TWI621865B - 交直流疊加測試裝置 - Google Patents

Abstract

一種交直流疊加測試裝置，具有交流和直流電源模組、第一和第二隔離模組以及電流感測模組。交流電源模組和第一隔離模組設置於交流迴路上，交流電源模組提供交流源訊號至待測物，第一隔離模組隔離直流源訊號流入交流迴路。直流電源模組和第二隔離模組設置於直流迴路上，直流電源模組提供直流源訊號至待測物，第二隔離模組隔離交流源訊號流入直流迴路。電流感測模組耦合於待測物的電流傳輸路徑及直流迴路，且與直流迴路耦合的電流方向和與電流傳輸路徑耦合的電流方向相反。電流感測模組依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，產生對應的感應訊號。

Description

交直流疊加測試裝置

本發明係關於一種交直流疊加測試裝置，特別是一種對待測物測試結果的直流成分進行抵補的交直流疊加測試裝置。

在實際應用中，當以高直流電對動力電池、高容量電解電容器或其他元件進行充電或放電時，動力電池、高容量電解電容器等元件會有瞬間的高頻交流變化。電池製造或應用的廠商需要以一種兼具高直流電源及高頻交流電源的測試裝置，以在高直流電的環境下，量測動力電池、高容量電解電容器等元件產生的高頻交流成份。

這種測試裝置通常藉由電流感測器來量測元件產生的電流。然而，當元件產生的電流太大，大電流通過電流感測器的線圈時，線圈會發生飽和現象，從而使得電流感測器無法量測到元件產生的電流。又或者，當直流電流太大時，用以隔離交流訊號的電感元件會發生飽和現象，降低了電感元件隔離交流訊號的能力。

本發明在於提供一種交直流疊加測試裝置，藉以減少先前技術中當大電流通過電流感測器的線圈時，電流感測器可能會發生飽和的問題。

本發明所揭露的一種交直流疊加測試裝置，包括交流電源模組、直流電源模組、第一隔離模組、第二隔離模組以及電流感測模組。交流電源模組設置於交流迴路上，提供交流源訊號至待測物。直流電源模組設置於直流迴路上，提供直流源訊號至待測物。第一隔離模組設置於交流迴路上，隔離直流源訊號流入交流迴路。第二隔離模組設置於直流迴路上，隔離交流源訊號流入直流迴路。電流感測模組耦合於待測物的電流傳輸路徑及直流迴路。直流迴路與電流感測模組耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組耦合的電流方向，使電流感測模組依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，產生對應的感應訊號。

根據上述本發明所揭露的交直流疊加測試裝置，藉由直流迴路和電流傳輸路徑分別與電流感測模組耦合的電流方向相反，直流迴路上的電流抵補了電流傳輸路徑上的電流，使電流感測模組感應到的直流成分減少，而依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，產生對應的感應訊號，解決以高直流電對動力電池、高容量電解電容器等元件測試時，動力電池、高容量電解電容器等元件會產生大的直流電流，使電流感測器線圈飽和而無法量測到電流的問題。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係根據本發明一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的功能方塊圖，如圖1所示，交直流疊加測試裝置1具有交流電源模組10、直流電源模組11、第一隔離模組12、第二隔離模組13、電流感測模組14以及電壓感測模組15，其中交流電源模組10、第一隔離模組12與待測物2組成交流迴路，亦即交流電源模組10和第一隔離模組12設置於交流迴路上，交流電源模組10提供交流源訊號至待測物2，第一隔離模組12隔離直流源訊號流入交流迴路。直流電源模組11、第二隔離模組13與待測物2組成直流迴路，亦即直流電源模組11和第二隔離模組13設置於直流迴路上，直流電源模組11提供直流源訊號至待測物2，第二隔離模組13隔離交流源訊號流入直流迴路。

於一個實施例中，第一隔離模組12例如是電容，電容電性連接於交流電源模組10與待測物2之間。由於電容的阻抗和頻率成反比，亦即當高頻的電流流過電容時，電容的阻抗值幾乎為0，電容可被視為短路。相反地，當低頻的電流流過電容時，電容的阻抗值相當大，電容可被視為斷路。故，以電容做為第一隔離模組12時，第一隔離模組12可以隔絕直流源訊號流入交流迴路，避免直流源訊號干擾交流電源模組10。

於一個實施例中，第二隔離模組13例如是電感，當直流源訊號通過電感時，電感可視為一個導線，讓直流源訊號通過。當交流源訊號流過電感時，交流源訊號其中一個電流方向使電感產生的磁場慣性，會讓電感在交流源訊號切換另一個電流方向時，試圖維持原電流方向，而阻隔了交流源訊號另一個方向的電流，因此，以電感做為第二隔離模組13時，第二隔離模組13可以隔絕交流源訊號流入直流迴路，避免交流源訊號干擾直流電源模組11。

電流感測模組14耦合於待測物2的電流傳輸路徑及直流迴路上。更具體來說，直流電源模組11輸出直流源訊號的路徑會通過電流感測模組14的感應線圈141以後，再傳輸至第二隔離模組13和待測物2。待測物2被提供直流源訊號和交流源訊號的電流傳輸路徑亦會通過電流感測模組14的感應線圈141。反觀來說，當直流電源模組11輸出直流源訊號的路徑沒有經過電流感測模組14的感應線圈141時，電流感測模組14的感應線圈141會依據電流傳輸路徑上的電流，產生感應電流，再依據感應電流的大小判斷待測物2產生的電流大小。如此一來，當直流電源模組11提供大的直流源訊號至待測物2時，電流傳輸路徑上的電流也會很大，進而造成電流感測模組14的感應線圈141發生飽和現象。電流感測模組14無法檢測電流傳輸路徑上的電流，亦即無法檢測電流傳輸路徑上交流成分和直流成分的電流。

因此，於本實施例中，交直流疊加測試裝置1的直流迴路會通過電流感測模組14的感應線圈141，並且直流迴路與電流感測模組14耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組14耦合的電流方向。相反的電流方向相互抵銷，使得感應線圈341不會依據電流傳輸路徑上直流成分的電流產生感應電流，進而不會因為直流成分的電流過大，造成感應線圈341飽和。換言之，交直流疊加測試裝置1可以在直流電源模組11仍提供大的直流源訊號至待測物2的狀況下，使電流感測模組14檢測到電流傳輸路徑上交流成分的電流，進而依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，檢測出待測物2的電流測試結果。本實施例不限制以其他檢測方式來檢測電流傳輸路徑上直流成分的電流。

電壓感測模組15電性連接於待測物2的兩端，用以量測待測物2兩端的電壓差。換言之，待測物2被提供直流電源模組11的直流源訊號和交流電源模組10的交流源訊號，電壓感測模組15可以檢測到待測物2被提供直流源訊號和交流源訊號時的兩端電壓差，據以作為待測物2的電壓測試結果。

於一個實施例中，電流感測模組14和電壓感測模組15可以是同一個量測裝置中的模組。舉例來說，示波器可以電性連接感應線圈141，作為電流感測模組14，據以量測感應線圈141上的電流大小。示波器亦可以電性連接探棒，作為電壓感測模組15，以探棒電性連接於待測物2的兩端來量測待測物2兩端的電壓差值，但不以此為限。

接下來，請參照圖2，圖2係根據本發明另一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的電路示意圖。如圖2所示，交直流疊加測試裝置3具有交流電源模組30、直流電源模組31、第一隔離模組32、第二隔離模組33、電流感測模組34以及電壓感測模組35。交流電源模組30、第一隔離模組32與待測物4組成交流迴路。交流電源模組30具有交流源301、放大器302以及變壓器303。交流源301和放大器302電性連接於變壓器303的初級側，變壓器303的次級側電性連接於第一隔離模組32。交流源301提供交流源訊號，並經過放大器302後，提供至變壓器303。第一隔離模組32例如是電容，用以隔離直流源訊號流入交流迴路。於本實施例中，變壓器303不限制初級側和次級的極性方向相同或相反，此外，於所屬技術領域具有通常知識者亦可以視實際的狀況，取消設置放大器302，本實施例不予限制。

直流電源模組31、第二隔離模組33與待測物4組成直流迴路。第二隔離模組33例如具有電感331和電容332，其中電感331電性連接於直流電源模組31和待測物4之間，且電容332與直流電源模組31並聯。電感331和電容332組成LC濾波器，用以隔離交流源訊號流入直流迴路，避免交流源訊號干擾直流電源模組31。

電流感測模組34耦合於待測物4的電流傳輸路徑及直流迴路上。也就是說，直流電源模組31與電感331之間的路徑會通過電流感測模組34的感應線圈341，待測物4被提供直流源訊號和交流源訊號的電流傳輸路徑亦會經過電流感測模組34的感應線圈341。在實務上，直流迴路與電流感測模組34耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組耦合的電流方向。舉例來說，待測物4電流傳輸路徑上的電流方向向下，原本會使電流感測模組34的感應線圈341產生順時針的感應電流，但由於直流迴路也通過感測模組34的感應線圈341，且直流迴路的電流方向向上，抵銷了電流傳輸路徑使感應線圈341產生的感應電流。因此，電流感測模組34的感應線圈341檢測到的訊號大部分為電流傳輸路徑上交流成分的電流，進而依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，判斷待測物4的測試結果。本實施例不限制以其他檢測方式來檢測電流傳輸路徑上直流成分的電流。

換言之，直流迴路與電流感測模組34耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組耦合的電流方向，使得感應線圈341不會因為電流傳輸路徑上的大電流而飽和，而可以在待測物2被提供大直流源訊號時，仍依據電流傳輸路徑上交流成分的電流來檢測待測物4。於本實施例中，第二隔離模組33具有電感331和電容332，但於其他實施例中，於所屬技術領域具有通常知識者可以取消設置第二隔離模組33中的電容332，本實施例不予限制。

請參照圖3，圖3係根據本發明再一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的電路示意圖。如圖3所示，交直流疊加測試裝置5具有交流電源模組50、直流電源模組51、第一隔離模組52、第二隔離模組53、電流感測模組54以及電壓感測模組55，其中交流電源模組50、第一隔離模組52與待測物6組成交流迴路，直流電源模組51、第二隔離模組53與待測物6組成直流迴路。交流電源模組50、直流電源模組51、第一隔離模組52、電壓感測模組55與前一個實施例大致上相同，不再加以贅述。

與前一個實施例不同的是，第二隔離模組53例如具有第一電感531、第二電感532和電容533，第一電感531電性連接於直流電源模組51的正極端和待測物6之間，第二電感532電性連接直流電源模組51的負極端和待測物6之間。電容533一端電性連接於直流電源模組51的正極端與第一電感531之間，另一端電性連接於待測物6與第二電感532之間。

於圖示例中，第一電感531和第二電感532電流傳遞的方向相反，但經由第一電感531和第二電感532線圈纏繞方向的設計，使得當電流通過第一電感531和第二電感532時，第一電感的感應磁場方向和第二電感的感應磁場方向相同。於一個實施例中，第一電感531和第二電感532分別纏繞於一個環形鐵芯的兩側，當電流通過第一電感531和第二電感532時，由於第一電感和第二電感產生的感應磁場方向相同，使得環形鐵芯兩側的感應磁場方向相互抵消，避免當大直流源訊號流入第一電感531和第二電感532時，第一電感531和第二電感532發生飽和的現象而降低了隔離交流源訊號流入直流迴路的能力。

電流感測模組54耦合於待測物6的電流傳輸路徑及直流迴路上。也就是說，直流電源模組51與電感551之間的路徑會通過電流感測模組54的感應線圈541，待測物6被提供直流源訊號和交流源訊號的電流傳輸路徑亦會經過電流感測模組54的感應線圈541。直流迴路與電流感測模組54耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組耦合的電流方向。換言之，待測物6的電流傳輸路徑上的電流原本會使電流感測模組54的感應線圈541產生感應電流，但由於直流迴路也通過感測模組54的感應線圈541，且電流方向與電流傳輸路徑上電流方向相反，進而抵銷了電流傳輸路徑使感應線圈541產生的感應電流。

因此，電流感測模組54的感應線圈541檢測到的訊號大部分為電流傳輸路徑上交流成分的電流，進而依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，判斷待測物6的測試結果。直流迴路與電流感測模組54耦合的電流方向相反於電流傳輸路徑與電流感測模組54耦合的電流方向，使得感應線圈541不會因為電流傳輸路徑上的大電流而飽和，而可以在待測物2被提供大直流源訊號時，仍依據電流傳輸路徑上交流成分的電流來檢測待測物6。本實施例不限制以其他檢測方式來檢測電流傳輸路徑上直流成分的電流。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種交直流疊加測試裝置，此交直流疊加測試裝置藉由讓直流迴路也通過電流感測模組的感應線圈，並與電流傳輸路徑的電流方向相反，藉以抵補電流傳輸路徑上直流成分的電流使感應線圈產生的感應訊號，使感應線圈感應到的直流成分減少，而大部分依據電流傳輸路徑上交流成分的電流，產生對應的感應電流，以依據感應電流判斷待測物的電流測試結果。交直流疊加測試裝置解決對動力電池、高容量電解電容器等元件測試時，動力電池、高容量電解電容器等元件會產生大的直流電流，使電流感測器線圈飽和而無法量測到電流的問題。於另一個實施例中，第二隔離模組更可以兩個極性相同的電感相互耦合，使電流通過第二隔離模組的兩個電感時，電感產生的感應磁場可以互相抵消，同樣地避免大直流電流使電感發生飽和而降低隔離能力的問題。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、3、5‧‧‧交直流疊加測試裝置
10、30、50‧‧‧交流電源模組
11、31、51‧‧‧直流電源模組
12、32、52‧‧‧第一隔離模組
13、33、53‧‧‧第二隔離模組
14、34、54‧‧‧電流感測模組
141、341、541‧‧‧感應線圈
15、35、55‧‧‧電壓感測模組
2、4、6‧‧‧待測物
301‧‧‧交流源
302‧‧‧放大器
303‧‧‧變壓器
331‧‧‧電感
332、533‧‧‧電容
531‧‧‧第一電感
532‧‧‧第二電感

圖1係根據本發明一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的功能方塊圖。 圖2係根據本發明另一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的電路示意圖。 圖3係根據本發明再一實施例所繪示之交直流疊加測試裝置的電路示意圖。

Claims (9)

1. 一種交直流疊加測試裝置，包括：一交流電源模組，設置於一交流迴路上，提供一交流源訊號至一待測物；一直流電源模組，設置於一直流迴路上，提供一直流源訊號至該待測物；一第一隔離模組，設置於該交流迴路上，隔離該直流源訊號流入該交流迴路；一第二隔離模組，設置於該直流迴路上，隔離該交流源訊號流入該直流迴路；以及一電流感測模組，耦合於該待測物的一電流傳輸路徑及該直流迴路，該直流迴路與該電流感測模組耦合的電流方向相反於該電流傳輸路徑與該電流感測模組耦合的電流方向，使該電流感測模組依據該電流傳輸路徑上交流成分的電流，產生對應的感應訊號。
2. 如請求項1所述之交直流疊加測試裝置，其中該第一隔離模組包括一第一電容，該第一電容電性連接於該待測物與該交流電源模組之間。
3. 如請求項2所述之交直流疊加測試裝置，其中該交流電源模組包括一交流源及一變壓器，該交流源電性連接於該變壓器的初級測，該變壓器的次級側電性連接於該第一電容。
4. 如請求項1所述之交直流疊加測試裝置，其中該第二隔離模組包括一第一電感，該第一電感電性連接於該待測物與該直流電源模組之間。
5. 如請求項4所述之交直流疊加測試裝置，其中該第二隔離模組更包括一第二電容，該第二電容並聯於該直流電源模組。
6. 如請求項1所述之交直流疊加測試裝置，其中該第二隔離模組包括一第一電感及一第二電感，該第一電感電性連接於該直流電源模組的正極端與該待測物之間，該第二電感電性連接於該待測物與該直流電源模組的負極端之間。
7. 如請求項6所述之交直流疊加測試裝置，其中當電流通過該第一電感和該第二電感時，該第一電感的感應磁場方向和該第二電感感應磁場方向相同。
8. 如請求項6所述之交直流疊加測試裝置，其中該第二隔離模組更包括一第二電容，該第二電容一端電性連接於該直流電源模組的正極端與該第一電感之間，另一端電性連接於該待測物與該第二電感之間。
9. 如請求項1所述之交直流疊加測試裝置，更包括一電壓感測模組電性連接於該待測物的兩端，用以量測該待測物兩端的電壓差。