CN112904071A - 一种零磁通电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种零磁通电流互感器，包括：包括依次连接的检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路、主绕组电路、电阻采样电路、射极跟随电路、第二比例放大电路、有源滤波电路以及芯片采样电路。本发明通过检测绕组电路对二次侧信号进行采样，通过第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路对检测信号进行处理，最终转变为电流信号，且随着一次电流而变化，通过反馈以抵消励磁电流。从而，最终将励磁电压保持在非常低的水平，达到零磁通效果；本发明结构简单，体积小，价格便宜。

Description

一种零磁通电流互感器
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种零磁通电流互感器。
背景技术
现有零磁通电流互感器，采用双磁芯结构，体积庞大，制作工艺复杂，造价高。高精度零磁通开合式电流互感器，0.2S级别的，目前市场报价在几千到几万元之间，多用于精密计量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种零磁通电流互感器，体积小，造价低，精度高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种零磁通电流互感器，包括依次连接的检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路、主绕组电路、电阻采样电路、射极跟随电路、第二比例放大电路、有源滤波电路以及芯片采样电路；
所述检测绕组电路获取反馈电流并将反馈电流依次经过第一比例放大电路、比较器电路输出方波信号；
所述功率放大电路对方波信号的电流放大实现大电流零磁通；
所述电阻采样电路采样得到采样电压并将采样电压依次经过射极跟随电路、第二比例放大电路输出正弦波信号；
所述有源滤波电路对正弦波信号进行滤波后输入芯片采样电路，所述芯片采样电路根据滤波后的正弦波信号得到检测电流值。
优选的，所述检测绕组电路包括检测绕组、连接器J1、电阻R1、R2，所述连接器J1的两端分别连接检测绕组的两端，所述电阻R1的一端连接连接器J1的一端以及公共地GND，电阻R1的另一端连接连接器J1的另一端，所述电阻R2的一端连接连接器J1的一端，电阻R2的另一端连接第一比例放大电路。
优选的，所述第一比例放大电路包括放大器U1A、电阻R3、R4、电容C1、C2，所述放大器U1A的正相输入端连接检测绕组电路，反相输入端连接电阻R3的一端以及电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接公共地GND，所述电阻R4的一端连接放大器U1A的输出端以及比较器电路，放大器U1A的正相控制端连接电源端VDD5以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地GND，放大器U1A的反相控制端连接电源端VDD-5以及电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接公共地GND。
优选的，所述比较器电路包括比较器U1B以及电阻R5，所述比较器U1B的正相输入端连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接第一比例放大电路，比较器U1B的反相输入端连接公共地GND，比较器U1B的输出端连接功率放大电路。
优选的，所述功率放大电路包括MOS管Q1、Q2、电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、连接器J2，所述电阻R6的一端连接比较器电路，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端以及电阻R9的一端，所述电阻R8的另一端连接电阻R7的一端以及MOS管Q1的G极，所述电阻R7的另一端连接电源VDD5，所述MOS管Q1的S极连接电源VDD5，MOS管Q1的D极连接连接器J2的一端以及MOS管Q2的D极，所述电阻R11连接在MOS管Q1的D极和G极之间；所述电阻R9的另一端连接电阻R10的一端以及MOS管Q2的G极，所述电阻R10的另一端连接电源VDD-5，所述MOS管Q2的S极连接电源VDD-5，所述电阻R12连接在MOS管Q2的D极和G极之间，所述连接器J2的另一端连接电阻R13的一端，所述电阻R13的另一端连接公共地GND，所述连接器J2的两端分别连接主绕组电路的两端。
优选的，所述射极跟随电路包括放大器U2A、电容C3、C4，所述放大器U2A的正相输入端连接功率放大电路，放大器U2A的反相输入端连接放大器U2A的输出端以及第二比例放大电路，放大器U2A的正相控制端连接电源VDD5以及电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接公共地GND，放大器U2A的反相控制端连接电源VDD5以及电容C4的一端，所述电容C4的另一端连接公共地GND。
优选的，所述第二比例放大电路包括放大器U2B、电阻R14、R15、R16、R17，所述放大器U2B的正相输入端连接电阻R14的一端以及电阻R15的一端，所述电阻R14的另一端连接电源，所述电阻R15的另一端连接公共地GND，放大器U2B的反相输入端连接射极跟随电路以及电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端连接放大器U2B的输出端以及有源滤波电路。
优选的，所述有源滤波电路包括放大器U3A、电阻R18、电容C5、C6，所述放大器U3A的正相输入端连接电阻R18的一端以及电容C6的一端，所述电阻R18的另一端连接有源滤波电路，所述电容C6的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相输入端连接放大器U3A的输出端以及芯片采样电路，放大器U3A的正相控制端连接电源以及电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相控制端连接公共地GND。
本发明采用的技术方案，具有如下有益效果：
1.通过检测绕组电路对二次侧信号进行采样，通过第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路对检测信号进行处理，最终转变为电流信号，且随着一次电流而变化，通过反馈以抵消励磁电流。从而，最终将励磁电压保持在非常低的水平，达到零磁通效果；本发明结构简单，体积小，价格便宜。
2.通过有源低通滤波器后，得到滤波后的正弦波信号，避免了高频信号的干扰，提高了测量精度。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例一种零磁通电流互感器结构示意图；
图2是本发明实施例中检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路的电路原理图；
图3是本发明实施例中功率放大电路的电路原理图；
图4是本发明实施例中射极跟随电路、第二比例放大电路的电路原理图；
图5是本发明实施例中有源滤波电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的基本思想是检测绕组电路获取反馈电流并将反馈电流依次经过第一比例放大电路、比较器电路输出方波信号；功率放大电路对方波信号的电流放大实现大电流零磁通；电阻采样电路采样得到采样电压并将采样电压依次经过射极跟随电路、第二比例放大电路输出正弦波信号；有源滤波电路对正弦波信号进行滤波后输入芯片采样电路，芯片采样电路根据滤波后的正弦波信号得到检测电流值。
基于上述基本思想，参考图1所示，本发明实施例提出一种零磁通电流互感器，包括依次连接的检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路、主绕组电路、电阻采样电路、射极跟随电路、第二比例放大电路、有源滤波电路以及芯片采样电路；所述检测绕组电路获取反馈电流并将反馈电流依次经过第一比例放大电路、比较器电路输出方波信号；所述功率放大电路对方波信号的电流放大实现大电流零磁通；所述电阻采样电路采样得到采样电压并将采样电压依次经过射极跟随电路、第二比例放大电路输出正弦波信号；所述有源滤波电路对正弦波信号进行滤波后输入芯片采样电路，所述芯片采样电路根据滤波后的正弦波信号得到检测电流值。
本发明根据电流互感器T型等效模型，通过检测绕组电路对二次侧信号进行采样，通过第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路对检测信号进行处理，最终转变为电流信号，且随着一次电流而变化，反馈回主回路以抵消励磁电流。从而，最终将励磁电压保持在非常低的水平，达到零磁通效果。
图2是本发明实施例中检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路的电路原理图。
具体的，检测绕组电路包括检测绕组、连接器J1、电阻R1、R2，所述连接器J1的两端分别连接检测绕组的两端，所述电阻R1的一端连接连接器J1的一端以及公共地GND，电阻R1的另一端连接连接器J1的另一端，所述电阻R2的一端连接连接器J1的一端，电阻R2的另一端连接第一比例放大电路。
具体的，所述第一比例放大电路包括放大器U1A、电阻R3、R4、电容C1、C2，所述放大器U1A的正相输入端连接检测绕组电路，反相输入端连接电阻R3的一端以及电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接公共地GND，所述电阻R4的一端连接放大器U1A的输出端以及比较器电路，放大器U1A的正相控制端连接电源端VDD5以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地GND，放大器U1A的反相控制端连接电源端VDD-5以及电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接公共地GND。
具体的，所述比较器电路包括比较器U1B以及电阻R5，所述比较器U1B的正相输入端连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接第一比例放大电路，比较器U1B的反相输入端连接公共地GND，比较器U1B的输出端连接功率放大电路。
通过检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路的处理，比较器U1B输出方波信号。
图3是本发明实施例中功率放大电路的电路原理图。
具体的，功率放大电路包括MOS管Q1、Q2、电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、连接器J2，所述电阻R6的一端连接比较器电路，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端以及电阻R9的一端，所述电阻R8的另一端连接电阻R7的一端以及MOS管Q1的G极，所述电阻R7的另一端连接电源VDD5，所述MOS管Q1的S极连接电源VDD5，MOS管Q1的D极连接连接器J2的一端以及MOS管Q2的D极，所述电阻R11连接在MOS管Q1的D极和G极之间；所述电阻R9的另一端连接电阻R10的一端以及MOS管Q2的G极，所述电阻R10的另一端连接电源VDD-5，所述MOS管Q2的S极连接电源VDD-5，所述电阻R12连接在MOS管Q2的D极和G极之间，所述连接器J2的另一端连接电阻R13的一端，所述电阻R13的另一端连接公共地GND，所述连接器J2的两端分别连接主绕组电路的两端。
电阻R6前端信号为前级发出的方波信号，通过双MOS结构实现对方波信号的电流放大，从而实现大电流零磁通效果。
图4是本发明实施例中射极跟随电路、第二比例放大电路的电路原理图。
具体的，射极跟随电路包括放大器U2A、电容C3、C4，所述放大器U2A的正相输入端连接功率放大电路，放大器U2A的反相输入端连接放大器U2A的输出端以及第二比例放大电路，放大器U2A的正相控制端连接电源VDD5以及电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接公共地GND，放大器U2A的反相控制端连接电源VDD5以及电容C4的一端，所述电容C4的另一端连接公共地GND。
具体的，第二比例放大电路包括放大器U2B、电阻R14、R15、R16、R17，所述放大器U2B的正相输入端连接电阻R14的一端以及电阻R15的一端，所述电阻R14的另一端连接电源，所述电阻R15的另一端连接公共地GND，放大器U2B的反相输入端连接射极跟随电路以及电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端连接放大器U2B的输出端以及有源滤波电路。
通过射极跟随电路和第二比例放大电路，对采样到的二次侧信号进行适当的放大，并使之浮在1.25V上，方便芯片采样电路采样，得到信号为浮在1.25V上的正弦波信号，并带一定高频成分。
图5是本发明实施例中有源滤波电路的电路原理图。
具体的，有源滤波电路包括放大器U3A、电阻R18、电容C5、C6，所述放大器U3A的正相输入端连接电阻R18的一端以及电容C6的一端，所述电阻R18的另一端连接有源滤波电路，所述电容C6的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相输入端连接放大器U3A的输出端以及芯片采样电路，放大器U3A的正相控制端连接电源以及电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相控制端连接公共地GND。
前级浮在1.25V上的正弦波信号，带一定高频成分。通过有源低通滤波器后，得到纯正的50HZ正弦波信号。最终，该信号送入芯片采样电路采样，得到高精度的二次侧电流波形。
需要说明的是，芯片采样电路针对滤波后的正弦波信号得到检测电流值为现有技术，因此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种零磁通电流互感器，其特征在于，包括依次连接的检测绕组电路、第一比例放大电路、比较器电路、功率放大电路、主绕组电路、电阻采样电路、射极跟随电路、第二比例放大电路、有源滤波电路以及芯片采样电路；
所述检测绕组电路获取反馈电流并将反馈电流依次经过第一比例放大电路、比较器电路输出方波信号；
所述功率放大电路对方波信号的电流放大实现大电流零磁通；
所述电阻采样电路采样得到采样电压并将采样电压依次经过射极跟随电路、第二比例放大电路输出正弦波信号；
所述有源滤波电路对正弦波信号进行滤波后输入芯片采样电路，所述芯片采样电路根据滤波后的正弦波信号得到检测电流值。
2.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述检测绕组电路包括检测绕组、连接器J1、电阻R1、R2，所述连接器J1的两端分别连接检测绕组的两端，所述电阻R1的一端连接连接器J1的一端以及公共地GND，电阻R1的另一端连接连接器J1的另一端，所述电阻R2的一端连接连接器J1的一端，电阻R2的另一端连接第一比例放大电路。
3.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述第一比例放大电路包括放大器U1A、电阻R3、R4、电容C1、C2，所述放大器U1A的正相输入端连接检测绕组电路，反相输入端连接电阻R3的一端以及电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接公共地GND，所述电阻R4的一端连接放大器U1A的输出端以及比较器电路，放大器U1A的正相控制端连接电源端VDD5以及电容C1的一端，所述电容C1的另一端连接公共地GND，放大器U1A的反相控制端连接电源端VDD-5以及电容C2的一端，所述电容C2的另一端连接公共地GND。
4.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述比较器电路包括比较器U1B以及电阻R5，所述比较器U1B的正相输入端连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接第一比例放大电路，比较器U1B的反相输入端连接公共地GND，比较器U1B的输出端连接功率放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述功率放大电路包括MOS管Q1、Q2、电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、连接器J2，所述电阻R6的一端连接比较器电路，电阻R6的另一端连接电阻R8的一端以及电阻R9的一端，所述电阻R8的另一端连接电阻R7的一端以及MOS管Q1的G极，所述电阻R7的另一端连接电源VDD5，所述MOS管Q1的S极连接电源VDD5，MOS管Q1的D极连接连接器J2的一端以及MOS管Q2的D极，所述电阻R11连接在MOS管Q1的D极和G极之间；所述电阻R9的另一端连接电阻R10的一端以及MOS管Q2的G极，所述电阻R10的另一端连接电源VDD-5，所述MOS管Q2的S极连接电源VDD-5，所述电阻R12连接在MOS管Q2的D极和G极之间，所述连接器J2的另一端连接电阻R13的一端，所述电阻R13的另一端连接公共地GND，所述连接器J2的两端分别连接主绕组电路的两端。
6.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述射极跟随电路包括放大器U2A、电容C3、C4，所述放大器U2A的正相输入端连接功率放大电路，放大器U2A的反相输入端连接放大器U2A的输出端以及第二比例放大电路，放大器U2A的正相控制端连接电源VDD5以及电容C3的一端，所述电容C3的另一端连接公共地GND，放大器U2A的反相控制端连接电源VDD5以及电容C4的一端，所述电容C4的另一端连接公共地GND。
7.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述第二比例放大电路包括放大器U2B、电阻R14、R15、R16、R17，所述放大器U2B的正相输入端连接电阻R14的一端以及电阻R15的一端，所述电阻R14的另一端连接电源，所述电阻R15的另一端连接公共地GND，放大器U2B的反相输入端连接射极跟随电路以及电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端连接放大器U2B的输出端以及有源滤波电路。
8.根据权利要求1所述的一种零磁通电流互感器，其特征在于，所述有源滤波电路包括放大器U3A、电阻R18、电容C5、C6，所述放大器U3A的正相输入端连接电阻R18的一端以及电容C6的一端，所述电阻R18的另一端连接有源滤波电路，所述电容C6的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相输入端连接放大器U3A的输出端以及芯片采样电路，放大器U3A的正相控制端连接电源以及电容C5的一端，所述电容C5的另一端连接公共地GND，放大器U3A的反相控制端连接公共地GND。
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