电量传感器制造技术

一种电量传感器，包括：用于产生预定频率的时钟信号的振荡电路，根据从振荡电路输出的时钟信号以预定频率闪烁的发光元件；光学耦合到发光元件并且在发光元件发光时导通的开关元件；其初级绕组经过开关元件连接到接收直流电信号的输入端的变压器；和利用时钟信号作为参考同步地检测变压器的次级绕组中产生的交流电信号，从而产生与直流电信号的幅度对应的直流电压信号的同步检测电路。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电量传感器。上述电流传感器根据按照流过路径20的电流在铁心11中产生的磁通来检测流过电流路径20的电流值。如果大电流流入电流路径20，使铁心11中产生的磁通饱和，那么就不能准确地检测出流过电流路径20的电流。如图5中所示，提出了一种基于上述电流传感器的电流传感器。该传感器带有一个进一步将来自放大器13的输出放大，并将所放大的输出作为电流信号输出的电流放大电路14。电流经过一个缠绕在铁心11上的补偿线圈15从电流放大电路14输出。在此，补偿线圈15是以抵消铁心11中产生的磁通的方向缠绕的。当要检测的电流流过穿过铁心11的电流路径20时，铁心11中产生与该电流值对应的磁通量。霍尔元件12产生与该磁通量对应的电压。放大器13将从霍尔元件12输出的电压放大，并通过电流放大电路14将所放大的电压转换成电流信号。电流信号经过补偿线圈15输出。由于补偿线圈15是在抵消铁心11中产生的磁通的方向缠绕的，因而可以防止铁心11发生磁饱和，因此提高了电流传感器的检测精度。但是，电流传感器的测量精度在很大程度上依赖于霍尔元件12的性能。因此，霍尔元件12的性能或霍尔元件12的温度特性的变化极大地影响电流传感器的测量精度。这是由于霍尔元件的温度特性是由施加到一个平衡元件上的封装应力改变的。在后一种电流传感器中，作为从电流放大电路14输出的电流的结果而出现在补偿线圈15中的磁通抵消了铁心11中产生的磁通，因而防止了铁心11的磁饱和。铁心11上必须缠绕补偿线圈15，从而增大了成本。为了抵消铁心11中产生的磁通，必须使从电流放大电路14输出的电流比较大，因而导致电流消耗的增大。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种电量传感器，该电量传感器包括用于产生预定频率的时钟信号的振荡电路；根据从振荡电路输出的时钟信号以预定频率闪烁的发光元件；光学地耦合到发光元件并且当发光元件发光时导通的开关元件；其初级绕组通过开关元件连接到接收直流电信号的输入端的变压器；和以时钟信号作为参考，同步地检测变压器的次级绕组中产生的交流电信号，从而产生与直流电信号的幅度对应的直流电压信号的同步检测电路。当发光元件以与从振荡电路输出的时钟信号对应的预定频率闪烁时，开关元件根据发光元件的闪烁动作导通和断开。通过开关元件的开关动作，将直流电信号转换成交流电信号。将如此转换的交流电信号发送到电路的次级侧。同步检测电路以时钟信号为参考，同步地检测变压器次级绕组中产生的交流电信号。结果是，能够得到与直流电信号的幅度对应的直流电信号。以这种方式，将直流电信号转换成交流电信号，并且凭借同步检测将通过变压器发送的交流电信号恢复成直流电信号。与利用霍尔元件的相关技术的电流传感器相反，不使用具有大的变化的霍尔元件。这防止了作为电流传感器的一个组成组件的霍尔元件的性能造成的产品与产品之间的性能变化的情况的发生。因而可以减小电流传感器的测量精度和温度特性的变化。省却了用于防止磁饱和的补偿线圈，因此可以防止电量传感器成本提高。此外，通过光耦合在一起的发光元件和开关元件以及变压器使得被检测电路与检测电路电绝缘。因而可以减小作用在被检测电路上的影响。根据本专利技术的电量传感器产生了与直流电信号的幅度对应的直流电压信号。电量传感器的电路是由一个振荡电路、一个开关元件、一个同步检测电路之类的IC，和一个发光元件构成的。因此，可以提供包括低电流消耗的电量传感器。直流电信号优选是一个插入到要检测的电流流过的电路径中的检测电阻器两端的电压。这样就可以实现一种检测直流电流的电流传感器。直流电信号优选是一个直流电压信号。这样就可以实现检测直流电压值的电压传感器。开关元件优选是一个MOSFET。这样就可以实现一种用于检测电流在两个方向上流过的一个电路的电量的电量传感器。现在说明电流传感器1的操作。振荡电路5产生预定频率的时钟信号S1。凭借时钟信号S1，电流间歇地流入到光传输元件3的发光二级管3a中，从而使发光二级管3a闪烁，并且使光电晶体管3b以预定频率导通/关断。当要检测的直流电流I流入到电流路径20中时，在检测电阻器2的两端产生与待检测电流I的电流值成正比的电压。光电晶体管4b切换电压，结果交流电流流入到变压器4的初级绕组4a。在次级绕组4b中产生了一个其峰值与检测电阻器2两端的电压成正比的交流电压信号S2。同步检测电路6用时钟信号S1作为参考，同步地检测和解调电压信号S2，从而输出与检测电阻器2两端电压成正比的直流电压信号S3。如上所述，根据本实施例的电流传感器1利用光传输元件3和变压器4使电流路径20与检测电路6电绝缘。因此，可以减小对电流路径20的影响。即使在测量微电流时，也能够精确地检测流过电流路径20的要检测的电流I。凭借由振荡电路5的时钟信号S1进行切换，使检测电阻器2两端的电压转换成交流信号。利用时钟信号S1作为参考，同步地检测通过变压器4输入的电压信号S2。因此，将电压信号恢复成直流电压信号S3。与利用霍尔元件的现有技术的电流传感器相反，本专利技术的电流传感器不使用具有大的变化的霍尔元件。因此，电流传感器的性能在很大程度上并不仅取决于霍尔元件的性能。因而，能够防止霍尔元件的变化或温度特性造成的传感器的性能或温度特性的退化。在本实施例中，电流传感器1输出直流电压信号S3，并且电流传感器1的电路实际上是由一个IC和一个LED构成的。因此，电流传感器1涉及低的电流消耗。如图2中所示，根据本实施例的电流传感器1可以带有一个设置在同步检测电路6之前的放大器7a，和一个设置在同步检测电路6之后的放大器7b。通过改变放大器7a的放大因数和放大器7b的放大因数，可以调节电压信号S3的幅度。在同步检测电路6之后设置一个低通滤波器(LPF)8，从而可以消除不必要的信号分量。图2中所示的电流传感器带有一个设置在同步检测电路6之前的放大器7a，和一个设置在同步检测电路6之后的放大器7b；但是，可以仅在同步检测电路6之前或之后设置放大器。在根据本实施例的电流传感器1中，检测电阻器2与电流路径20串联，从而检测要检测的流过电流路径20的电流的幅度。如图3(a)中所示，作为电流传感器1中检测电阻器2、连接在检测电阻器2两端的光电晶体管3b、和经过光电晶体管3b连接的变压器4的初级绕组4a组成的组合的一种替代，可以采用一种通过将检测电阻器2、光电晶体管4b、和变压器4的初级绕组4a串联在待检测电压的输入端之间构成的电路配置。结果是，可以将根据本实施例的电流传感器1用作检测输入端之间的电压值的电压传感器。同样地，如图3(b)中所示，作为电流传感器1中检测电阻器2、连接在检测电阻器2两端的光电晶体管3b、和经过光电晶体管3b连接的变压器4的初级绕组4a构成的组合的一种替代，可以采用一种通过将电阻器9a和电阻器9b串联连接在要检测的电压的输入端之间，并且将电阻器9b与和变压器4的初级绕组4a串联连接的光电晶体管3b并联构成的电路配置。结果是，可以把根据本实施例的电流传感器1用作检测输入端之间的电压值的电压传感器。如附图说明图1和2中所示，电流传感器1使用了光学耦合到发光二级管(发光元件)元件3a和光学连接到发光二级管3a并且电绝缘的光电晶体管(开关元件)3b的光耦合器型光传输元件3。可以使用一个像光学耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电量传感器，包括： 用于产生预定频率的时钟信号的振荡电路； 根据从振荡电路输出的时钟信号以预定频率闪烁的发光元件； 光学耦合到发光元件并且在发光元件发光时导通的开关元件； 其初级绕组经过开关元件连接到接收直流电信号的输入端的变压器；和 利用获得的时钟信号作为参考，同步地检测变压器的次级绕组中产生的交流电信号，以产生与直流电信号的幅度对应的直流电压信号的同步检测电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：竹田克，俵积田健，立野守，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]