專利名稱：電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁通門(fluxgate)型電流傳感器，其用作檢測電子設(shè)備，例如太 陽能發(fā)電系統(tǒng)或空調(diào)中的漏電的傳感器。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，從安全操作觀點來看(例如，檢測漏電)，電流傳感器用于測量使用直流 電的電子設(shè)備中的直流電流。磁通門型電流傳感器(此后簡稱為“電流傳感器”)被經(jīng)常 使用，因為其可以用在常溫下，而且可以容易地被縮小尺寸和超敏(super-sensitized)，而 且對于極小的電磁場，其具有高磁化率。這樣的電流傳感器已被公開，例如在臨時公開號為 HEI 07-128373A和2000-2738A的日本專利申請中。圖6示出了常規(guī)的電流傳感器的示意性結(jié)構(gòu)。通常，電流傳感器包括環(huán)形軟磁性 材料的磁芯21，磁芯21由高磁導率材料制成，例如透磁合金(permalloy)；激勵線圈22，其 纏繞在磁芯21的圓周上；振蕩電路23，其在激勵線圈22上施加激勵電壓；電流到電壓轉(zhuǎn)換 器24，其將流過激勵線圈22的電流轉(zhuǎn)換為電壓；以及比較器25。導線30布置為穿過磁芯 21，導線30上流有待測量的電流。圖7是圖示了圖6中所示的電流傳感器的操作的時序圖。圖7分別顯示了當沒有 電流流過導線30時，激勵電壓、檢測到的電流以及比較器的輸出的波形。另外，圖7的右上 部所示的圖形是顯示了激勵線圈22的B-H特征的磁滯回線(magnetic hysteresis loop)。 振蕩電路23在激勵線圈22上施加預(yù)定頻率的矩形交流信號來作為激勵電壓。此時，磁芯 21被激勵，以使具有圖7中所示的B-H特征的磁芯21充分地磁飽和。電流到電壓轉(zhuǎn)換器 24檢測流過激勵線圈22的電流，將檢測到的電流轉(zhuǎn)換為電壓，并將電壓輸出到比較器25。 這里，因為激勵線圈22在磁芯21未飽和的區(qū)域具有感應(yīng)系數(shù)，因此檢測到的電流基本上線 性地增加或減少。在磁芯21飽和的區(qū)域，因為激勵線圈22的感應(yīng)系數(shù)減小，大的電流流過 并且波形基本上變成脈沖(峰值)波。比較器25從電流到電壓轉(zhuǎn)換器24的輸出，檢測指 向加號方向的脈沖的位置以及指向減號方向的脈沖的位置。也就是，當比較器25檢測到正 脈沖的上升沿時，比較器25將其輸出從加號轉(zhuǎn)換為減號。接著，當比較器25檢測到負脈沖 的下降沿時，比較器25將其輸出從減號轉(zhuǎn)換為加號。因此，當在導線30上沒有電流時，從 正脈沖到負脈沖的時間tl等于從負脈沖到正脈沖的時間t2。比較器25的輸出是矩形波信 號，其占空比為50 %，具有與激勵電壓相同的頻率。圖8為圖示了圖6中的電流傳感器的操作的時序圖。圖8顯示了當電流在正方向 上(圖6中的箭頭所示方向)流過導線30時的各個波形。當電流在正方向上流過導線30 時，磁芯21的B-H曲線顯示了 B-H曲線移動了由導線30產(chǎn)生的正磁場+ A H。即，當振蕩電 路23對激勵線圈22施加預(yù)定頻率的矩形交流信號來作為激勵電壓時，磁芯21顯示了這樣 的特征，即如果在正方向上施加磁場，則磁芯21容易飽和，如果在負方向上施加磁場，則磁 芯21不容易飽和。因此，從正脈沖到負脈沖的時間tl大于從負脈沖到正脈沖的時間t2。 因此，比較器25的輸出與激勵電壓的頻率相同并且具有t2/(tl+t2)的占空比(其中tl>t2)。另外，由于產(chǎn)生的磁場+ AH與流過導線30的電流成比例，比較器25的輸出信號的占 空比示出了流過導線30的電流的量和方向。圖9是圖示了圖6中所示的電流傳感器的操作的時序圖。圖9顯顯示了當電流在 負方向上(與圖6中的箭頭所示方向相反的方向)流過導線30時的各個波形。當電流在 負方向上流過導線30時，磁芯21的B-H曲線顯示了 B-H曲線移動了由導線30產(chǎn)生的負磁 場-AH。即，當振蕩電路23對激勵線圈22施加預(yù)定頻率的矩形交流信號來作為激勵電壓 時，磁芯21顯示了這樣的特征，S卩如果在正方向上施加磁場，則磁芯21不容易飽和，如果在 負方向上施加磁場，則磁芯21容易飽和。因此，從正脈沖到負脈沖的時間tl小于從負脈沖 到正脈沖的時間t2。因此，比較器25的輸出與激勵電壓的頻率相同并且具有t2/(tl+t2) 的占空比(其中tl < t2)。另外，由于產(chǎn)生的磁場-AH與流過導線30的電流成比例，比較 器25的輸出信號的占空比示出了流過導線30的電流的量和方向。如上所述，通過利用磁芯21的B-H曲線根據(jù)流過導線30的電流所產(chǎn)生的磁場移 動的特征，電流傳感器可以輸出流過導線30的電流的方向和值。

發(fā)明內(nèi)容
磁通門型電流傳感器主要用于檢測直流電流，但未廣泛用于檢測交流電流。為此 可構(gòu)造這樣的電流傳感器，其基于磁芯21在正方向上飽和所需的時間與磁芯21在負方向 上飽和所需的時間的時間差，來檢測流過導線30的電流的方向和值。激勵電壓的頻率不能 上升到能夠檢測到交流電流的高頻率。電流傳感器的磁芯21具有主要由材料所決定的預(yù) 定的B-H特征。當使用具有低斜度(即，具有低磁導率)的B-H曲線的磁芯21時，施加激 勵電壓的時間和磁芯21飽和的時間之間的時間延遲變大。因為該時間延遲控制激勵電壓 的頻率，當使用具有低斜度的B-H曲線的磁芯21時，激勵電壓的頻率不能升高到能檢測到 交流電流的高頻率。另外，可以使用具有完美矩形形狀特征的B-H曲線的磁性材料磁芯，例 如鈷基非晶態(tài)合金(cobalt base amorphous alloy)。然而，具有完美矩形形狀特征的磁性 材料通常很昂貴。本發(fā)明致力于解決上述問題。本發(fā)明的優(yōu)點在于其提供了一種電流傳感器，通過 用一個簡單的結(jié)構(gòu)升高激勵電壓的頻率，以使得該電流傳感器能夠檢測交流電流和直流電 流。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電流傳感器，用于檢測流過導線的待測電流 的方向和量，該電流傳感器包括環(huán)形的磁性材料磁芯，在磁性材料磁芯的中心部具有開 口，導線穿過該開口 ；纏繞在磁性材料磁芯上的激勵線圈；纏繞在磁性材料磁芯上的補償 激勵線圈；第一激勵電路，對激勵線圈施加預(yù)定頻率的矩形波形的交流激勵電壓，該交流激 勵電壓引起激勵線圈使得磁性材料磁芯中的磁場在正方向和負方向上都飽和；第二激勵電 路，對補充線圈施加正脈沖電壓和負脈沖電壓，該正脈沖電壓和負脈沖電壓分別與交流激 勵電壓的上升沿和下降沿同步，以便使補充線圈產(chǎn)生的磁場方向與通過對激勵線圈施加交 流激勵電壓所產(chǎn)生的磁場的方向一致；電流到電壓轉(zhuǎn)換器，將流過激勵線圈的激勵電流轉(zhuǎn) 換為電壓，并輸出檢測電壓；以及檢測單元，基于該檢測電壓來分別檢測當磁性材料磁芯上 的交流磁場在正方向上飽和時的時間，以及當磁性材料磁芯上的交流磁場在負方向上飽和 時的時間。在該結(jié)構(gòu)中，當磁性材料磁芯上的交流磁場在正方向和負方向上飽和時的時間
4對應(yīng)于待測量電流的方向和量。利用該結(jié)構(gòu)，可以用簡單的結(jié)構(gòu)來升高激勵電壓的頻率，從 而能夠提供能夠檢測交流電流和直流電流的電流傳感器。在至少一個方面，施加到補充激勵線圈上的正脈沖電壓和負脈沖電壓可以具有比 當只用激勵線圈使得磁性材料磁芯中的交流磁場飽和時所需的飽和時間短的脈沖寬度。利 用該結(jié)構(gòu)，使得磁芯飽和所需的時間的確可以被縮短，而不會干擾電流傳感器的敏感度。在至少一個方面，第二激勵電路可以包括第一開關(guān)元件，其施加正脈沖電壓；第 二開關(guān)元件，其施加負脈沖電壓；以及切換電路。在該情況中，切換電路控制第一開關(guān)元件， 并且當切換電路檢測到交流激勵電壓的上升沿時產(chǎn)生正脈沖電壓，切換電路控制第二開關(guān) 元件，并且當切換電路檢測到交流激勵電壓的下降沿時產(chǎn)生負脈沖電壓。利用該結(jié)構(gòu)，可以 用簡單的結(jié)構(gòu)來升高激勵電壓的頻率。在至少一個方面，檢測單元可以包括比較器，該比較器基于當磁性材料磁芯中的 交流磁場在正方向上飽和時的時間，以及當磁性材料磁芯中的交流磁場在負方向上飽和時 的時間，來轉(zhuǎn)換輸出狀態(tài)。利用該結(jié)構(gòu)，可以確定地檢測飽和時間。在至少一個方面，電流傳感器還可以包括低通濾波器，其平均所述比較器的輸出 信號。利用該結(jié)構(gòu)，使得后續(xù)處理更容易。在至少一個方面，電流傳感器還可以包括放大器，其確定所述低通濾波器的輸出 和預(yù)定參考電壓之間的差。利用該結(jié)構(gòu)，使得后續(xù)處理更容易。


圖1為圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流傳感器的總體結(jié)構(gòu)的框圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流傳感器的電路圖。圖3為圖示了當沒有電流流過導線時電流傳感器的操作的時序圖。圖4為圖示了當電流在正方向上流過導線時電流傳感器的操作的時序圖。圖5為圖示了當電流在負方向上流過導線時電流傳感器的操作的時序圖。圖6為圖示了常規(guī)的電路傳感器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖7為圖示了當沒有電流流過導線時常規(guī)電流傳感器的操作的時序圖。圖8為圖示了當電流在正方向上流過導線時常規(guī)電流傳感器的操作的時序圖。圖9為圖示了當電流在負方向上流過導線時常規(guī)電流傳感器的操作的時序圖。
具體實施例方式下面描述根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電流傳感器。圖1為圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例 的電流傳感器1的總體結(jié)構(gòu)的框圖。圖2為電流傳感器1的電路圖。圖3為圖示了當沒有 電流流過圖1中的導線10時的各個波形的時序圖。這里，給各圖中每個相同結(jié)構(gòu)賦予相同 的附圖標記。根據(jù)本發(fā)明的實施例的電流傳感器1包括磁芯11、激勵線圈12、振蕩電路13、電 流到電壓轉(zhuǎn)換器14、比較器15、濾波器16、放大器17、觸發(fā)線圈(shot coil)控制電路18 和觸發(fā)線圈19。其上流有待測電流的導線10布置為使得導線10穿過磁芯11。磁芯11是環(huán)形軟磁性材料的磁芯，由高磁導率材料制成(例如透磁合金)。磁芯 11在其中心部分具有開口，導線10穿過該開口。
激勵線圈12纏繞(3000-5000匝)在磁芯11上以形成螺旋管形。激勵線圈12的 一端連接到振蕩電路13上，激勵線圈12的另一端連接到電流到電壓轉(zhuǎn)換器14。當由振蕩 電路13施加交流激勵電壓到激勵線圈12時，交流激勵電流流過，從而激勵磁芯11。振蕩電路13 (第一激勵電路)是將預(yù)定頻率(例如2kHZ_4kHZ)的矩形交流信號 施加到激勵線圈12上作為交流激勵電壓的電路。取決于磁芯11的B-H特征，交流激勵電 壓具有足夠大的幅度來使得磁芯11的正方向和負方向上的磁場(交流磁場)被充分地磁 飽和(圖3)。另外，振蕩電路13連接到觸發(fā)線圈控制電路18，矩形交流信號也被提供給觸 發(fā)線圈控制電路18。在該實施例中，振蕩電路13配置有運算放大器。觸發(fā)線圈19纏繞(例如，3-5匝)在磁芯11上以形成螺旋管形，觸發(fā)線圈19的一 端連接到觸發(fā)線圈控制電路18中的NPN晶體管TR1的發(fā)射極和PNP晶體管TR2的發(fā)射極， 觸發(fā)線圈19的另一端連接到地電勢。當觸發(fā)線圈19被施加來自觸發(fā)線圈控制電路18的 脈沖形電壓(觸發(fā)脈沖)時，觸發(fā)線圈19在磁芯11中產(chǎn)生磁場。即，觸發(fā)線圈19的功能 是補充激勵線圈。觸發(fā)線圈控制電路18 (第二激勵電路)包括NPN晶體管TR1 (第一開關(guān)元件)、PNP 晶體管TR2(第二開關(guān)元件)以及開關(guān)控制電路CPU。該開關(guān)控制電路CPU接收來自振蕩電 路13的矩形交流信號并產(chǎn)生與該矩形交流信號同步的同步脈沖。開關(guān)控制電路CPU利用 同步脈沖來控制NPN晶體管TR1和PNP晶體管TR2，并在觸發(fā)線圈19上施加正或負觸發(fā)脈 沖。具體地，開關(guān)控制電路CPU產(chǎn)生正同步脈沖，該正同步脈沖與矩形交流信號的上升沿同 步，該正同步脈沖的持續(xù)時間與20%的占空比相對應(yīng)。開關(guān)控制電路CPU將正同步脈沖輸 入到NPN晶體管TR1的基極，因而將NPN晶體管TR1設(shè)為導通(ON)。當NPN晶體管TR1導 通時，連接到NPN晶體管TR1的集電極的電壓(+12V)被施加到觸發(fā)線圈19來作為正觸發(fā) 脈沖。另外，觸發(fā)線圈控制電路18產(chǎn)生負同步脈沖，該負同步脈沖與矩形交流信號的下降 沿同步，該負同步脈沖的持續(xù)時間與20%的占空比相對應(yīng)。觸發(fā)線圈控制電路18將負同步 脈沖輸入到PNP晶體管TR2的基極，因而將PNP晶體管TR2設(shè)為導通。當PNP晶體管TR2 導通時，連接到PNP晶體管TR2的集電極的電壓(-12V)被施加到觸發(fā)線圈19來作為負觸 發(fā)脈沖。因此，在激勵電壓上升之后與占空比的20%的持續(xù)時間相對應(yīng)的時間段內(nèi)，激勵線 圈12和觸發(fā)線圈19同時在正方向上在磁芯11中激勵出磁場。在激勵電壓下降之后與占 空比的20%的持續(xù)時間相對應(yīng)的時間段內(nèi)，激勵線圈12和觸發(fā)線圈19同時在負方向上在 磁芯11中激勵出磁場。因此，使磁芯11的正方向上的磁場飽和的時間(timing)以及使磁 芯11的負方向上的磁場飽和的時間被縮短。流過激勵線圈12的電流，即檢測到的電流，在 常規(guī)電流傳感器的檢測電流的情況下，基本上是脈沖波形。但是該檢測到的電流被觀測到 為這樣的波形當檢測到的電流從負向正轉(zhuǎn)換時在正方向上偏移，當檢測到的電流從正向 負轉(zhuǎn)換時在負方向上偏移(參見圖3)。電流到電壓轉(zhuǎn)換器14檢測流過激勵線圈12的電流并將電流轉(zhuǎn)換為電壓，例如通 過電阻器。檢測到的電壓輸出到比較器15。比較器15(檢測單元)檢測來自電流到電壓轉(zhuǎn)換器14的輸出上的正方向上的脈 沖的位置和負方向上的脈沖的位置，即，當磁芯11中的交流磁場在正方向上飽和時的時間 以及當磁芯11中的交流磁場在負方向上飽和時的時間。當比較器15檢測到正脈沖的上升 沿時(當磁場在正方向上飽和)，比較器的輸出從正切換到負，當比較器15檢測到負脈沖
6的下降沿時(當磁場在負方向上飽和)，比較器的輸出從負切換到正。比較器15的輸出信 號的占空比為表示了流過導線10的電流的量和方向的信號，如同常規(guī)的電流傳感器的情 況一樣。在圖3的情況中，因為沒有電流流過導線10，輸出信號具有占空比為50%的波形。 在該實施例中，比較器15為由運算放大器制成的比較器，并且比較器15具有滯后特性。濾波器16為低通濾波器，用于平均(積分)比較器15的輸出。在該實施例中，濾 波器16為包括運算放大器、電阻和電容的二階低通濾波器。電阻和電容的值決定了低通濾 波器的截止頻率，這些值取決于電流傳感器1是如何使用的而不同。選擇相對長的時間常 數(shù)來檢測直流電流，選擇響應(yīng)于交流波形的頻率短的時間常數(shù)來檢測交流電流，以便能夠 充分采樣待檢測的交流波形。濾波器16將流過導線10的電流轉(zhuǎn)換為交流電壓，從而能容 易地執(zhí)行后續(xù)處理。放大器17確定濾波器16的輸出和參考電壓(例如0V)之間的差，然后對濾波器 16的輸出施加預(yù)定的增益并輸出結(jié)果。在該實施例中，放大器17包括用于確定輸入電壓和 參考電壓(0V)之間的差的誤差放大器，以及用于轉(zhuǎn)換和放大誤差放大器的輸出的轉(zhuǎn)換放 大器。放大器17將流過導線10的電流轉(zhuǎn)換為模擬電壓，該模擬電壓具有與預(yù)定的參考電 壓相對應(yīng)的預(yù)定幅度，從而能容易地執(zhí)行后續(xù)處理。在該實施例中，比較器15的輸出信號的占空比表示流經(jīng)導線10的電流的方向和 量，如同常規(guī)電流傳感器的情況一樣。因此，后續(xù)的濾波器16的輸出和放大器17的輸出實 際為表示電流的方向和量的信號。用未在圖中示出的外部電路或設(shè)備來操作和處理放大器 17的輸出，從而能夠測量電流的值。另外，在圖3中，由于沒有電流流過導線10，濾波器16 的輸出和放大器17的輸出觀測為以0V為中心的小的三角波。圖4為圖示了當電流在正方向上(圖1中箭頭所示方向)流過圖1中所示的導線 10時各個波形的時序圖。當電流在正方向上流過導線10時，磁芯的B-H特征顯示了移動了由導線10產(chǎn)生 的正磁場+ AH的特征。即，當振蕩電路13在激勵線圈12上施加預(yù)定頻率的矩形交流信號 作為激勵電壓時，特征變?yōu)椋斣谡较蚴┘哟艌鰰r磁場容易飽和，當在負方向上施加磁場 時磁場不容易飽和。因此，從正脈沖到負脈沖的時間tl比從負脈沖到正脈沖的時間t2長。 比較器15的輸出具有與激勵電壓相同的頻率并且占空比為t2/(tl+t2)(其中tl > t2)。濾 波器16的輸出，其為比較器15的輸出的平均值，觀測到為在負電壓范圍內(nèi)振蕩的鋸齒波。 另外，濾波器16的輸出被放大器17轉(zhuǎn)換和放大，觀測到為在正電壓范圍內(nèi)振蕩的鋸齒波。圖5為圖示了當電流在負方向上(圖1所箭頭所示方向的反方向)流過圖1中所 示的導線10時，各個波形的時序圖。當電流在負方向上流過導線10時，磁芯11的B-H特征顯示了移動了由導線10產(chǎn) 生的負磁場-AH的特征。即，當振蕩電路13在激勵線圈12上施加預(yù)定頻率的矩形交流信 號作為激勵電壓，特征變?yōu)?，當在正方向施加磁場時磁場不容易飽和，當在負方向上施加磁 場時磁場容易飽和。因此，從正脈沖到負脈沖的時間tl比從負脈沖到正脈沖的時間t2短。 比較器15的輸出具有與激勵電壓相同的頻率并且占空比為t2/(tl+t2)(其中tl < t2)。濾 波器16的輸出，其為比較器15的輸出的平均值，觀測到為在正電壓范圍內(nèi)振蕩的鋸齒波。 另外，濾波器16的輸出被放大器17轉(zhuǎn)換和放大，觀測到為在負電壓范圍內(nèi)振蕩的鋸齒波。如上所述，在根據(jù)該實施例的電流傳感器1中，激勵線圈12和觸發(fā)線圈10在預(yù)時間同時在磁芯中激勵磁場，從而縮短了使磁芯11飽和所需的時間。因此，激勵電壓的頻率 可以升高與磁芯11飽和所需時間的縮短量相對應(yīng)的量，從而使得不僅能夠檢測直流電流 還能檢測交流電流。另外，可以利用具有相比于常規(guī)電流傳感器所用的磁芯的B-H曲線的 斜度更小的B-H曲線的不昂貴的磁芯(即具有低磁導率)。在該實施例中，觸發(fā)脈沖的脈沖寬度被描述成相對于矩形交流信號的頻率為占空 比20%，但是脈沖寬度不限于該實施例。觸發(fā)脈沖的脈沖寬度可以是比當磁芯11中的磁場 僅通過激勵線圈12飽和時，輸入激勵電壓后使磁芯11中的磁場飽和所需的飽和時間的最 小值更短的任何時間段。即，所需的飽和時間取決于流過導線10的電流的量而不同。所需 的最小飽和時間(例如，對應(yīng)于占空比25% )為當檢測到用于電流傳感器1的最大允許電 流值時所需的飽和時間。如果觸發(fā)脈沖的脈沖寬度比所需的最小飽和時間短，飽和所需的 時間可以被一定地縮短，而不會干擾電流傳感器1的原始敏感度。另外，取決于所使用的磁 芯的B-H曲線的斜度，觸發(fā)脈沖的脈沖寬度可以在上達最小所需飽和時間的范圍內(nèi)被適當 改變。因為當觸發(fā)脈沖的脈沖寬度被拉長時磁芯更快速地飽和，這有利于當使用不昂貴的 磁芯時拉長觸發(fā)脈沖的脈沖寬度。另外，根據(jù)該實施例的觸發(fā)脈沖被描述為與矩形交流信號的上升沿同步的正觸發(fā) 脈沖和與矩形交流信號的下降沿同步的負觸發(fā)脈沖，但是觸發(fā)脈沖不限于該實施例。即，如 果激勵線圈12產(chǎn)生的磁場的方向和觸發(fā)線圈19產(chǎn)生的磁場的方向相同即可。例如的，當 激勵線圈12的纏繞方向和觸發(fā)線圈19的纏繞方向不同時，觸發(fā)脈沖為與矩形交流信號的 下降沿同步的正觸發(fā)脈沖和與矩形交流信號的上升沿同步的負觸發(fā)脈沖。根據(jù)該實施例的觸發(fā)線圈控制電路18包括NPN晶體管TR1、PNP晶體管TR2和開 關(guān)控制電路CPU，但是觸發(fā)線圈控制電路18不限于該實施例。例如，可以使用模擬開關(guān)而不 是晶體管。時間切換電路CPU可以配置為具有計時電路和模擬開關(guān)。另外，根據(jù)該實施例的濾波器16被描述為二階低通濾波器，但是濾波器16不限于 該實施例。濾波器16可以是包括電阻和電容的一階低通濾波器。
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權(quán)利要求
一種電流傳感器，用于檢測流過導線的待測電流的方向和量，包括環(huán)形的磁性材料磁芯，在磁性材料磁芯的中心部具有開口，所述導線穿過該開口；纏繞在磁性材料磁芯上的激勵線圈；纏繞在磁性材料磁芯上的補償激勵線圈；第一激勵電路，對激勵線圈施加預(yù)定頻率的矩形波交流激勵電壓，該交流激勵電壓導致激勵線圈使磁性材料磁芯中的磁場在正方向和負方向上都飽和；第二激勵電路，對補充激勵線圈施加正脈沖電壓和負脈沖電壓，該正脈沖電壓和負脈沖電壓分別與交流激勵電壓的上升沿和下降沿同步，以便使補充線圈產(chǎn)生的磁場方向與通過對激勵線圈施加交流激勵電壓所產(chǎn)生的磁場的方向一致；電流到電壓轉(zhuǎn)換器，將流過激勵線圈的激勵電流轉(zhuǎn)換為電壓，并輸出檢測電壓；以及檢測單元，基于該檢測電壓來分別檢測當磁性材料磁芯上的交流磁場在正方向上飽和時的時間，以及當磁性材料磁芯上的交流磁場在負方向上飽和時的時間，其中當磁性材料磁芯上的交流磁場在正方向和負方向上飽和時的時間對應(yīng)于待測量電流的方向和量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，正脈沖電壓和負脈沖電壓具有比當只用 激勵線圈使得磁性材料磁芯中的交流磁場飽和時所需的飽和時間短的脈沖寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器， 其中第二激勵電路包括第一開關(guān)元件，其施加正脈沖電壓； 第二開關(guān)元件，其施加負脈沖電壓； 切換電路，其中該切換電路控制該第一開關(guān)元件，并且當該切換電路檢測到交流激勵電壓的上升 沿時產(chǎn)生正脈沖電壓，并且該切換電路控制該第二開關(guān)元件，并且當該切換電路檢測到交 流激勵電壓的下降沿時產(chǎn)生負脈沖電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項中所述的電流傳感器，其中檢測單元包括比較器，該比 較器基于當磁性材料磁芯中的交流磁場在正方向上飽和時的時間，以及當磁性材料磁芯中 的交流磁場在負方向上飽和時的時間，來轉(zhuǎn)換輸出狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流傳感器，還包括低通濾波器，其平均所述比較器的輸出 信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流傳感器，還包括放大器，其確定所述低通濾波器的輸出 和預(yù)定參考電壓之間的差。
全文摘要
一種電流傳感器，包括環(huán)形的磁性材料磁芯；纏繞在磁性材料磁芯上的激勵線圈；纏繞在磁性材料磁芯上的補償激勵線圈；第一激勵電路，對激勵線圈施加交流激勵電壓；第二激勵電路，施加與激勵電壓的上升沿和下降沿同步的脈沖電壓，該脈沖電壓使得補充線圈產(chǎn)生與激勵線圈產(chǎn)生的磁場具有相同方向的磁場；電流到電壓轉(zhuǎn)換器，將流過激勵線圈的電流轉(zhuǎn)換為電壓；以及檢測單元，檢測當磁性材料磁芯上的交流磁場在正方向和負方向上飽和時的各個時間。
文檔編號G01R31/02GK101949965SQ20101022471
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者余孔惠, 小林正和 申請人:株式會社田村制作所