DE19844729A1

DE19844729A1 - Current sensor with magnet core with at least one sec. winding besides primary winding for current to be measured and

Info

Publication number: DE19844729A1
Application number: DE1998144729
Authority: DE
Inventors: Friedrich Lenhard
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 1999-12-16

Abstract

The current sensor has a magnetic ring core (9) and it is designed so that with a current (I1) to be measured, which is so high, that this drives the core in saturation and the current sensor is overridden. The current sensor makes available a signal at one or more auxiliary outputs, which identify the overriding of the current sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromsensor mit einem Magnet kern, auf dem neben einer Primärwicklung für den zu messenden Strom mindestens eine Sekundärwicklung vorhanden ist, wobei in die Sekundärwicklung ein sich periodisch ändernder Strom eingespeist wird und der Kern durch den Strom in mindestens eine Richtung der Magnetisierungskennlinie gesättigt wird, und mindestens einem Ausgang, welcher ein für den zu messen den Strom charakteristisches Ausgangssignal liefert.The invention relates to a current sensor with a magnet core, on which in addition to a primary winding for the measurement Current at least one secondary winding is present, wherein a periodically changing current in the secondary winding is fed and the core by the current in at least a direction of the magnetization characteristic is saturated, and at least one output, which one for the measure provides the current characteristic output signal.

Ein induktiv arbeitender Stromsensor, welcher auch zur Mes sung von Gleichstromsignalen geeignet ist, ist beispielsweise aus der DE-A-42 29 948 bekannt. Am Ausgang stellt der Strom sensor ein dem Strom proportionales Signal bereit. Der zu messende Primärstrom erzeugt einen magnetischen Fluß in einem Ringkern, welcher mit Hilfe einer Sekundärwicklung abgefragt werden kann. Hierzu erzeugt ein Generators eine periodische Spannung in der Sekundärwicklung, die zu einer periodischen Ummagnetisierung des Ringkerns führt. Der Ringkern besteht aus einem Material mit weitgehend rechteckförmiger Magneti sierungskennlinie. Solche Kerne weisen eine Hysterese in der Magnetisierungskennlinie auf, die gemäß der funktionsweise des hier beschriebenen Stromsensors durch eine Mittelwertbil dung bei der Messung des Sekundärstroms aus der Messgröße herausfällt. Aufgrund der Unabhängigkeit von der Hysterese des Kerns arbeiten diese Stromsensoren mit besonders hoher Genauigkeit. Die Mittelwertbildung erfolgt durch selektive Messung der Spannung an einem Widerstand im Sekundärkreis. Wird die Spannung abwechselnd - nach durchlaufen der positiven bzw. negativen Sättigung des Kerns - bestimmt und gemittelt, so heben sich die Beiträge des Kernmagnetisierungsstroms auf und es verbleibt ein der zu messenden Stromstärke proportio naler Betrag.An inductive current sensor, which is also used for measuring solution of DC signals is suitable, for example known from DE-A-42 29 948. At the exit there is electricity sensor provides a signal proportional to the current. The too measuring primary current creates a magnetic flux in one Toroid, which is queried using a secondary winding can be. For this purpose, a generator generates a periodic one Voltage in the secondary winding leading to a periodic Magnetization of the toroid leads. The toroid is there made of a material with a largely rectangular magnet characteristic curve. Such cores have a hysteresis in the Magnetization characteristic, which according to the mode of operation of the current sensor described here by means of a mean bil when measuring the secondary current from the measured variable falls out. Because of the independence from the hysteresis At the core, these current sensors work at a particularly high level Accuracy. The averaging is done by selective Measurement of the voltage across a resistor in the secondary circuit. The voltage alternates - after going through the positive or negative saturation of the nucleus - determined and averaged, the contributions of the nuclear magnetizing current cancel each other out and there remains a proportion of the current to be measured nominal amount.

Ein Stromsensor, der ähnlich dem oben dargestellten Prinzip arbeitet, ist auch aus der deutschen Patentanmeldung 197 05 770.5 bekannt. Gegenüber dem vorstehend beschriebenen Strom sensor ist die Generatorschaltung selbstschwingend aufgebaut, woraus sich Vorteile hinsichtlich des schaltungstechnischen Aufwandes ergeben. Bei der selbstschwingenden Anordnung wird mittels invertierender Verstärker der Sekundärstrom bei Über schreitung eines bestimmten Maximalstroms (Schwellenwert) um gepolt. Hierdurch entstehen im Sekundärkreis Strompulse, de ren Breite proportional zum Primärstrom ist.A current sensor that is similar to the principle shown above works, is also from the German patent application 197 05 770.5 known. Compared to the current described above sensor, the generator circuit is self-oscillating, which are advantages in terms of circuitry Result in effort. With the self-oscillating arrangement by means of inverting amplifier the secondary current at over exceeding a certain maximum current (threshold value) poled. This creates current pulses in the secondary circuit, de ren width is proportional to the primary current.

Ein Stromwandler, welcher nach dem Prinzip der Kompensati onsstromwandlung arbeitet, ist aus der EP-A-0 742 440 be kannt. Kompensationsstromwander erzeugen mittels einer weite ren Wicklung einen Strom, welcher den magnetischen Fluß, der durch die Meßwicklung erzeugt wird, aufhebt. Die Elektronik zur Steuerung des Kompensationsstroms kann beim Einschalten des Sensors oder durch unkontrollierte Überschwinger der Reg lerstufe für den Strom in der weiteren Wicklung in einen un kontrollierten (sogenannten "Latch up"-)Zustand gehen. Die ser unkontrollierte Zustand wird gemäß der europäischen Pa tentanmeldung durch Überwachung der Symmetrie der positiven und negativen Versorgungsspannung vermieden.A current transformer, which works on the principle of compensation onsstromwandlung works, is from EP-A-0 742 440 be knows. Generating compensation current wander by means of a wide ren winding a current which is the magnetic flux which generated by the measuring winding cancels. The Electronic to control the compensation current when switching on of the sensor or due to uncontrolled overshoots of the reg Level for the current in the further winding in an un controlled (so-called "latch up") state. The This uncontrolled condition is in accordance with the European Pa tent registration by monitoring the symmetry of the positive and negative supply voltage avoided.

Es hat sich gezeigt, daß bei Stromsensoren, die nach dem Prinzip der wechselseitigen Sättigung arbeiten, eine maximale (primärseitige) Stromstärke existiert, oberhalb der das Aus gangssignal des Stromsensors keine dem Strom proportionale Meßgröße mehr darstellt. Insbesondere kann es vorkommen, daß das Ausgangssignal um einen bestimmten Betrag kleiner ist, als der bei optimaler Arbeitsweise zu erwartende Wert für das Ausgangssignal. Im praktischen Betrieb ist es bei derartigen Stromsensoren nicht möglich, zwischen sehr hohen Strömen und um einen bestimmten Betrag niedrigere Ströme im regulären Meßbereich zu unterscheiden. So ist insbesondere bei Strom sensoren mit selbstschwingendem Generator kein Unterschied zwischen der Pulsbreite eines sehr hohen Stroms, welcher bei spielsweise über 100 A liegt, und der Pulsbreite eines Stroms, der im Meßbereich liegt - beispielsweise von 1 mA bis 100 A -, erkennbar.It has been shown that with current sensors that after Principle of mutual saturation work, a maximum Current (primary side) exists above which the off output signal of the current sensor none proportional to the current Measured variable represents more. In particular, it can happen that the output signal is smaller by a certain amount, than the expected value for the Output signal. In practical operation it is with such Current sensors not possible between very high currents and regular currents lower by a certain amount Distinguish between measuring ranges. This is especially the case with electricity sensors with self-oscillating generator no difference between the pulse width of a very high current, which at for example, is over 100 A, and the pulse width one Current that is in the measuring range - for example from 1 mA to 100 A -, recognizable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stromsensor der Eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei Über steuerung, also bei einem Strom, der oberhalb des durch den Kern vorgegebenen Meßbereichs liegt, keinen undefinierten Wert am Ausgang für das dem Strom proportionale Signal er zeugt.The object of the present invention is a current sensor to create the genus mentioned at the beginning control, i.e. with a current that is above the through the The core of the specified measuring range is not an undefined one Value at the output for the signal proportional to the current testifies.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromsensor der Eingangs genannten Gattung zu schaffen, welcher ein zu sätzliches Ausgangssignal zur Verfügung stellt, mittels des sen eine Unterscheidung zwischen Übersteuerungsbereich und regulärem Meßbereich ermöglicht.Another object of the invention is a current sensor to create the genus mentioned above, which one too provides additional output signal by means of the a distinction between overrange and regular measuring range.

Die Erfindung betrifft daher einen Stromsensor mit einem Ma gnetkern, auf dem neben einer Primärwicklung für den zu mes senden Strom mindestens eine Sekundärwicklung vorhanden, vor zugsweise aufgewickelt, ist, wobei in die Sekundärwicklung ein sich periodisch ändernder Strom eingespeist wird und der Kern durch den Strom in mindestens eine Richtung der Magneti sierungskennlinie gesättigt wird, und mindestens einem Aus gang, welcher ein für den zu messenden Strom charakteristi sches Ausgangssignal liefert, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einem zu messenden Strom, der so hoch ist, daß dieser den Kern in die Sättigung treibt und der Stromsensor übersteuert ist, der Stromsensor an einem oder mehreren zu sätzlichen Ausgängen ein Signal zur Verfügung stellt, welcher die Übersteuerung des Stromsensors erkennbar macht.The invention therefore relates to a current sensor with a Ma gnetkern, on which in addition to a primary winding for the mes send electricity at least one secondary winding available is preferably wound, being in the secondary winding a periodically changing current is fed in and the Core through the current in at least one direction of the magneti sation characteristic is saturated, and at least one off which is a characteristic of the current to be measured provides output signal, which is characterized is that with a current to be measured that is so high that this drives the core into saturation and the current sensor is overridden, the current sensor on one or more provides additional outputs with a signal which makes the overload of the current sensor recognizable.

Die Erfindung betrifft auch einen Stromsensor mit einem Ma gnetkern, auf dem neben einer Primärwicklung für den zu mes senden Strom, mindestens eine Sekundärwicklung aufgewickelt ist, wobei in die Sekundärwicklung ein sich periodisch än dernder Strom eingespeist wird und der Kern durch den Strom in mindestens eine Richtung der Magnetisierungskennlinie ge sättigt wird, und mindestens einem Ausgang, welcher ein für den zu messenden Strom charakteristisches Ausgangssignal lie fert, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einem zu messenden Strom, der so hoch ist, daß dieser den Kern in die Sättigung treibt und der Stromsensor übersteuert ist, der Stromsensor an einem oder mehreren Ausgängen, welche das für den zu messenden Strom charakteristische Ausgangssignal lie fern, bei Übersteuerung ein oder mehrere Signale erzeugt wer den, welche dem Maximalwert des Meßbereichs entsprechen.The invention also relates to a current sensor with a Ma gnetkern, on which in addition to a primary winding for the mes send electricity, wound up at least one secondary winding is, with a periodically changing in the secondary winding the current is fed in and the core by the current in at least one direction of the magnetization characteristic is saturated, and at least one output, which is a for the current to be measured characteristic output signal lie fert, which is characterized in that at one to measuring current that is so high that it enters the core of the Saturation drives and the current sensor is overdriven Current sensor on one or more outputs, which the for the output signal characteristic of the current to be measured remote, one or more signals are generated when overdriven those that correspond to the maximum value of the measuring range.

Vorzugsweise ist das für den zu messenden Strom charakteri stische Signal ein Signal, welches eine zum zu messenden Strom proportionale Größe darstellt. Das für den zu messenden Strom charakteristische Signal, welches an einem Ausgang des Stromsensors anliegt, kann ein der zur messenden Größe pro portionaler Strom, eine der zur messenden Größe proportionale Spannung oder auch ein durch die Meßgröße pulsmoduliertes oder frequenzmoduliertes Strom- oder Spannungssignal sein.This is preferably characteristic of the current to be measured signal a signal which is one to be measured Represents current proportional quantity. That for the person to be measured Current characteristic signal, which at an output of the Current sensor is present, one of the size to be measured per proportional current, one that is proportional to the measured quantity Voltage or a pulse modulated by the measured variable or frequency modulated current or voltage signal.

Zur Erkennung des Zustandes der Übersteuerung wird bevorzugt eine sich bei Übersteuerung ergebende Frequenzerhöhung des periodisch sich ändernden Sekundärstroms oder eine mit dieser Stromänderung in Beziehung stehende Spannung zur Erkennung herangezogen. It is preferred to detect the state of the overload a resulting frequency increase of the overdrive periodically changing secondary current or one with this Current change related voltage for detection used.

Vorzugsweise stellt der Stromsensor an einem zusätzlichen Ausgang ein Signal zur Verfügung, welches die Übersteuerung des Stromsensors erkennbar macht. In diesem Fall liegt zu sätzlich am Ausgang, an dem im Meßbereich das für den Meß strom charakteristische Signal anliegt, bei Übersteuerung ein Signal an, welches dem Maximalwert des Meßbereichs des Strom sensors entspricht. Besonders bevorzugt wird daher ein im re gulären Meßbereich zum Primärstrom proportionales Ausgangs signal in einem elektronischem Bauelement, welches eine Spei cherwirkung hat, zwischengespeichert, wobei der Arbeitsbe reich des Speichers vom Überstromausgang gesteuert wird.The current sensor preferably provides an additional one Output a signal available, which the overload of the current sensor. In this case lies too additionally at the output at which in the measuring range for the measurement current characteristic signal is present in the event of overdrive Signal which corresponds to the maximum value of the measuring range of the current sensors corresponds. Therefore, one in the right is particularly preferred Gular measuring range proportional to the primary current output signal in an electronic component, which a Spei has effect, cached, the Arbeitsbe range of the memory is controlled by the overcurrent output.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 5 nä her erläutert.The invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 5 ago.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer Auswerteschaltung (ohne Ansteuerelektronik für die Sekundärspule), die ein Si gnal zur Erkennung einer Frequenzüberschreitung mit zwei lo gischen Haltebausteinen zur Zeitmessung, in Abhängigkeit der Ladezeit der Kondensatoren C₁ und C₂, erzeugt, Fig. 1 shows an embodiment of an evaluation circuit (without drive electronics for the secondary coil) that generates a Si gnal for detecting a frequency exceeding with two lo cal holding devices for measuring time, depending on the charging time of the capacitors C ₁ and C _2,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Schal tungsanordnung für einen Stromsensor mit Erkennung einer Fre quenzüberschreitung am Ausgang Out II zur Anzeige des Über steuerungszustandes durch Einsatz von 4 D-Flipflops, Fig. 2 shows another embodiment with a TIC arrangement for a current sensor with a detection Fre quenzüberschreitung at the output Out II for the display of the control state by use of 4 D flip-flops,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Schaltungs anordnung für einen Stromsensor, welcher im Vergleich zu Fig. 2 einen reduzierten Schaltungsaufwand aufweist, Fig. 3 shows a further embodiment with a circuit arrangement for a current sensor, which has a reduced circuit scale compared to Fig. 2,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung des erfindungs gemäßen Stromsensors, Fig. 4 is a schematic diagram for explaining the current sensor according to Inventive,

Fig. 5 ein Beispiel für eine Ansteuerschaltung eines bekann ten Stromsensors ohne Übersteuerungserkennung und Fig. 5 shows an example of a control circuit of a known current sensor without overdrive detection and

Fig. 6 ein Diagramm mit Strom und Spannungsverläufen im Be trieb des Stromsensors. Fig. 6 is a diagram with current and voltage waveforms in the Be operation of the current sensor.

Anhand von Fig. 4 wird nachfolgend die prinzipielle Funkti onsweise eines gattungsgemäßen Stromsensors mit wechselseiti ger Sättigung erläutert. Der zu messende Strom I₁ wird durch die Primärwicklung eines Ringkerns mit einer rechteckigen Hy stereseschleife 1 geleitet. Die Sekundärwicklung 2 ist mit dem Eingang und dem Ausgang eines invertierenden Verstärkers 3, welcher z. B. ein Schmitt-Trigger ist, angeschlossen. Zwi schen einer Seite der Sekundärwicklung und Masse ist ein Wi derstand R_s geschaltet. Liegt der Ausgang U_a des invertieren den Verstärkers 3 zunächst auf einem hohen Potential, so fließt durch die Sekundärwicklung 2 und den Widerstand R_S ein gemeinsamer Strom I_S. Der Ausgang U_a stellt gleichzeitig eine Ausgangsgröße dar, die zur Bestimmung des Primärstroms heran gezogen werden kann. Hierzu dient die Auswerteeinheit AE, welche eine Bestimmung der Pulsbreite von U_a vornimmt. Diese Pulsbreitenbestimmung kann durch Mittelwertbildung oder eine Zeitmessung erfolgen. Die Pulsbreite ist proportional zur Stromstärke in der Primärwicklung.The basic function of a generic current sensor with alternating saturation is explained below with reference to FIG. 4. The current I ₁ to be measured is passed through the primary winding of a ring core with a rectangular Hy stereseschleife 1 . The secondary winding 2 is connected to the input and the output of an inverting amplifier 3 , which, for. B. is a Schmitt trigger connected. A resistance R _{s is} connected between one side of the secondary winding and ground. If the output U _a of invert the amplifier 3 is initially at a high potential, a common current I _S flows through the secondary winding 2 and the resistor R _S. The output U _{a also} represents an output variable that can be used to determine the primary current. The evaluation unit AE serves this purpose, which determines the pulse width of U _a . This pulse width determination can be done by averaging or a time measurement. The pulse width is proportional to the current in the primary winding.

Der Strom- und Spannungsverlauf im Betrieb des Stromsensors wird mit Hilfe von Fig. 6 deutlich. Im linken Teil des Dia gramms von Fig. 6 ist der Verlauf ohne einen Primärstrom ge zeigt, im rechten Teil der Verlauf mit einem in der Primär wicklung fließenden Strom. Die Spannung U7 entspricht dem Verlauf der Spannung an U_a in den Fig. 4 und 5. Der Strom I8 ist der durch die Sekundärspule fließende Strom I_S. Wech selt U auf einen positiven Wert, so wird der Magnetkern 1 um magnetisiert. Währendessen fließt ein Strom, welcher im we sentlichen durch die Impedanz der Sekundärspule begrenzt wird. Geht nun der Kern bei anwachsendem Strom in die Sätti gung, sinkt die Impedanz schnell ab und der Strom steigt ra pide an. Ab einem von der Schaltung vorgebenen Grenzwert für den Strom schaltet der Differenzverstärker auf ein negatives Spannungspotential um. Dies führt zu einem Richtungswechsel des Stroms Is, so daß der Kern im Anschluß in entgegengesetze Richtung die Magnetisierungskennlinie durchläuft.The current and voltage curve during operation of the current sensor is clear with the aid of FIG. 6. In the left part of the diagram of Fig. 6, the course without a primary current is shown ge, in the right part of the course with a current flowing in the primary winding. The voltage U7 corresponds to the profile of the voltage at U _a in FIGS. 4 and 5. The current I8 is the current I _S flowing through the secondary coil. If U changes to a positive value, the magnetic core 1 is magnetized. Meanwhile, a current flows, which is essentially limited by the impedance of the secondary coil. If the core goes into saturation with increasing current, the impedance drops quickly and the current increases rapidly. The differential amplifier switches to a negative voltage potential from a limit value for the current specified by the circuit. This leads to a change in direction of the current Is, so that the core then runs through the magnetization characteristic in the opposite direction.

Durch den im Primärkreis fließenden Meßstrom wird die Magne tisierungskurve des Kerns auf der B(H)-Kurve je nach Vorzei chen auf der H-Achse nach links oder rechts verschoben. Der Strom- und Spannungsverlauf mit zusätzlichem Primärstrom ist im rechten Teil des Diagramms von Fig. 6 dargestellt. Je nach Betrag und Vorzeichen des zusätzlichen durch die Primärspule erzeugten H-Feldes wird der positive oder negative Sätti gungsbereich schneller angesteuert. Entsprechend ändert sich das Pulsbreitenverhältnis der am Ausgang abgegriffenen Span nung U_a.Due to the measuring current flowing in the primary circuit, the magnetization curve of the core on the B (H) curve is shifted to the left or right depending on the sign on the H axis. The current and voltage curve with additional primary current is shown in the right part of the diagram in FIG. 6. Depending on the amount and sign of the additional H field generated by the primary coil, the positive or negative saturation range is controlled more quickly. The pulse width ratio of the voltage U _a tapped at the output changes accordingly.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der wechselseitigen Er regung des Kerns mit einem Differenzverstärker 4 und zwei NAND-Gattern 5, 6. Mittels der Widerstände R_a und R_b läßt sich der Umschaltschwellwert für die Spannung U_s dimensionie ren. Diese Anpassung kann notwendig sein, wenn Kernmateriali en mit unterschiedlichen Magnetisierungskennlinien eingesetzt werden. Fig. 5 shows a further possibility of mutual excitation of the core with a differential amplifier 4 and two NAND gates 5 , 6th The switching threshold for the voltage U _{s can be} dimensioned by means of the resistors R _a and R _b . This adjustment may be necessary if core materials with different magnetization characteristics are used.

Wird der Stromsensor gemäß den Fig. 4 und 5 übersteuert, so befindet sich das Feld H in einem Bereich, in dem der Kern im gesamten durchlaufenden H-Bereich sich in einem Sätti gungszustand. Der invertierende Verstärker 3 schaltet in die sem Fall aufgrund der sehr niedrigen Impedanz der Sekundär spule 2 sehr schnell zwischen zwei Spannungszuständen hin und her. Die Frequenz der in Fig. 6 dargestellten Spannungspulse steigt als Folge davon stark an. Der Stromsensor befindet sich bei einer derartigen Übersteuerung im sogenannten Latch- Zustand.If the current sensor according to FIGS. 4 and 5 is overridden, the field H is in an area in which the core is in a saturated state in the entire continuous H area. The inverting amplifier 3 switches in this case due to the very low impedance of the secondary coil 2 very quickly between two voltage states back and forth. As a result, the frequency of the voltage pulses shown in Fig. 6 rises sharply. In the case of such an override, the current sensor is in the so-called latch state.

Die in Fig. 1 dargestellte Zusatzschaltung bildet gemeinsam mit dem in Fig. 5 dargestellten Schaltungsteil ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Stromsensor mit Latch-Erkennung. Das zur Auswertung durch die Schaltung AE (Fig. 4) im regulä ren Strombereich des Sensors herangezogene Signal liegt an Punkt Q_P an. Das mit umgekehrtem Vorzeichen dem Signal Q_P entsprechende Signal Q_N wird gemeinsam mit Q_P an den Schal tungsteil in Fig. 1 weitergeleitet. Einen wesentlichen Be standteil dieses Latch-Schaltungsteils bilden die beiden Latch-Bausteine der Bezeichnung "HC75", die beispielsweise von der Fa. Philips unter der Bezeichnung 74HC75 lieferbar sind. Die Ein- und Ausgänge der Latch-Bausteine sind miteinan der über Eingang D2 und Ausgang Q verbunden. Das aus dem Schaltungsteil in Fig. 5 stammende Signal Q_P wird dem ersten Latch Baustein an Eingang LE (Latch Enable) zugeführt. Des weiteren ist der Eingang des ersten Latch-Bausteins mit einem RC-Glied beschaltet, bestehend aus Widerstand R1, der an Klemme LE und D1 des ersten Latch-Bausteins angeschlossen ist, und Kondensator C1, welcher mit D1 und Masse verbunden ist. Parallel zu R1 ist eine Diode D1 angeordnet. In analoger Weise ist der Anschluß Q_N mit einem RC-Glied und einer Diode beschaltet, wobei Q_N wie bereits Q_P vom Schaltungsteil aus Fig. 5 stammt. Jeweils ein nichtinvertierender Ausgang Q der Latch-Bausteine ist auf den Eingang D2 des jeweils anderen Latch-Bausteins zurückgeführt. Zwei Dioden D3, D4, welche je weils an weiteren nichtinvertierenden Ausgängen Q der beiden Latch-Bausteine angeschlossen sind, bilden zusammen mit einem Widerstand R3 ein ODER-Gatter.The additional circuit shown in FIG. 1, together with the circuit part shown in FIG. 5, forms an example of a current sensor according to the invention with latch detection. The signal used for evaluation by the circuit AE ( FIG. 4) in the regular current range of the sensor is present at point Q _P. The corresponding opposite sign to the signal _P Q Q _N signal is forwarded together with Q _P to the sound processing part in FIG. 1. An essential part of this latch circuit part are the two latch modules called "HC75", which are available, for example, from Philips under the name 74HC75. The inputs and outputs of the latch modules are connected to each other via input D2 and output Q. The signal Q _P originating from the circuit part in FIG. 5 is fed to the first latch module at input LE (latch enable). Furthermore, the input of the first latch module is connected to an RC element, consisting of resistor R1, which is connected to terminals LE and D1 of the first latch module, and capacitor C1, which is connected to D1 and ground. A diode D1 is arranged in parallel with R1. In an analogous manner, the connection Q _{N is} connected to an RC element and a diode, wherein Q _N, like Q _P, originates from the circuit part from FIG. 5. One non-inverting output Q of each latch module is fed back to input D2 of the other latch module. Two diodes D3, D4, which are each connected to further non-inverting outputs Q of the two latch modules, form an OR gate together with a resistor R3.

Wie bereits weiter oben dargestellt, schwingt die Schaltung im Übersteuerungsfall bei einer stark erhöhten Frequenz. Durch die Verschaltung der Latch-Bausteine 17 und 18 wird am Ende einer Halbwelle ein zeitverzögertes L-Potential abge fragt. Sofern ein zugehöriger Schwellwert bis dahin nicht überschritten ist, liegt eine zu kurze Pulsdauer vor. An Aus gang Out liegt in diesem Fall ein niedriges (low-) Potential an. Im regulären Betrieb liegt an Out ein positives (High-) Potential an. Somit wird durch den Ausgang Out ein Signal zur Verfügung gestellt, welches den Fall der Übersteuerung des Stromsensors anzeigt.As already shown above, the circuit oscillates at a greatly increased frequency in the event of an overload. By interconnecting the latch blocks 17 and 18 , a time-delayed L potential is queried at the end of a half-wave. If an associated threshold value has not been exceeded by then, the pulse duration is too short. In this case there is a low (low) potential at output Out. Out has a positive (high) potential in regular operation. Thus, a signal is made available through the output Out, which indicates the case of the overload of the current sensor.

Die Schaltung in Fig. 1 läßt sich beispielsweise noch durch eine nicht dargestellte Zusatzschaltung erweitern, die einen Zusätzlichen Ausgang Out II zur Verfügung stellt, der auf dem Maximalwert des Übersteuerungsbereichs des Stromsensors ste henbleibt. Dies läßt sich realisieren, indem die pulsweiten modulierte Ausgangsspannung (Q_P, Q_N) über einen weiteren Latch-Baustein geführt wird, dessen Arbeitsbereich (LE) durch den Ausgang Out des Schaltungsteils in Fig. 1 gesteuert wird.The circuit in FIG. 1 can be expanded, for example, by an additional circuit, not shown, which provides an additional output Out II, which remains at the maximum value of the overrange of the current sensor. This can be achieved by passing the pulse-width modulated output voltage (Q _P , Q _N ) over a further latch module, the working area (LE) of which is controlled by the output Out of the circuit part in FIG. 1.

Das in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel für einen Stromsensor mit Erkennung einer Frequenzüberschreitung wurde durch Einsatz von 4 D-Flipflops realisiert. Der zu mes sende Strom I1 fließt durch die Primärwicklung des Ringkerns 9. In der Sekundärwicklung fließt ein Strom mit wechselnder Polarität. Hierzu ist ein Ende der Sekundärwicklung mit einem Ausgang Q1 eines D-Flipflops über den Widerstand R1 verbun den, das andere Ende ist über den Widerstand R2 mit Q(Quer)1 verbunden. In der Schaltung sind zur Ansteuerung der Sekun därwicklung zwei D-Flipflops parallel geschaltet. Hierzu sind die Eingänge D1 und D2 der beiden Flipflops miteinander ver bunden. Zusätzlich ist Ausgang Q1 mit Q2 und Ausgang Q(quer)1 mit Q(quer)2 verbunden. Die Eingänge D1 und D2 sind über ei nen Kondensator C2 mit Masse verbunden. Die Abgriffe an der Sekundärspule werden auch einem logischen NAND-Gatter 10 der Bezeichnung 74HCT10 eingangsseitig zugeführt. Das eingesetzte NAND-Gatter besitzt drei Eingänge, von denen zwei mit der Spule verbunden sind. Der dritte Eingang ist über einen Wi derstand R3 mit dem Ausgang des NAND-Gatters 10 verbunden. Weiterhin ist der dritte Eingang über einen Kondensator C1 mit Masse verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters ist auf die 3 Eingänge eines weiteren NAND-Gatters gelegt, welches bau gleich mit dem ersten NAND-Gatter 10 ist. Der Ausgang des zweiten NAND-Gatters wird an die Anode der Diode D1 ange schlossen. Die Kathode von D1 ist über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Parallel zu C3 ist ein Widerstand R4 an geschlossen. Die Anode von D1 wird auf Anschluß CP der 4 D- Flipflops gelegt. Ein geeigneter Baustein mit 4 D-Flipflops ist beispielsweise unter der Bezeichnung "74A0175" erhält lich. Die Kathode von D1 ist mit D0 eines dritten Flipflops gelegt. An diesem Flipflop wird an Ausgang Q(quer)0 das Aus gangssignal OutI zur Verfügung gestellt. Das vierte Flipflop des Bausteins 74AC175 ist stellt am Ausgang Q3 das Ausgangs signal OutII bereit. Der Eingang dieses Flipflops ist mit den Eingängen D1 und D2 verbunden. Ausgang Q(quer)3 des vierten Flipflops wird über Widerstand R5 an Eingang D3 zurückge führt.The further exemplary embodiment shown in FIG. 2 for a current sensor with detection of a frequency overshoot was implemented by using 4 D flip-flops. The current I1 to be measured flows through the primary winding of the ring core 9 . A current with changing polarity flows in the secondary winding. For this purpose, one end of the secondary winding is connected to an output Q1 of a D flip-flop via the resistor R1, the other end is connected to Q (cross) 1 via the resistor R2. In the circuit, two D flip-flops are connected in parallel to control the secondary winding. For this purpose, the inputs D1 and D2 of the two flip-flops are connected to one another. In addition, output Q1 is connected to Q2 and output Q (cross) 1 to Q (cross) 2. The inputs D1 and D2 are connected to ground via a capacitor C2. The taps on the secondary coil are also fed to a logic NAND gate 10 of the designation 74HCT10 on the input side. The NAND gate used has three inputs, two of which are connected to the coil. The third input is connected via a resistor R3 to the output of the NAND gate 10 . Furthermore, the third input is connected to ground via a capacitor C1. The output of the NAND gate is connected to the 3 inputs of a further NAND gate, which is structurally the same as the first NAND gate 10 . The output of the second NAND gate is connected to the anode of the diode D1. The cathode of D1 is connected to ground via a capacitor C3. A resistor R4 is closed in parallel with C3. The anode of D1 is connected to terminal CP of the 4 D flip-flops. A suitable component with 4 D flip-flops is available, for example, under the name "74A0175". The cathode of D1 is connected to D0 of a third flip-flop. The output signal OutI is made available at this flip-flop at output Q (transverse) 0. The fourth flip-flop of the 74AC175 block provides the output signal OutII at output Q3. The input of this flip-flop is connected to the inputs D1 and D2. Output Q (transverse) 3 of the fourth flip-flop is led back via resistor R5 to input D3.

Bei jedem Taktimpuls wird die der Kondensator C3 über die Di ode D1 aufgeladen und damit D0 auf ein hohes Potential ge setzt. Über R4 wird C3 wieder entladen und unterschreitet nach einer bestimmten Verzögerungszeit die Schwellenspannung am Eingang D0. Beim nächsten Taktimpuls wird dieser Wert übernommen. Wird nun bei Übersteuerung des Sensors die Fre quenz der Pulse zu groß, ist die Schwellspannung noch nicht überschritten und Q(quer)0 wechselt auf ein niedriges Poten tial, welches am Ausgang OutI anliegt.With each clock pulse, the capacitor C3 is connected via the Di ode D1 charged and thus D0 ge at a high potential puts. C3 is discharged again via R4 and falls below after a certain delay time the threshold voltage at entrance D0. With the next clock pulse this value becomes accepted. If the Fre pulse is too high, the threshold voltage is not yet exceeded and Q (transverse) 0 changes to a low pot tial, which is present at the OutI output.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schal tungsanordnung für einen Stromsensor wird mit 2 getrennten D- Flipflops 12, 13 aus.The embodiment shown in FIG. 3 of a circuit arrangement for a current sensor is made with 2 separate D flip-flops 12 , 13 .

Das erste Ende der Sekundärwicklung 14 ist über Widerstand R1 mit dem Ausgang Q0 von Flipflop 12 verbunden, das zweite Ende ist über Widerstand R2 mit Q(Quer)0 von Flipflop 12 verbun den. In der Schaltung wird zur Ansteuerung der Sekundärwick lung im Gegensatz zur Schaltung in Fig. 2 keine Parallel schaltung von zwei D-Flipflops durchgeführt. Eingang D0 des Flipflops 12 und Eingang D1 eines zweiten Flipflops 13 sind gemeinsam über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Die beiden Ausgänge der Sekundärwicklung werden einem NAND Gatter 14 mit drei Eingängen zugeführt. Einer der Eingänge des NAND-Gatters ist zusätzlich über einen Widerstand R3 mit dem Ausgang des NAND-Gatters 14 und über einen Kondensator C1 mit Masse verbunden. Der Ausgang des NAND-Gatters ist auf die 3 Eingänge eines weiteren NAND-Gatters 15 gelegt. Der Ausgang des NAND-Gatters 15 ist an die Anode der Diode D1 angeschlos sen. Die Kathode von D1 ist über einen Kondensator C2 mit Masse verbunden. Parallel zu C2 ist ein Widerstand R4 ange schlossen. Die Anode von D1 wird auf Anschluß CP des D- Flipflops 12 gelegt. Die Kathode von D1 ist im Gegensatz zur Schaltung von Fig. 2 nicht direkt mit einem Eingang eines Flipflops verbunden. Statt dessen existiert eine Verbindung der Kathode von D1 über ein drittes NAND-Gatter 16 mit ge brückten drei Eingängen an Eingang CP des Flipflops 13. An Flipflop 12 wird an Ausgang Q0 das Ausgangssignal OutI zur Verfügung gestellt. Das Flipflop 13 stellt am Ausgang Q1 das Ausgangssignal OutII bereit. Der Eingang D1 dieses Flipflops ist mit Eingang D0 des Flipflops 12 verbunden. Diese Verbun denen Anschlüsse sind über Kondensator C3 an Masse geführt. Ausgang Q(quer)0 von Flipflops 12 wird über Widerstand R5 an Eingang D1 des Flipflops 13 zurückgeführt.The first end of the secondary winding 14 is connected via resistor R1 to the output Q0 of flip-flop 12 , the second end is connected via resistor R2 to Q (cross) 0 of flip-flop 12 . In the circuit for controlling the secondary winding, in contrast to the circuit in FIG. 2, no parallel connection of two D flip-flops is carried out. Input D0 of flip-flop 12 and input D1 of a second flip-flop 13 are connected to ground together via a capacitor C3. The two outputs of the secondary winding are fed to a NAND gate 14 with three inputs. One of the inputs of the NAND gate is additionally connected to the output of the NAND gate 14 via a resistor R3 and to ground via a capacitor C1. The output of the NAND gate is connected to the 3 inputs of a further NAND gate 15 . The output of the NAND gate 15 is connected to the anode of the diode D1. The cathode of D1 is connected to ground via a capacitor C2. A resistor R4 is connected in parallel with C2. The anode of D1 is connected to terminal CP of the D flip-flop 12 . In contrast to the circuit of FIG. 2, the cathode of D1 is not connected directly to an input of a flip-flop. Instead, there is a connection of the cathode of D1 via a third NAND gate 16 with three bridged inputs to the input CP of the flip-flop 13 . The output signal OutI is made available at flip-flop 12 at output Q0. The flip-flop 13 provides the output signal OutII at the output Q1. The input D1 of this flip-flop is connected to the input D0 of the flip-flop 12 . These connections are connected to ground via capacitor C3. Output Q (transverse) 0 of flip-flops 12 is fed back via resistor R5 to input D1 of flip-flops 13 .

Die Bauelemente D1, C2 und R4 bilden gemeinsam mit dem nach geschalteten Inverter 16 ein nachtriggerbaren Monoflop. Die Taktimpulse setzen das Monoflop. Fällt das Monoflop zurück, so wird das nachfolgend angeordnete D-Flipflop 13 getriggert. Sind die das Monoflop setzenden Taktimpulse zu hochfrequent, fällt das Monoflop nicht zurück und der Ausgang Q1 bleibt im Fall der Übersteuerung des Stromsensors auf dem letzten Wert stehen. Dieses Signal wird an OutII abgreifbar.The components D1, C2 and R4 together with the downstream inverter 16 form a retriggerable monoflop. The clock pulses set the monoflop. If the monoflop falls behind, the subsequently arranged D flip-flop 13 is triggered. If the clock pulses setting the monoflop are too high-frequency, the monoflop does not fall back and the output Q1 remains at the last value if the current sensor is overdriven. This signal can be picked up at OutII.

Eine weiteres nichtgezeichnetes Ausführungsbeispiel wird in diesem Absatz beschrieben. Die erfindungsgemäße Stromsensor schaltung läßt sich mit einem Zeit-Zählerbauelement realisie ren, in dem die Halbwellen des Ausgangssignals (Q_P, Q_N) abge tastet werden. Bei einer Unterschreitung einer bestimmten vorgegebenen Zeit für die Pulsbreite wird ein Signal für die Übersteuerung des Stromsensors an einen Ausgang abgegeben.Another unsigned embodiment is described in this paragraph. The current sensor circuit according to the invention can be realized with a time counter component in which the half-waves of the output signal (Q _P , Q _N ) are sampled. If the pulse width falls below a certain predetermined time, a signal for overriding the current sensor is output to an output.

Claims

1. Current sensor with a magnetic core, on which in addition to a primary winding for the current to be measured, there is at least one secondary winding, wherein a periodically changing current is fed into the secondary winding and the core is saturated by the current in at least one direction of the magnetization characteristic is, and at least one output, which provides an output signal characteristic of the current to be measured, characterized in that when the current to be measured is so high that it drives the core into saturation and the current sensor is overdriven, the current sensor provides a signal at one or more additional outputs, which makes it possible to detect the overload of the current sensor.

2. Current sensor with a magnetic core, on which in addition to a Pri märwicklung for the current to be measured, at least one Se secondary winding is wound, being in the secondary winding a periodically changing current is fed in and the core through the current in at least one direction of Ma gnetierungskennlinie is saturated, and at least one Output, which is a characteristic of the current to be measured provides static output signal, characterized, that with a current to be measured that is so high that it drives the core to saturation and the current sensor over is controlled, the current sensor on one or more outputs conditions that are characteristic of the current to be measured Deliver output signal (preferably on those in the measuring range the signal proportional to the current to be measured is present)) Overdrive one or more signals are generated which correspond to the maximum value of the measuring range.

3. Current sensor according to claim 1 or 2, characterized, that a frequency increase resulting from overdriving of the periodically changing secondary current or one with this current change related voltage to Er identification of the state of the override is used.

4. Current sensor according to claim 3, characterized, that the current sensor sends a signal to an additional output which provides the overdrive of the current sors recognizable and additionally at the exit at the Measuring range the signal characteristic of the measuring current If there is overdrive, there is a signal that corresponds to the Ma ximal value of the measuring range of the current sensor corresponds. (It is therefore preferred that the Pri märstrom proportional output signal in a memory between cached, with the working area of the memory dated Overcurrent output is controlled.)

5. Current sensor according to at least one of claims 1 to 4, characterized, that the core has a rectangular magnetization characteristic points.

6. Current sensor according to at least one of claims 1 to 5, characterized, that the periodic current change through a circuit arrangement voltage is caused in the circuit of the secondary coil works like an inverting amplifier.

7. Current sensor according to at least one of claims 3 to 6, characterized, that the frequency increase is queried with a circuit, which have at least one RC element and at least one latch Has building block.

8. Current sensor according to at least one of claims 3 to 6, characterized, that the frequency increase is queried with a circuit, the at least one RC element and at least one flip-flop points.

9. Current sensor according to at least one of claims 3 to 6, characterized, that the frequency increase is queried with a circuit, which has a timer component.