TWI451095B - 電流偵測電路及其方法 - Google Patents

Description

電流偵測電路及其方法

本揭露是有關於一種電流偵測電路及電流偵測方法。

電流偵測技術(current sensing)被廣泛地應用在各種領域，如馬達監控、能源量測、照明設備的保護等等。電流偵測技術的種類大抵上分為侵入式和非侵入式兩種。所謂侵入式電流偵測是指在待測電流路徑上插入一額外的元件，再透過此元件對於電流變化產生的壓差或感應電流來取得電流的資訊。

非侵入式電流偵測不需要在待測電流路徑上插入一額外的元件。非侵入式電流偵測利用電流磁效應在帶電導線周圍產生磁場，再輔以一可感測磁場的元件來將磁場變化轉換成電子訊號。

本揭露係有關於一種電流偵測電路及電流偵測方法。

根據本揭露，提出一種電流偵測電路。。本電流偵測電路包括高頻訊號產生器、電磁轉換電路及解調電路。高頻訊號產生器產生高頻訊號。電磁轉換電路係耦接高頻訊號產生器，並接收高頻訊號以產生一高頻磁場。高頻磁場調變一電流所產生的感應磁場以產生一調變磁場。電磁轉換電路感應調變磁場以輸出一調變訊號。解調電路係耦接電磁轉換電路，並根據調變訊號進行解調以輸出一偵測結 果。

根據本揭露，提出一種電流偵測方法。本電流偵測方法包括如下步驟。產生一高頻訊號。接收高頻訊號以產生一高頻磁場。高頻磁場調變一電流所產生的感應磁場以產生一調變磁場。感應調變磁場以輸出一調變訊號。根據調變訊號進行解調以輸出一偵測結果。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請同時參照第1圖及第2圖，第1圖繪示為依照一實施例之一種電流偵測電路之示意圖，第2圖繪示為依照本實施例之一種電流偵測方法之流程圖。電流偵測電路1用以偵測一電流I，且電流I流經導體2以產生感應磁場Φ1。電流偵測電路1包括高頻訊號產生器11、電磁轉換電路12及解調電路13。電磁轉換電路12耦接高頻訊號產生器11，且解調電路13耦接至電磁轉換電路12。電流偵測方法適用於前述電流偵測電路1，且包括如下步驟。

如步驟21所示，高頻訊號產生器11產生高頻訊號S1，而高頻訊號S1例如為高頻電壓訊號。如步驟22所示，電磁轉換電路12接收高頻訊號S1以產生高頻磁場Φ2。如步驟23所示，高頻磁場Φ2調變感應磁場Φ1以產生調變磁場Φ3。如步驟24所示，電磁轉換電路12感應調變磁場Φ3以輸出調變訊號S2。如步驟25所示，解調電路13根據調變訊號S2進行解調以輸出偵測結果SR，而偵測 結果SR用以表示電流I大小。

請參照第3圖，第3圖繪示為依照本實施例之一種電流偵測電路之細部方塊圖。前述電磁轉換電路12進一步包括磁場產生器121、磁場感應器122及訊號處理電路123，而解調電路13包括解調器131及濾波器132。磁場產生器121例如為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等可將電子訊號轉換成磁場的元件或裝置，且磁場產生器121接收高頻訊號S1以產生高頻磁場Φ2。高頻訊號S1會使磁場產生器121操作在近乎磁飽和的狀態而造成非線性的磁場效應。如此一來，高頻磁場Φ2與感應磁場Φ1會彼此相乘和相加而產生調變的作用。高頻磁場Φ2注入感應磁場Φ1後即產生調變磁場Φ3。

磁場感應器122例如為霍爾效應感應器(Hall effect sensor)、磁阻感應器(Magneto resistive sensor)、磁抗(magnetic impedance)元件、線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等可對磁場產生對應反應的元件或裝置，且磁場感應器122感應調變磁場Φ3以輸出感應訊號S3。前述磁場產生器121及磁場感應器122可以是兩個獨立的元件，也可以是單一元件。當磁場產生器121及磁場感應器122以單一元件實現時，此單一元件需兼具磁場產生及磁場感應的功能。此單一元件例如為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等。

訊號處理電路123係耦接磁場感應器122及解調電路13之解調器131，並將感應訊號S3轉換為調變訊號S2。訊號處理電路123所進行的訊號處理可視磁場感應器122 及解調器131而定。舉例來說，當磁場感應器122輸出之感應訊號S3過小，訊號處理電路123能將感應訊號S3放大至解調器131可接收之調變訊號S2。或者，當感應訊號S3不是解調器131所能處理的訊號類型時，訊號處理電路123將感應訊號S3轉換為解調器131可處理之調變訊號S2。前述磁場感應器122及訊號處理電路123可以是兩個獨立的元件，也可以是單一元件。訊號處理電路123可以進一步地被整合至磁場感應器122中。

解調器131解調調變訊號S2以輸出解調訊號S4。濾波器13例如為低通濾波器，且濾波器132耦接解調器131。一般來說，解調的過程中可能產生不必要的諧波成分。濾波器132濾除解調訊號S4之諧波成分以輸出偵測結果SR。當解調訊號S4的諧波成分在可容許範圍內，亦可不使用濾波器132，而將解調訊號S4做為偵測結果SR。

請同時參照第1圖及第4圖，第4圖繪示為依照另一實施例之一種電流偵測電路之示意圖。電流偵測電路3與電流偵測電路1主要不同之處在解調電路13將偵測結果SR回授至高頻訊號產生器11，使得高頻訊號產生器11根據偵測結果SR調整高頻訊號S1。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範 圍所界定者為準。

1、3‧‧‧電流偵測電路

2‧‧‧導體

11‧‧‧高頻訊號產生器

12‧‧‧電磁轉換電路

13‧‧‧解調電路

21~25‧‧‧步驟

121‧‧‧磁場產生器

122‧‧‧磁場感應器

123‧‧‧訊號處理電路

131‧‧‧解調器

132‧‧‧濾波器

I‧‧‧電流

S1‧‧‧高頻訊號

S2‧‧‧調變訊號

S3‧‧‧感應訊號

S4‧‧‧解調訊號

SR‧‧‧偵測結果

Φ1‧‧‧感應磁場

Φ2‧‧‧高頻磁場

Φ3‧‧‧調變磁場

第1圖繪示為依照一實施例之一種電流偵測電路之示意圖。

第2圖繪示為依照一實施例之一種電流偵測方法之流程圖。

第3圖繪示為依照一實施例之一種電流偵測電路之細部方塊圖。

第4圖繪示為依照另一實施例之一種電流偵測電路之示意圖。

21~25‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種電流偵測電路，該電路包括：一高頻訊號產生器，用以產生一高頻訊號；一電磁轉換電路，係耦接該高頻訊號產生器，並接收該高頻訊號以產生一高頻磁場，該高頻磁場調變一電流所產生的一感應磁場以產生一調變磁場，該電磁轉換電路感應該調變磁場以輸出一調變訊號；以及一解調電路，係耦接該電磁轉換電路，並根據該調變訊號進行解調以輸出一偵測結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電流偵測電路，其中該電磁轉換電路包括：一磁場產生器，用以接收該高頻訊號以產生該高頻磁場；以及一磁場感應器，用以感應該調變磁場以輸出一感應訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電流偵測電路，更包括：一訊號處理電路，係耦接該磁場感應器及該解調電路，並將該感應訊號轉換為該調變訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電流偵測電路，其中該解調電路包括：一解調器，係耦接該訊號處理電路，並解調該調變訊號以輸出一解調訊號；以及一濾波器，係耦接該解調器，並濾除該解調訊號之諧波成分以輸出該偵測結果。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電流偵測電路，其中該解調電路包括：一解調器，係耦接該訊號處理電路，並解調該調變訊號以輸出一解調訊號做為該偵測結果。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電流偵測電路，其中該訊號處理電路係整合至該磁場感應器。
7. 如申請專利範圍第2項所述之電流偵測電路，其中該磁場產生器係為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈。
8. 如申請專利範圍第2項所述之電流偵測電路，其中該磁場感應器係為霍爾效應感應器(Hall effect sensor)、磁阻感應器(Magneto resistive sensor)、磁抗(magnetic impedance)元件、線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電流偵測電路，其中該解調電路包括：一解調器，用以解調該調變訊號以輸出一解調訊號；以及一濾波器，係耦接該解調器，並濾除該解調訊號之諧波成分以輸出該偵測結果。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電流偵測電路，其中該解調電路包括：一解調器，用以解調該調變訊號以輸出一解調訊號做為該偵測結果。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電流偵測電路，其 中該高頻訊號產生器根據該偵測結果調整該高頻訊號。
12. 一種電流偵測方法，該方法包括：產生一高頻訊號；接收該高頻訊號以產生一高頻磁場；該高頻磁場調變一電流所產生的一感應磁場以產生一調變磁場；感應該調變磁場以輸出一調變訊號；以及根據該調變訊號進行解調以輸出一偵測結果。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電流偵測方法，其中該感應步驟包括：感應該調變磁場以輸出一感應訊號；以及將該感應訊號轉換為該調變訊號。
14. 如申請專利範圍第12項所述之電流偵測方法，其中該解調步驟包括：解調該調變訊號以輸出一解調訊號；以及濾除該解調訊號之諧波成分以輸出該偵測結果。
15. 如申請專利範圍第12項所述之電流偵測方法，其中該解調步驟包括：解調該調變訊號以輸出一解調訊號做為該偵測結果。
16. 如申請專利範圍第12項所述之電流偵測方法，更包括：根據該偵測結果調整該高頻訊號。