tungschip, weil jeder zusätzliche Signalinterfacekanal nur drei Verbindungspins pro Kanal erfordert.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stromsensors 100. Fig. 3A entspricht der ersten Schaltpe­ riode, die in Verbindung mit den Fig. 1A und 2A be­ schrieben wurde, während Fig. 3B der zweiten Schaltperiode entspricht, die in Verbindung mit den Fig. 1B und 2B be­ schrieben wurde. In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Operationsverstärker 110 Rückführungskondensatormittel, wie beispielsweise einen Rückführungskondensator 120, und einen Eingangswiderstand 122, die entsprechend gewählte Werte ha­ ben, um für ein gewünschtes Frequenzverhalten im Operati­ onsverstärker 110 zu sorgen. Beispielsweise kann das Fre­ quenzverhalten auf entsprechende Weise kompensiert werden, um für einen im wesentlichen stabilen Betrieb der Rückfüh­ rungsgeneratorschaltung zu sorgen. Optional kann dieses Ausführungsbeispiel einen Pufferverstärker 124 zwischen dem zweiten Verbindungspin D2 und dem Ausgangsschalter 106 auf­ weisen. Von einem Kondensator 130 ist der eine Anschluß mit dem nicht-invertierenden Anschluß des Pufferverstärkers 124 verbunden und dessen anderer Anschluß ist mit Masse bzw. Ground verbunden. Es wird deutlich, daß die in Fig. 3 ge­ zeigten zusätzlichen Komponenten zweckmäßige Mittel bilden, um die Gesamtstabilität der Rückführungsgeneratorschaltung in Abhängigkeit von jeder speziellen Implementation zu ver­ bessern.

Ein Verfahren zur Signalkompensation in einem Stromsensor kann die Schritte enthalten, daß eine Primär­ wicklung, eine Sekundärwicklung und eine Rückführungswick­ lung unter Verwendung eines Magnetkerns magnetisch gekop­ pelt werden. Es wird ein im wesentlichen kontinuierliches Rückführungssignal generiert und der Rückführungswicklung zugeführt, um auf effektive Weise einen Magnetfluß im we­ sentlichen nahe Null zu halten. Ein kompensierendes AC Si­ gnal wird aus einer DC Offset-Spannung erzeugt. Das kompen­ sierende Signal wird in vorbestimmter Weise durch den Ma­ gnetkern gekoppelt. Der Schritt des Erzeugens des im we­ sentlichen kontinuierlichen Rückführungssignals enthält das Betreiben eines Operationsverstärkers mit ersten und zwei­ ten Differenz-Eingangsports und ersten und zweiten Diffe­ renz-Ausgangsports. Beispielsweise wird während einer er­ sten Schaltperiode der erste Eingangsport (z. B. der inver­ tierende Eingangsport des Operationsverstärkers 110) mit der Sekundärwicklung durch das mit einem Punkt versehene Ende verbunden, während der zweite Eingangsport (z. B. der nicht-invertierende Eingangsport des Operationsverstärkers 110) mit einer vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbunden wird. Umgekehrt wird während einer zweiten Schaltperiode der erste Eingangsport mit der vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbunden, während der zwei­ te Eingangsport mit dem mit einem Punkt versehenen Ende der Sekundärwicklung verbunden wird. Der Schritt des Betreibens des Operationsverstärkers enthält ferner, daß während der ersten Schaltperiode der erste Ausgangsport (z. B. der in Fig. 2A gezeigte Ausgangsport, der mit dem Ausgangsschal­ ter 106 verbunden ist) mit der Rückführungswicklung über ihr mit einem Punkt versehenes Ende verbunden wird und wäh­ rend der zweiten Schaltperiode der zweite Ausgangsport (z. B. der in Fig. 2B gezeigte Ausgangsport, der mit dem Ausgangsschalter 106 verbunden ist,) mit der Rückführungs­ wicklung über ihr mit einem Punkt versehenes Ende verbunden wird.

Claims (12)

1. Stromsensor mit wenigstens einem Signalinterfa­ cekanal, enthaltend:
einen Transformator bzw. Wandler mit einer Primär­ wicklung, einer Sekundärwicklung und einer Rückführungs­ wicklung,
einen Magnetkern, der die Primärwicklung, die Se­ kundärwicklung und die Rückführungswicklung magnetisch kop­ pelt, gekennzeichnet durch:
eine Rückführungsgeneratorschaltung (102), die auf ein AC Signal in der Sekundärwicklung (18) anspricht und ein im wesentlichen kontinuierliches Rückführungssignal erzeugt, das der Rückführungswicklung (20) zugeführt ist, wobei das Rückführungssignal den Fluß in dem Magnetkern im wesentlichen nahe Null hält, wobei die Rückführungsgenera­ torschaltung (102) einen Operationsverstärker (110) und eine Schaltanordnung (104) enthält, die aus einer DC Off­ set-Spannung ein kompensierendes AC Signal generiert, das mit dem Operationsverstärker über den Magnetkern gekoppelt ist.

2 Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Operationsverstärker (110) erste und zweite Differenz-Eingangsports und erste und zweite Differenz- Ausgangsports aufweist.

3. Stromsensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltanordnung enthält:
erste und zweite Eingangsschalter (104₁, 104₂), die während einer ersten Schaltperiode den ersten Eingangs­ port mit der Sekundärwicklung (18) und den zweiten Ein­ gangsport mit einer vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbinden und die während einer zweiten Schaltperi­ ode den zweiten Eingangsport mit der Sekundärwicklung und den ersten Eingangsport mit der vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbinden, und
einen Ausgangsschalter (106), der während der er­ sten Schaltperiode den ersten Ausgangsport mit der Rück­ führungswicklung (20) verbindet, wobei der Ausgangsschalter während der zweiten Schaltperiode den zweiten Ausgangsport mit der Rückführungswicklung verbindet.

4. Stromsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Rückführungsgeneratorschaltung (102) eine einzelne, monolithische, elektronische Inte­ grierte Schaltung aufweist.

5. Stromsensor nach Anspruch 4, wobei das Inte­ grierte Schaltungschip einen Pinset aufweist, der drei Ver­ bindungspins für wenigstens einen Signalinterfacekanal auf­ weist.

6. Stromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein erster (P₁) der drei Verbindungspins so verbunden ist, daß das AC Signal in der Sekundärwicklung (18) geleitet ist, der zweite (P₂) der drei Verbindungspins so verbunden ist, daß das Rückführungssignal in der Rück­ führungswicklung (20) geleitet ist, und der dritte (P₃) der drei Verbindungspins so verbunden ist, daß ein vorbestimm­ tes Meßsignal geleitet ist.

7. Stromsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Integrierte Schaltungschip entspre­ chende zusätzliche Rückführungsgeneratorschaltungen enthält für entsprechende zusätzliche Signalinterfacekanäle in dem Stromsensor und wobei der Integrierte Schaltungschip einen entsprechenden zusätzlichen Pinset enthält, der drei Ver­ bindungspins für jeden zusätzlichen Signalinterfacekanal darin aufweist.

8. Stromsensor nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Operationsverstärker (110) wenigstens ei­ nen Rückführungskondensator (120) hat für ein in vorbe­ stimmter Weise kompensierendes Frequenzverhalten des Opera­ tionsverstärkers.

9. Verfahren zur Signalkompensation in einem Strom­ sensor, gekennzeichnet durch:
magnetisches Koppeln einer Primärwicklung, einer Sekundärwicklung und einer Rückführungswicklung unter Ver­ wendung eines Magnetkerns,
Erzeugen eines im wesentlichen kontinuierlichen Rückführungssignals, das einer Rückführungswicklung zuge­ führt wird und einen Magnetfluß im wesentlichen nahe Null hält,
Erzeugen eines kompensierenden AC Signals aus einer DC Offset-Spannung, wobei das kompensierende Signal in vor­ bestimmter Weise durch den Magnetkern gekoppelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt zum Erzeugen des im wesentlichen kontinuierlichen Rückführungssignals ein Betreiben eines Operationsverstärkers enthält, der erste und zweite Diffe­ renz-Eingangsports und erste und zweite Differenz-Ausgangs­ ports aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Betreiben des Operationsverstärkers wäh­ rend einer ersten Schaltperiode der erste Eingangsport mit der Sekundärwicklung und der zweite Eingangsport mit einer vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbunden wer­ den und während einer zweiten Schaltperiode der zweite Ein­ gangsport mit der Sekundärwicklung und der erste Eingangs­ port mit der vorbestimmten elektrischen Masse bzw. Ground verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Betreiben des Operationsverstärkers ferner während der ersten Schaltperiode der erste Ausgangs­ port mit der Rückführungswicklung und während der zweiten Schaltperiode der zweite Ausgangsport mit der Rückführungs­ wicklung verbunden werden.