【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于电流测量应用的磁通门变换器。
技术介绍
1、众所周知，磁通门变换器用于电流测量应用，由此磁通门变换器测量由承载待测量电流的一个或更多个初级导体产生的磁场强度。磁通门变换器包括由励磁线圈围绕的可饱和软磁芯，该励磁线圈连接到被配置为使软磁芯交替地饱和的控制电路。在某些配置中，磁通门变换器是布设在磁路磁芯的气隙中的小磁场感测部件，该磁路磁芯围绕中央通道，一个或更多个初级导体延伸穿过该中央通道。在另一已知配置中，磁通门可饱和磁芯本身形成供初级导体穿过的中央通道。
2、在闭环变换器中，存在与磁路磁芯磁耦合并且在反馈电路中连接到信号处理电路的补偿线圈，补偿线圈力求抵消由初级导体产生的磁场。这样的安排是众所周知的。尽管可以以开环方式使用磁通门变换器，由此不存在补偿线圈，但鉴于磁通门变换器的高灵敏度，它们主要以闭环配置使用。
3、在磁通门变换器是布设在磁路磁芯的气隙中的小磁场感测部件的配置中，补偿线圈可以被缠绕在具有气隙的磁路上，而在磁通门可饱和磁芯本身形成供初级导体穿过的中央通道的配置中，励磁线圈可以被用于提供补偿电流。在后一种情况下，励磁电流信号被叠加在补偿电流信号上。
4、磁通门变换器提供了对在一个或更多个初级导体中流动的初级电流或差分电流的准确测量。与众所周知的使用霍尔效应检测器的变换器相比，磁通门变换器具有高灵敏度和低偏移。另外，磁通门变换器提供了初级侧与次级侧之间的良好隔离，并且能够测量低频ac电流(高达几khz)和dc电流。也已知磁通门传感器技术用于dc和ac漏电流测量。这些类
5、-电池管理系统(测量流过电池的电流)
6、-实验室参考传感器(校准设备)
7、-医疗设备(例如，磁共振成像)
8、然而，驱动用于使磁通门检测器的磁芯饱和以及用于驱动补偿电流的励磁电流所需的电子器件致使这样的电流变换器与具有霍尔效应检测器的常规开环电流变换器相比更昂贵且更不紧凑。在常规磁通门检测器中，励磁电流通常由通常基于h桥电路的自动振荡电路架构产生。在这种常规自动振荡电路中，难以主动地改变饱和水平或者限定特定的启动顺序，例如以实现消磁过程。
9、在某些应用中，电流测量系统与安全功能相关联，尤其是针对旨在测量漏电流或剩余电流的传感器的情况。这种应用的例示性示例包括例如用于检测太阳能电池板应用中或汽车应用中(例如，用于车载充电系统)的ac和/或dc漏电流的传感器。
10、在汽车应用中，适用的安全标准之一是iso26262标准，并且根据所执行的危险分析和风险评估，从质量管理方面，该功能的安全等级的等级排序是asil d级安全。在汽车应用中，dc漏电流可能是等级为asil d(即所需的最高安全等级)的安全功能。这种安全等级需要高可靠性并且导致高成本。
11、对于某些应用，电流变换器应该具有非常低的偏移误差。这是针对以下的电池监视装置的情况：测量的电流的偏移将造成电池的充电状态过高或过低。对于漏电流传感器或剩余电流传感器，传感器将监视大部分时间将为零或接近零的电流，并且应该检测到电流值超过某个极限(阈值)的任何变化。因此，对于这种应用，有必要使用具有非常低的偏移误差的电流传感器。
12、然而，使用磁性材料芯测量磁场的电流传感器具有由于磁性材料中的剩磁和矫顽磁场的影响而产生磁偏移的缺点。尽管如果变换器包括重新初始化磁路材料的磁性状态的消磁功能，则标称操作中的磁偏移可以被最小化，但对于高灵敏度的磁通门变换器，常规的重新初始化可能不足以准确操作变换器。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供准确的而且具有制造和实现成本效益的用于电流测量的磁通门变换器。
2、有利的是提供容易针对用户要求进行调节或校准的用于电流测量的磁通门变换器。
3、有利的是提供容易安装和操作的用于电流测量的磁通门变换器。
4、有利的是提供可靠且符合高安全等级标准的用于电流测量的磁通门变换器。
5、通过提供根据独立权利要求的用于电流测量的磁通门变换器和操作磁通门变换器的方法来实现本专利技术的目的。
6、本文中公开了一种磁通门电流变换器，所述磁通门电流变换器包括控制电路和磁通门器件，所述磁通门器件包括被励磁线圈围绕的可饱和软磁芯。所述控制电路包括励磁线圈驱动电路，所述励磁线圈驱动电路连接到所述励磁线圈，所述励磁线圈被配置为产生交变磁场以使所述软磁芯交替地饱和。
7、所述励磁线圈包括在公共点处连接在一起的第一绕组和第二绕组，所述公共点形成所述第一绕组的输入和所述第二绕组的输出。所述第一绕组与第一开关串联连接并且所述第二绕组与第二开关串联连接，所述第一开关和所述第二开关由所述控制电路控制，以在所述第一绕组中提供励磁线圈电流，从而在所述磁芯中在第一方向上产生磁场，并且所述第二绕组中的励磁线圈电流在所述磁芯中在与所述第一方向相反的第二方向上产生磁场。
8、根据本专利技术的第一方面，所述控制电路包括比较器，所述比较器具有连接到所述励磁线圈的第一输入端，其中，所述控制电路包括pwm模块，所述pwm模块与所述比较器的输出端连接并且被配置为控制所述第一开关和所述第二开关的操作定时，包括在从一个励磁线圈绕组切换到另一励磁线圈绕组期间引入死区时间。
9、根据本专利技术的第二方面，所述变换器包括在所述第一开关和所述第二开关之后连接到所述励磁线圈的模拟测量通道(m2)，所述模拟测量通道包括adc模块，其中，所述模拟测量通道还包括dac，dac连接到所述adc模块并且还连接到具有与所述励磁线圈连接的第一输入端的比较器的一个输入端。
10、根据本专利技术的第三方面，所述控制电路还包括连接在所述磁通门器件高侧的第一电阻器，所述控制电路还包括布设在与所述第一电阻器并联的旁路电路中的第三开关s3，所述第三开关被配置为当所述开关切换到闭合位置时使所述第一电阻器短路，并且其中，所述模拟测量通道包括参考电压源，以针对所述adc模块控制电源参考电压。
11、根据本专利技术的第四方面，所述磁通门变换器连接到用户系统以一起形成电流测量系统，所述电流测量系统具有由所述测试绕组提供的至少三个测量通道(第一pwm通道m1、第二模拟通道m2和第三通道m3)，所述用户系统被配置为计算来自所述三个测量通道的测量信号的比较，以便确定正确或错误的操作。
12、在有利的实施例中，所述比较器的所述第一输入端在所述第一开关和所述第二开关之后连接到所述励磁线圈。
13、在有利的实施例中，所述比较器的第二输入端连接到dac，dac供应用于调节所述比较器的输出电平的可调节参考电压。
14、在有利的实施例中，所述磁通门变换器还包括组合和顺序逻辑单元，其与pwm模块的输出端连接以产生包括由所述pwm模块提供的死区时间的互补信号。
15、在有利的实施例中，所述磁通门变换器包括捕获模块，所述捕获模块连接到所述pwm模块的输出端以捕获开关信号的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁通门电流变换器(2)，所述磁通门电流变换器包括控制电路(4)和磁通门器件(2)，所述磁通门器件包括被励磁线圈(8)围绕的可饱和软磁芯(6)，所述控制电路包括连接到所述励磁线圈的励磁线圈驱动电路，所述励磁线圈被配置为产生交变磁场以使所述软磁芯交替地饱和，所述励磁线圈包括在公共点(9)处连接在一起的第一绕组(8a)和第二绕组(8b)，所述公共点形成所述第一绕组的输入和所述第二绕组的输出，所述第一绕组与第一开关(S1)串联连接并且所述第二绕组与第二开关(S2)串联连接，所述第一开关和所述第二开关由所述控制电路控制，以在所述第一绕组中提供励磁线圈电流，从而在所述磁芯中在第一方向上产生磁场，并且所述第二绕组中的励磁线圈电流在所述磁芯中在与所述第一方向相反的第二方向上产生磁场，其中，所述控制电路还包括连接在所述磁通门器件的高侧的第一电阻器(12)，所述控制电路还包括布设在与所述第一电阻器并联的旁路电路(14)中的第三开关S3，所述第三开关被配置为当所述开关切换到闭合位置时将所述第一电阻器短路，并且其中，所述模拟测量通道包括参考电压源以控制所述ADC模块的电源参考电压。
3.根据权利要求2所述的磁通门电流变换器，其中，所述比较器的第二输入端连接到DAC(16b)，DAC供应用于调节所述比较器的输出电平的可调节参考电压。
4.根据权利要求2所述的磁通门电流变换器，其中，所述控制电路包括PWM模块(28)，所述PWM模块连接到所述比较器的输出端并且被配置为控制所述第一开关和所述第二开关的操作定时，包括在从一个励磁线圈绕组切换到另一个励磁线圈绕组期间引入死区时间。
5.根据权利要求4所述的磁通门电流变换器，还包括组合和顺序逻辑单元(30)，所述组合和顺序逻辑单元与PWM模块(28)的输出端连接以产生包括由所述PWM模块提供的死区时间的互补信号。
6.根据权利要求4所述的磁通门电流变换器，包括捕获模块(32)，所述捕获模块连接到所述PWM模块(28)的输出端以捕获开关信号的定时。
7.根据权利要求1所述的磁通门电流变换器，其中，所述变换器包括在所述第一开关和所述第二开关之后连接到所述励磁线圈的模拟测量通道(M2)，所述模拟测量通道包括ADC模块(18)。
8.根据权利要求7所述的磁通门电流变换器，其中，所述模拟测量通道还包括DAC(26)，所述DAC连接到所述ADC模块并且还连接到比较器(24)的一个输入端(16b)，所述比较器具有连接到所述励磁线圈的第一输入端(16a)。
9.根据权利要求8所述的磁通门电流变换器，其中，所述模拟测量通道还包括放大器(42)，以增大增益并且缩放供给到所述ADC模块中的信号的测量值的偏移。
10.根据权利要求1所述的磁通门电流变换器，还包括缠绕在所述磁芯(6)上的测试绕组(10)，所述测试绕组连接到所述磁通门变换器的连接接口(44)，以连接到用户系统(3)的电子电路。
11.根据权利要求10所述的磁通门电流变换器，其中，所述测试绕组被配置为以与所述磁通门器件中的磁场的测量信号对应的第二操作模式，从所述用户系统(3)接收测试电流并且向所述用户系统(3)输出电压，使得所述测试绕组提供第三测量通道M3。
12.根据权利要求1所述的磁通门变换器，其中，所述磁通门变换器连接到用户系统(3)以一起形成电流测量系统，所述电流测量系统具有由所述测试绕组(10)提供的至少三个测量通道，即第一PWM通道M1、第二模拟通道M2和第三通道M3，所述用户系统被配置为计算来自所述三个测量通道的测量信号的比较结果，以便确定正确或错误的操作。
13.根据权利要求12所述的磁通门变换器，其中，所述用户系统(3)的所述电子电路被配置为在影响所述测量通道之一的故障的情况下使用所述三个测量信号中的具有彼此最接近的值的两个，并且丢弃另一测量信号。
...【技术特征摘要】
1.一种磁通门电流变换器(2)，所述磁通门电流变换器包括控制电路(4)和磁通门器件(2)，所述磁通门器件包括被励磁线圈(8)围绕的可饱和软磁芯(6)，所述控制电路包括连接到所述励磁线圈的励磁线圈驱动电路，所述励磁线圈被配置为产生交变磁场以使所述软磁芯交替地饱和，所述励磁线圈包括在公共点(9)处连接在一起的第一绕组(8a)和第二绕组(8b)，所述公共点形成所述第一绕组的输入和所述第二绕组的输出，所述第一绕组与第一开关(s1)串联连接并且所述第二绕组与第二开关(s2)串联连接，所述第一开关和所述第二开关由所述控制电路控制，以在所述第一绕组中提供励磁线圈电流，从而在所述磁芯中在第一方向上产生磁场，并且所述第二绕组中的励磁线圈电流在所述磁芯中在与所述第一方向相反的第二方向上产生磁场，其中，所述控制电路还包括连接在所述磁通门器件的高侧的第一电阻器(12)，所述控制电路还包括布设在与所述第一电阻器并联的旁路电路(14)中的第三开关s3，所述第三开关被配置为当所述开关切换到闭合位置时将所述第一电阻器短路，并且其中，所述模拟测量通道包括参考电压源以控制所述adc模块的电源参考电压。
2.根据权利要求1所述的磁通门电流变换器，其中，所述控制电路包括比较器(24)，所述比较器具有在所述第一开关和所述第二开关之后连接到所述励磁线圈的第一输入端(16a)。
3.根据权利要求2所述的磁通门电流变换器，其中，所述比较器的第二输入端连接到dac(16b)，dac供应用于调节所述比较器的输出电平的可调节参考电压。
4.根据权利要求2所述的磁通门电流变换器，其中，所述控制电路包括pwm模块(28)，所述pwm模块连接到所述比较器的输出端并且被配置为控制所述第一开关和所述第二开关的操作定时，包括在从一个励磁线圈绕组切换到另一个励磁线圈绕组期间引入死区时间。
5.根据权利要求4所述的磁通门电流变换器，还包括组合和顺序逻辑单元(30)，所述组合和顺序逻辑单元与pwm模块(28)的输出端连接以产生包括由所述pwm...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·巴泰勒米，D·考特里尔，A·莱克迪姆，
申请(专利权)人：莱姆国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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