CN209070006U - 一种电流传感器 - Google Patents
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Abstract
一种电流传感器，包括用于原边绕组输入被测电流的磁探头绕组(1)，其特征在于：还包括取样放大电路(2)、有效值计算电路(3)和二线制电流环电路(4)，所述磁探头绕组(1)的次边绕组输出端与取样放大电路(2)的输入端相连接，所述取样放大电路(2)的输出端与有效值计算电路(3)的输入端相连接，所述有效值计算电路(3)的输出端与所述二线制电流环电路(4)的输入端相连接。电流传感器输入端的被测电流，依次经过电流传感器内部电路，得到电流传感器的输出端为电流的有效值，因此能直接提取出电流有效值，无需进行额外的计算，且该电流传感器内部结构紧凑、体积小，具有交流耦合、低通滤波电路，具有较强的抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电流传感器。
背景技术
电流传感器，是一种检测装置，能获取到被测电流的信息，并能将检测获取到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电流传感器用于检测被测电流，并转换成按线性比例输出的标准控制信号，并连续输送到如计算机或者显示仪表等接收装置。在变频器、逆变器等领域，其输出波形为粗糙的近似正弦波，其每个周期展开后均包含连续的纹波信号，现有的电流传感器仅能线性的描述波形，其波形不够直观，后续接收装置需要再进行额外的计算才可得出实际电流的有效电流值。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能直接提取出输入电流有效值的电流传感器。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电流传感器，包括用于原边绕组输入被测电流的磁探头绕组，其特征在于：还包括取样放大电路、有效值计算电路和二线制电流环电路，所述磁探头绕组的次边绕组输出端与取样放大电路的输入端相连接，所述取样放大电路的输出端与有效值计算电路的输入端相连接，所述有效值计算电路的输出端与所述二线制电流环电路的输入端相连接。
具体的，所述磁探头绕组包括铁芯以及缠绕在铁芯外侧的所述原边绕组和所述次边绕组。
具体的，所述取样放大电路包括运算放大器N1和取样电阻Rs，所述磁探头绕组的次边绕组两端分别与取样电阻Rs的两端相连接，且所述取样电阻Rs的一端与运算放大器N1的输入端相连接，所述运算放大器N1的输出端为取样放大电路的输出端。
进一步的，所述有效值计算电路包括耦合电容C、RMS-DC转换芯片N2和低通滤波电路B，所述运算放大器N1的输出端与耦合电容C的一端相连接，所述耦合电容C的另一端与RMS-DC转换芯片N2的输入端相连接，所述RMS-DC转换芯片N2的输出端连接低通滤波电路B的输入端，所述低通滤波电路B的输出端为有效值计算电路的输出端。
作为优选，所述RMS-DC转换芯片N2为LTC1966芯片。
进一步的，所述二线制电流环电路中包括第一电阻R1、第二电阻R2、电压电流转换器N3和三极管Q，所述低通滤波电路B的输出端与第一电阻R1的一端相连接，所述第一电阻R1的另一端连接电压电流转换器N3的第2引脚，所述电压电流转换器N3的第6引脚连接三极管Q的基极，所述电压电流转换器N3的第5引脚连接三极管Q的发射极，所述电压电流转换器N3的第7引脚连接三极管Q的集电极并连接电源的正极，所述电源的负极连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接电压电流转换器N3的第4引脚。
作为优选，所述电压电流转换器N3为XTR115芯片。
作为优选，所述三极管Q为NPN管。
所述电压电流转换器N3的第1引脚分别与取样电阻Rs的另一端和RMS-DC转换芯片N2的一端相连接，用于为取样放大电路和有效值计算电路提供直流参考电压Vref，所述电压电流转换器N3的第8引脚分别与运算放大器N1和RMS-DC转换芯片N2的供电端相连接，用于给运算放大器N1和RMS-DC转换芯片N2供电。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过在电流传感器内部设置依次连接的磁探头绕组、取样放大电路、有效值计算电路和二线制电流环电路，当电流传感器输入端的被测电流依次经过电流传感器内部电路，得到电流传感器的输出端为电流的有效值，因此能直接提取出电流有效值，无需进行额外的计算，且该电流传感器内部结构紧凑、体积小，具有交流耦合、低通滤波电路，具有较强的抗干扰能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的电流传感器的电路图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，一种电流传感器包括磁探头绕组1、取样放大电路2、有效值计算电路3和二线制电流环电路4，磁探头绕组1的原边绕组为电流传感器的输入端，磁探头绕组1的次边绕组输出端与取样放大电路2的输入端相连接，取样放大电路2的输出端与有效值计算电路3的输入端相连接，有效值计算电路3的输出端与二线制电流环电路4的输入端相连接，二线制电流环电路4的输出端为电流传感器的输出端。
电流传感器的输入端输入被测交流电流Ip，被测交流电流Ip输入到磁探头绕组1的原边绕组中，通过磁探头绕组1转换使磁探头绕组1的次边绕组输出交流小电流IS，交流小电流IS通过取样放大电路2中的取样电阻RS和运算放大器N1，得到交流电压VS，交流电压VS经过有效值计算电路3求取，得到交流电压VS的有效值电压Vd，最后采用二线制电流环电路4将有效值电压Vd转换为4～20mA的工业控制标准电流信号。
其中，磁探头绕组1包括铁芯以及缠绕在铁芯外侧的原边绕组和次边绕组，用于获取原边绕组输入的被测电流Ip，并将被测电流转换成次边绕组输出的电流IS；其中，采用互感器原理，在磁探头绕组1的原边绕组和次边绕组上产生的磁通量处于动态平衡状态，即：
Np*Ip＝Ns*IS
其中，Np为原边绕组的匝数，Ns为次边绕组的匝数，通过测量次边绕组输出的电流IS即可得出被测电流Ip的电流值。
取样放大电路2是将小信号电流IS转换为合适的电压信号VS，取样放大电路2包括运算放大器N1和取样电阻Rs，磁探头绕组1的次边绕组两端分别与取样电阻Rs的两端相连接，取样电阻Rs的一端与运算放大器N1的输入端相连接，运算放大器N1的输出端为取样放大电路2的输出端；采用取样电阻RS将磁探头绕组1次边绕组输出的电流IS转换为电压，并经过运算放大器N1放大，使运算放大器N1输出的电压为VS，取样电阻Rs的一端连接直流参考电压Vref，因此与运算放大器N1的输入端相连接的另一端输出电压值为Vref±IS×RS，经过运放放大为合适的电压VS，即：
VS＝Vref±k(IS×RS)
其中k为运算放大电路的放大倍数，由于直流参考电压Vref由电压电流转换器N3产生，因为该电流传感器为单电源供电，内部小于0V的电压无法采集放大处理，所以直流参考电压Vref必须为正电位，即必须保证Vref±k(IS×RS)大于0V。
有效值计算电路3用于隔离电压VS中的直流电压，并计算出其交流成分的有效值，其中，有效值计算电路3包括耦合电容C、RMS-DC转换芯片N2和低通滤波电路B，运算放大器N1的输出端与耦合电容C的一端相连接，耦合电容C的另一端与RMS-DC转换芯片N2的输入端相连接，RMS-DC转换芯片N2的输出端连接低通滤波电路B的输入端，低通滤波电路B的输出端为有效值计算电路3的输出端。本实施例中，RMS-DC转换芯片N2采用凌特公司的LTC1966集成芯片，LTC1966芯片的一个输出电压管脚连接直流参考电压Vref，用以将电压VS中的直流成分Vref的电压抵消掉；电容C为交流耦合电容，用以将直流分量消除，低通滤波电路B用于降低并消除交流电压中的高频纹波成分，经过该电路后，最终得出交流电压值的有效值Vd。
二线制电流环电路4是将输入电压转换为控制系统用的标准电流信号(4～20mA,0～20mA,12mA±8mA等)，同时将输出电流信号加载到电源的供电电压Vsup上，实现二线制电流环的功能；二线制电流环电路4中包括第一电阻R1、第二电阻R2、电压电流转换器N3和三极管Q，低通滤波电路B的输出端与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端连接电压电流转换器N3的第2引脚，电压电流转换器N3的第6引脚连接三极管Q的基极，电压电流转换器N3的第5引脚连接三极管Q的发射极，电压电流转换器N3的第7引脚连接三极管Q的集电极并连接电源的正极，电源的负极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接电压电流转换器N3的第4引脚，其中，电源的输出电压为Vsup，电压电流转换器N3的第1引脚分别与取样电阻Rs的另一端和RMS-DC转换芯片N2的一端相连接，用于为取样放大电路和有效值计算电路提供直流参考电压Vref，电压电流转换器N3的第8引脚分别与运算放大器N1和RMS-DC转换芯片N2的供电端相连接，用于给运算放大器N1和RMS-DC转换芯片N2供电。
本实施例中，电压电流转换器N3采用德州仪器公司的XTR115集成芯片，该芯片内部自带电源转换功能，可输出一个直流电源Vreg，用于给运算放大器N1和RMS-DC转换集成芯片N2供电；该芯片还可输出一个直流参考电压Vref，用于给取样放大电路2和有效值计算电路3提供一个直流参考电位；第一电阻R1用于将输入电压转化为输入电流，三极管Q作用是电流放大作用，减小芯片内部的功耗。输出电流Io与输入电压Vd的关系为：
该电流传感器采用内部电路可以方便地计算出原边绕组输入的被测信号的有效值，且采用二线制电流环输出模式，该传感器内部为集成芯片模块，结构紧凑体积小，同时本传感器内部具有交流耦合和低通滤波电路等电路，具有较强的抗干扰能力，特别适合应用于变频器等非标准正弦电流波形的有效值计算领域。
Claims (9)
1.一种电流传感器，包括用于原边绕组输入被测电流的磁探头绕组(1)，其特征在于：还包括取样放大电路(2)、有效值计算电路(3)和二线制电流环电路(4)，所述磁探头绕组(1)的次边绕组输出端与取样放大电路(2)的输入端相连接，所述取样放大电路(2)的输出端与有效值计算电路(3)的输入端相连接，所述有效值计算电路(3)的输出端与所述二线制电流环电路(4)的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述磁探头绕组(1)包括铁芯以及缠绕在铁芯外侧的所述原边绕组和所述次边绕组。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述取样放大电路(2)包括运算放大器(N1)和取样电阻(Rs)，所述磁探头绕组(1)的次边绕组两端分别与取样电阻(Rs)的两端相连接，且所述取样电阻(Rs)的一端与运算放大器(N1)的输入端相连接，所述运算放大器(N1)的输出端为取样放大电路(2)的输出端。
4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于：所述有效值计算电路(3)包括耦合电容(C)、RMS-DC转换芯片(N2)和低通滤波电路(B)，所述运算放大器(N1)的输出端与耦合电容(C)的一端相连接，所述耦合电容(C)的另一端与RMS-DC转换芯片(N2)的输入端相连接，所述RMS-DC转换芯片(N2)的输出端连接低通滤波电路(B)的输入端，所述低通滤波电路(B)的输出端为有效值计算电路(3)的输出端。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于：所述RMS-DC转换芯片(N2)为LTC1966芯片。
6.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于：所述二线制电流环电路(4)中包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、电压电流转换器(N3)和三极管(Q)，所述低通滤波电路(B)的输出端与第一电阻(R1)的一端相连接，所述第一电阻(R1)的另一端连接电压电流转换器(N3)的第2引脚，所述电压电流转换器(N3)的第6引脚连接三极管(Q)的基极，所述电压电流转换器(N3)的第5引脚连接三极管(Q)的发射极，所述电压电流转换器(N3)的第7引脚连接三极管(Q)的集电极并连接电源的正极，所述电源的负极连接第二电阻(R2)的一端，所述第二电阻(R2)的另一端连接电压电流转换器(N3)的第4引脚。
7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于：所述电压电流转换器(N3)为XTR115芯片。
8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于：所述三极管(Q)为NPN管。
9.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于：所述电压电流转换器(N3)的第1引脚分别与取样电阻(Rs)的另一端和RMS-DC转换芯片(N2)的一端相连接，用于为取样放大电路(2)和有效值计算电路(3)提供直流参考电压Vref，所述电压电流转换器(N3)的第8引脚分别与运算放大器(N1)和RMS-DC转换芯片(N2)的供电端相连接，用于给运算放大器(N1)和RMS-DC转换芯片(N2)供电。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN110333383A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-15 | 杭州电子科技大学 | 基于互感器的单相交流电压高精度快速检测电路 |
| CN110376420A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-10-25 | 杭州电子科技大学 | 基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路 |
| CN113014128A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-06-22 | 安徽电气工程职业技术学院 | 一种家用逆变器中的dcac控制电路 |
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