CN210200530U - 一种基于pcb空心线圈的电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PCB空心线圈的电流互感器，包括塑胶绝缘PCB支架、第一双面PCB、第二双面PCB、铜条和PCB连接插针；所述第一双面PCB和第二双面PCB分别紧贴塑胶绝缘PCB支架的上表面和下表面；所述铜条固定安装在塑胶绝缘PCB支架的安装槽孔上；所述第一双面PCB和第二双面PCB之间通过PCB连接插针连接；所述第一双面PCB和第二双面PCB的上表面板和下表面板上分别设置有上平面线圈和下平面线圈，第一双面PCB和第二双面PCB上的平面线圈串接而成后接入到第一双面PCB上的积分电路，将微分信号进行积分还原出电流信号输出。本实用新型的技术方案能够把数值较大的一次侧交流电流通过转换成数值较小的二次侧交流电流，避免了互感器磁饱和现象，测量动态范围大，计量准确。

Description

一种基于PCB空心线圈的电流互感器

技术领域

本实用新型属于智能电表设备领域，具体涉及一种基于PCB空心线圈的电流互感器。

背景技术

交流电流互感器的作用是可以把数值较大的一次侧交流电流通过一定的变比转换为数值较小的二次交流电流，用来进行多功能电子表防窃电、测量等用途。传统交流电流互感器大多采用磁芯耦合，在大电流通过时，磁芯易出现饱和而造成计量不准，而由空心线圈设计的互感器具有无磁饱和及测量动态范围大的特点，因此以空心线圈作为传感元件的交流电流互感器得到广泛关注。

发明内容

为解决以上问题，本实用新型的目的在于提供一种基于PCB空心线圈的电流互感器，该电流互感器能够把数值较大的一次侧交流电流通过转换成数值较小的二次侧交流电流，避免了互感器磁饱和现象，测量动态范围大，计量准确。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于PCB空心线圈的电流互感器，包括塑胶绝缘PCB支架，其特征在于：所述电流互感器还包括第一双面PCB、第二双面PCB、铜条和PCB连接插针；

所述第一双面PCB和第二双面PCB分别设置在塑胶绝缘PCB支架的上方和下方，所述第一双面PCB紧贴塑胶绝缘PCB支架的上表面，所述第二双面PCB紧贴塑胶绝缘PCB支架的下表面；所述塑胶绝缘PCB支架的中间设有安装槽孔，铜条固定安装在安装槽孔上；所述铜条分别与第一双面PCB和第二双面PCB通过塑胶绝缘PCB支架电气隔离；所述第一双面PCB和第二双面PCB的四周边沿处设有多个插针孔，插针孔安装有PCB连接插针，所述第一双面PCB和第二双面PCB之间通过PCB连接插针连接；

所述第一双面PCB和第二双面PCB的上表面板和下表面板上均设置有平面线圈，所述平面线圈包括上平面线圈和下平面线圈，均采用螺旋布线设计；所述上平面线圈和下平面线圈均包括四个平面矩形螺旋线圈；所述上平面线圈包括第一上平面矩形螺旋线圈、第二上平面矩形螺旋线圈、第三上平面矩形螺旋线圈和第四上平面矩形螺旋线圈；所述下平面线圈包括第一下平面矩形螺旋线圈、第二下平面矩形螺旋线圈、第三下平面矩形螺旋线圈和第四下平面矩形螺旋线圈；所述第一上平面矩形螺旋线圈的中心C穿过孔后与第一下平面矩形螺旋线圈的中心C’连接，所述第二上平面矩形螺旋线圈的中心B穿过孔后与第二下平面矩形螺旋线圈的中心B’连接，所述第三上平面矩形螺旋线圈的中心A穿过孔后与第三下平面矩形螺旋线圈的中心A’连接，所述第四上平面矩形螺旋线圈的中心D穿过孔后与第四下平面矩形螺旋线圈的中心D’连接；所述进线从第一双面PCB上平面线圈的右边始点进线端G到第一上平面矩形螺旋线圈逆时针螺旋走线至中心C，从C穿过孔进入第一双面PCB下平面线圈的第一下平面矩形螺旋线圈的C’处，然后逆时针螺旋走线完成第一下平面矩形螺旋线圈，再串接至第二下平面矩形螺旋线圈，按顺时针走线到第二下平面矩形螺旋线圈的中心B’处，穿过孔到第一双面PCB上平面线圈的第二上平面矩形螺旋线圈的中心B点，按顺时针螺旋走线完成第二上平面矩形螺旋线圈，再连接第一双面PCB上平面线圈的第三上平面矩形螺旋线圈，按逆时针走线至第三上平面矩形螺旋线圈的中心A，穿过孔进入第一双面PCB下平面线圈的第三下平面矩形螺旋线圈的A’处，从A’处然后逆时针螺旋走线完成第三下平面矩形螺旋线圈，再连接第四下平面矩形螺旋线圈，按顺时针走线至中心D’处，穿过孔到第一双面PCB上平面线圈的第四上平面矩形螺旋线圈的中心D点，从D点顺时针螺旋走线到达焊盘E点，从焊盘E点通过插针孔内的PCB连接插针连接到第二双面PCB上表面板的进线端E’，所述第二双面PCB上的平面线圈的走线方向和连接方式与第一双面PCB完全相同，进线从第二双面PCB上表面板的进线端E’沿串接的第二双面PCB上的第一上平面矩形螺旋线圈、第一下平面矩形螺旋线圈、第二下平面矩形螺旋线圈、第二上平面矩形螺旋线圈、第三上平面矩形螺旋线圈、第三下平面矩形螺旋线圈、第四下平面矩形螺旋线圈和第四上平面矩形螺旋线圈后，到第二双面PCB上的焊盘F’点，从焊盘F’点通过插针孔内的PCB连接插针连接到第一双面PCB上表面板的出线端F；

所述第一双面PCB的上表面板上设有积分电路；所述积分电路包括芯片U1、电阻R1、Ra、反馈电阻R2和反馈电容C；所述芯片U1是一种低噪非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，型号为OP07；所述电阻Ra的一端与第一双面PCB2上平面线圈的进线端G相连，另一端与第一双面PCB上平面线圈的出线端F相连，所述出线端F与芯片U1的正向输入端3脚连接；所述电阻R1的一端与平面线圈的进线端G相接，另一端与芯片U1的反向输入端2脚相接，所述电阻R2和电容C并联接在芯片U1的2脚和信号输出端6脚之间，所述芯片U1的4脚与正级输入端3脚相连，并接地；所述平面线圈输出信号是微分信号，通过积分电路对微分信号进行积分还原出电流信号，电流信号经芯片U1的信号输出端6脚输出。

所述铜条的形状为“U”形。

在上述技术方案中，本实用新型的电流互感器设有两个双面PCB，在两个双面PCB上均设有串接的平面线圈，平面线圈的进线从第一双面PCB上平面线圈的右边始点进线端G到第一上平面矩形螺旋线圈逆时针螺旋走线至中心C，从C穿过孔进入第一双面PCB下平面线圈的第一下平面矩形螺旋线圈的C’处，然后逆时针螺旋走线完成第一下平面矩形螺旋线圈，再串接至第二下平面矩形螺旋线圈，按顺时针走线到第二下平面矩形螺旋线圈的中心B’处，穿过孔到第一双面PCB上平面线圈的第二上平面矩形螺旋线圈的中心B点，按顺时针螺旋走线完成第二上平面矩形螺旋线圈，再连接第一双面PCB上平面线圈的第三上平面矩形螺旋线圈，按逆时针走线至第三上平面矩形螺旋线圈的中心A，穿过孔进入第一双面PCB下平面线圈的第三下平面矩形螺旋线圈的A’处，从A’处然后逆时针螺旋走线完成第三下平面矩形螺旋线圈，再连接第四下平面矩形螺旋线圈，按顺时针走线至中心D’处，穿过孔到第一双面PCB上平面线圈的第四上平面矩形螺旋线圈的中心D点，从D点顺时针螺旋走线到达焊盘E点，从焊盘E点通过插针孔内的PCB连接插针连接到第二双面PCB上表面板的进线端E’，所述第二双面PCB上的平面线圈的走线方向和连接方式与第一双面PCB完全相同，进线从第二双面PCB上表面板的进线端E’沿串接的第二双面PCB上的第一上平面矩形螺旋线圈、第一下平面矩形螺旋线圈、第二下平面矩形螺旋线圈、第二上平面矩形螺旋线圈、第三上平面矩形螺旋线圈、第三下平面矩形螺旋线圈、第四下平面矩形螺旋线圈和第四上平面矩形螺旋线圈后，到第二双面PCB上的焊盘F’点，从焊盘F’点通过插针孔内的PCB连接插针连接到第一双面PCB上表面板的出线端F； 在进线端G和出线端F之间接有积分电路，平面线圈输出微分信号，通过积分电路对微分信号进行积分还原出电流信号输出。本实用新型能够把数值较大的一次侧交流电流通过转换成数值较小的二次侧交流电流，避免了互感器磁饱和现象，测量动态范围大，计量准确。

附图说明

图1是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器的立体结构示意图；

图2是图1的***结构示意图；

图3是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器中第一双面PCB上下表面的线圈布线结构示意图；

图4是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器中第二双面PCB上下表面的线圈布线结构示意图；

图5是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器中塑胶绝缘PCB支架的结构示意图；

图6是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器中铜条的结构示意图；

图7是本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器中积分电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及实施例，对本实用新型一种基于PCB空心线圈的电流互感器进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由图1—图7可看出，本实施例的一种基于PCB空心线圈的电流互感器包括塑胶绝缘PCB支架1、第一双面PCB2、第二双面PCB3、铜条4和PCB连接插针5。

由图1、图2、图5、图6可见，本实施例的第一双面PCB2和第二双面PCB3分别设置在塑胶绝缘PCB支架1的上方和下方，本实施例的第一双面PCB2紧贴塑胶绝缘PCB支架1的上表面，第二双面PCB3紧贴塑胶绝缘PCB支架1的下表面。所述塑胶绝缘PCB支架1的中间设有安装槽孔7，铜条4固定安装在安装槽孔7上；所述铜条4分别与第一双面PCB2和第二双面PCB3通过塑胶绝缘PCB支架1电气隔离。本实施例的第一双面PCB2和第二双面PCB3的四周边沿处设有多个插针孔9，插针孔9安装有PCB连接插针5，所述第一双面PCB2和第二双面PCB3之间通过PCB连接插针5连接。本实施例的铜条4的形状为“U”形。

由图3、图4可见，本实施例的第一双面PCB2和第二双面PCB3的上表面板和下表面板上均设置有平面线圈6，本实施例的平面线圈6包括上平面线圈和下平面线圈，均采用螺旋布线设计。本实施例的上平面线圈和下平面线圈均包括四个平面矩形螺旋线圈，上平面线圈包括第一上平面矩形螺旋线圈61、第二上平面矩形螺旋线圈62、第三上平面矩形螺旋线圈63和第四上平面矩形螺旋线圈64。下平面线圈包括第一下平面矩形螺旋线圈71、第二下平面矩形螺旋线圈72、第三下平面矩形螺旋线圈73和第四下平面矩形螺旋线圈74。本实施例的第一上平面矩形螺旋线圈61的中心C穿过孔后与第一下平面矩形螺旋线圈71的中心C’连接，所述第二上平面矩形螺旋线圈62的中心B穿过孔后与第二下平面矩形螺旋线圈72的中心B’连接，所述第三上平面矩形螺旋线圈63的中心A穿过孔后与第三下平面矩形螺旋线圈73的中心A’连接，所述第四上平面矩形螺旋线圈64的中心D穿过孔后与第四下平面矩形螺旋线圈74的中心D’连接。本实施例的进线从第一双面PCB2上平面线圈的右边始点进线端G到第一上平面矩形螺旋线圈61逆时针螺旋走线至中心C，从C穿过孔进入第一双面PCB2下平面线圈的第一下平面矩形螺旋线圈71的C’处，然后逆时针螺旋走线完成第一下平面矩形螺旋线圈71，再串接至第二下平面矩形螺旋线圈72，按顺时针走线到第二下平面矩形螺旋线圈72的中心B’处，穿过孔到第一双面PCB2上平面线圈的第二上平面矩形螺旋线圈62的中心B点，按顺时针螺旋走线完成第二上平面矩形螺旋线圈62，再连接第一双面PCB2上平面线圈的第三上平面矩形螺旋线圈63，按逆时针走线至第三上平面矩形螺旋线圈63的中心A，穿过孔进入第一双面PCB2下平面线圈的第三下平面矩形螺旋线圈73的A’处，从A’处然后逆时针螺旋走线完成第三下平面矩形螺旋线圈73，再连接第四下平面矩形螺旋线圈74，按顺时针走线至中心D’处，穿过孔到第一双面PCB2上平面线圈的第四上平面矩形螺旋线圈64的中心D点，从D点顺时针螺旋走线到达焊盘E点，从焊盘E点通过插针孔9内的PCB连接插针5连接到第二双面PCB3上表面板的进线端E’， 本实施例的第二双面PCB3上的平面线圈的走线方向和连接方式与第一双面PCB2完全相同，进线从第二双面PCB3上表面板的进线端E’沿串接的第二双面PCB3上的第一上平面矩形螺旋线圈61、第一下平面矩形螺旋线圈71、第二下平面矩形螺旋线圈72、第二上平面矩形螺旋线圈62、第三上平面矩形螺旋线圈63、第三下平面矩形螺旋线圈73、第四下平面矩形螺旋线圈74和第四上平面矩形螺旋线圈64后，到第二双面PCB3上的焊盘F’点，从焊盘F’点通过插针孔9内的PCB连接插针5连接到第一双面PCB2上表面板的出线端F。

由图1、图3、图7可见，本实施例的第一双面PCB2的上表面板上设有积分电路8。本实施例的积分电路8包括芯片U1、电阻R1、Ra、反馈电阻R2和反馈电容C；所述芯片U1是一种低噪非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，型号为OP07；所述电阻Ra的一端与第一双面PCB2上平面线圈6的进线端G相连，另一端与第一双面PCB2上平面线圈6的出线端F相连，所述出线端F与芯片U1的正向输入端3脚连接；所述电阻R1的一端与平面线圈6的进线端G相接，另一端与芯片U1的反向输入端2脚相接，所述电阻R2和电容C并联接在芯片U1的2脚和信号输出端6脚之间，所述芯片U1的4脚与正级输入端3脚相连，并接地；所述平面线圈6输出信号是微分信号，通过积分电路8对微分信号进行积分还原出电流信号，电流信号经芯片U1的信号输出端6脚输出。

本实施例中，当一次侧铜条4通过交流电流时，由于一次导体和平面线圈6之间存在磁链，当一次导体交流电流发生变化时，二次线圈的平面线圈6的磁通量发生变化，产生电动势。设它们之间系数为

，被测交流电流为

，产生电动势为

，由法拉第电磁感应定律得：

。感应出的电压信号与交流电流存在相位差，为使相位一致，后续还要加上积分电路。整个等效电路如图7所示，图7中

为感应出的电动势，

为PCB平面线圈输出电压，

分别代表平面线圈6的内阻、线圈自感和杂散电容，M为互感系数，R和C为积分器参数。

下面推导输出

与被测交流电流

的关系：

是理想Rogowski线圈的内电动势，是被测交流电流的微分函数，即

（3-1）

是Rogowski线圈输出，且

，

（3-2）

是积分器的输出，由反相比例运算电路推出

（3-3）

当

，就构成了积分运算，推出如下

（3-4）

本实施例的电流互感器通过铜条4接入到电表零线或者相线端子座上，第一双面PCB2和第二双面PCB3采取两个线圈串联方式，并接入到第一双面PCB2上的积分电路，由于平面线圈6输出信号是微分信号，通过积分电路8对微分信号进行积分还原出电流信号，并经U1的信号输出端6脚输出。本实施例能够把数值较大的一次侧交流电流通过转换成数值较小的二次侧交流电流，避免了互感器磁饱和现象，测量动态范围大，计量准确。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于PCB空心线圈的电流互感器，包括塑胶绝缘PCB支架（1），其特征在于：所述电流互感器还包括第一双面PCB（2）、第二双面PCB（3）、铜条（4）和PCB连接插针（5）；

所述第一双面PCB（2）和第二双面PCB（3）分别设置在塑胶绝缘PCB支架（1）的上方和下方，所述第一双面PCB（2）紧贴塑胶绝缘PCB支架（1）的上表面，所述第二双面PCB（3）紧贴塑胶绝缘PCB支架（1）的下表面；所述塑胶绝缘PCB支架（1）的中间设有安装槽孔（7），铜条（4）固定安装在安装槽孔（7）上；所述铜条（4）分别与第一双面PCB（2）和第二双面PCB（3）通过塑胶绝缘PCB支架（1）电气隔离；所述第一双面PCB（2）和第二双面PCB（3）的四周边沿处设有多个插针孔（9），插针孔（9）安装有PCB连接插针（5），所述第一双面PCB（2）和第二双面PCB（3）之间通过PCB连接插针（5）连接；

所述第一双面PCB（2）和第二双面PCB（3）的上表面板和下表面板上均设置有平面线圈（6），所述平面线圈（6）包括上平面线圈和下平面线圈，均采用螺旋布线设计；所述上平面线圈和下平面线圈均包括四个平面矩形螺旋线圈；所述上平面线圈包括第一上平面矩形螺旋线圈（61）、第二上平面矩形螺旋线圈（62）、第三上平面矩形螺旋线圈（63）和第四上平面矩形螺旋线圈（64）；所述下平面线圈包括第一下平面矩形螺旋线圈（71）、第二下平面矩形螺旋线圈（72）、第三下平面矩形螺旋线圈（73）和第四下平面矩形螺旋线圈（74）；所述第一上平面矩形螺旋线圈（61）的中心C穿过孔后与第一下平面矩形螺旋线圈（71）的中心C’连接，所述第二上平面矩形螺旋线圈（62）的中心B穿过孔后与第二下平面矩形螺旋线圈（72）的中心B’连接，所述第三上平面矩形螺旋线圈（63）的中心A穿过孔后与第三下平面矩形螺旋线圈（73）的中心A’连接，所述第四上平面矩形螺旋线圈（64）的中心D穿过孔后与第四下平面矩形螺旋线圈（74）的中心D’连接；所述进线从第一双面PCB（2）上平面线圈的右边始点进线端G到第一上平面矩形螺旋线圈（61）逆时针螺旋走线至中心C，从C穿过孔进入第一双面PCB（2）下平面线圈的第一下平面矩形螺旋线圈（71）的C’处，然后逆时针螺旋走线完成第一下平面矩形螺旋线圈（71），再串接至第二下平面矩形螺旋线圈（72），按顺时针走线到第二下平面矩形螺旋线圈（72）的中心B’处，穿过孔到第一双面PCB（2）上平面线圈的第二上平面矩形螺旋线圈（62）的中心B点，按顺时针螺旋走线完成第二上平面矩形螺旋线圈（62），再连接第一双面PCB（2）上平面线圈的第三上平面矩形螺旋线圈（63），按逆时针走线至第三上平面矩形螺旋线圈（63）的中心A，穿过孔进入第一双面PCB（2）下平面线圈的第三下平面矩形螺旋线圈（73）的A’处，从A’处然后逆时针螺旋走线完成第三下平面矩形螺旋线圈（73），再连接第四下平面矩形螺旋线圈（74），按顺时针走线至中心D’处，穿过孔到第一双面PCB（2）上平面线圈的第四上平面矩形螺旋线圈（64）的中心D点，从D点顺时针螺旋走线到达焊盘E点，从焊盘E点通过插针孔（9）内的PCB连接插针（5）连接到第二双面PCB（3）上表面板的进线端E’，所述第二双面PCB（3）上的平面线圈的走线方向和连接方式与第一双面PCB（2）完全相同，进线从第二双面PCB（3）上表面板的进线端E’沿串接的第二双面PCB（3）上的第一上平面矩形螺旋线圈（61）、第一下平面矩形螺旋线圈（71）、第二下平面矩形螺旋线圈（72）、第二上平面矩形螺旋线圈（62）、第三上平面矩形螺旋线圈（63）、第三下平面矩形螺旋线圈（73）、第四下平面矩形螺旋线圈（74）和第四上平面矩形螺旋线圈（64）后，到第二双面PCB（3）上的焊盘F’点，从焊盘F’点通过插针孔（9）内的PCB连接插针（5）连接到第一双面PCB（2）上表面板的出线端F；

所述第一双面PCB（2）的上表面板上设有积分电路（8）；所述积分电路（8）包括芯片U1、电阻R1、Ra、反馈电阻R2和反馈电容C；所述芯片U1是一种低噪非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，型号为OP07；所述电阻Ra的一端与第一双面PCB（2）上平面线圈（6）的进线端G相连，另一端与第一双面PCB（2）上平面线圈（6）的出线端F相连，所述出线端F与芯片U1的正向输入端3脚连接；所述电阻R1的一端与平面线圈（6）的进线端G相接，另一端与芯片U1的反向输入端2脚相接，所述电阻R2和电容C并联接在芯片U1的2脚和信号输出端6脚之间，所述芯片U1的4脚与正级输入端3脚相连，并接地；所述平面线圈（6）输出信号是微分信号，通过积分电路（8）对微分信号进行积分还原出电流信号，电流信号经芯片U1的信号输出端6脚输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于PCB空心线圈的电流互感器，其特征在于：所述铜条（4）的形状为“U”形。

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