專利名稱：大孔徑直流漏電流檢測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種方形大孔徑直流漏電流檢測傳感器。尤其與 UPS電源系統(tǒng)總匯流排的漏電流檢測傳感器有關(guān)。
技術(shù)背景
UPS電源系統(tǒng)中匯流排體積太大，且其上允許的漏電流值較大，普 通漏電流傳感器孔徑小，檢測電流范圍小，不能用于UPS電源系統(tǒng)總匯 流排漏電流的監(jiān)測。目前許多大型UPS電源系統(tǒng)總匯流排上還沒有合適 的監(jiān)控設(shè)備，使得UPS電源系統(tǒng)的安全運行存在潛在威脅。近年來，各
種直流電源系統(tǒng)的對地漏電流檢測都是釆用漏電流傳感器的方案來實
現(xiàn)的，但是普通的漏電流傳感器穿心孔徑多數(shù)僅有O20腿，少數(shù)穿心孔 徑尺寸達(dá)到085腿，且其檢測漏電流范圍僅有幾十毫安到幾百毫安?，F(xiàn) 有漏電流傳感器主要實施方案如圖3。被測電流穿過磁芯，使得自激振 蕩器產(chǎn)生的方波信號占空比發(fā)生變化，由后級的無限增益濾波器將占空 比發(fā)生變化的方波信號的直流分量濾出，得到一直流電壓信號。后級接 一同相放大器將該直流電壓信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號輸出。因為理論上 由于被測電流產(chǎn)生的直流磁通大小使振蕩器產(chǎn)生的方波信號占空比線 性變化，使得經(jīng)過濾波器輸出的直流電壓信號也應(yīng)該是線性變化的，從 而完成直流電流的穿心檢測。
然而，自激振蕩器產(chǎn)生的方波信號占空比隨被測電流線性變化時， 當(dāng)穿過磁芯的直流電流較大，即被測電流較大時，占空比變化將接近于 1,所以被測電流一定不能過大。同時，由于磁芯材料的有效磁導(dǎo)率受 溫度的影響較大，使得被測直流電流在磁通路徑上產(chǎn)生的磁通受溫度的 影響也較大，導(dǎo)致傳感器的溫度特性較差。當(dāng)磁芯孔徑增大，被測直流 信號在磁通路徑上產(chǎn)生的磁通更微弱，受溫度的影響更大，導(dǎo)致對被測 信號的測量存在較大的誤差
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種成本低廉，不受溫度影響，可檢測大
電流，可靠性高，適于UPS電源系統(tǒng)匯流排的漏電流檢測傳感器。本實用新型是這樣實現(xiàn)的
本實用新型大孔徑直流漏電流檢測傳感器，包括雙繞組磁芯，兩被 測匯流排支路同時通過磁芯的孔與負(fù)載連接，磁芯的第一繞組與自激振 蕩器連接，自激振蕩器與無限增益濾波器連接，無限增益濾波器與積分 器連接，積分器輸出與推挽晶體管連接，推挽晶體管由第一、二晶體管 構(gòu)成，第一晶體管的集電極接輔助電源的正端，第二晶體管的集電極接 輔助電源的負(fù)端，第一、二晶體管的發(fā)射極同時通過磁芯的第二繞組接 負(fù)載到地。
自激振蕩器包括電阻和第一運算放大器仏A，磁芯的第一繞組兩端分 別接于第一運算放大器的反相端和輸出端，第一運算放大器的輸出端通 過電阻接其同相端，其反相端和同相端分別經(jīng)電阻接地，無限增益濾波 器由第二、三運算放大器U1B、 U2A和電阻、電容構(gòu)成，第一運算放大器
Uu的輸出接第三運算放大器的同相端，第二運算放大器仏B的同相端接
地，反相端通過電阻與輸出端連接，同時其反相端和輸出端分別經(jīng)電容 接第三運算放大器的同相端，第三運算放大器的反相端接輸出端，輸出
端經(jīng)電阻接構(gòu)成積分器的第四運算放大器U2B的反相端，第四運算放大器 的同相端接地，第四運算放大器的輸出接第一、二晶體管的基極。
第四運算放大器U2B的反相端通過電阻接電位器的活動端，通過電容
接第四運算放大器的輸出，電位器的固定端接輔助電源。
磁芯的孔為方孔，其孔的截面積為120X100mm2。 磁芯的第二繞組的箍數(shù)小于50。
磁芯的第二繞組輸出電流信號給后級處理電路或者接一采樣電阻 接地，采電壓信號給后級系統(tǒng)處理電路。
大孔徑直流漏電流檢測傳感器主要由雙繞組磁芯、自激振蕩器、無 限增益濾波器、積分器和推挽晶體管組成。相當(dāng)于在傳統(tǒng)漏電流傳感器 方案的基礎(chǔ)上，增加了積分器和推挽晶體管。前級得到的直流電壓信號 通過電阻進(jìn)入積分器電路，由于積分器電路的充放電過程，使得直流電 壓信號緩慢變化，并產(chǎn)生延遲，從而控制推挽晶體管的導(dǎo)通程度，使得 輔助電源通過晶體管發(fā)射極經(jīng)磁芯第二繞組N2輸出電流信號。并使得 該電流產(chǎn)生的磁鏈方向和被測電流產(chǎn)生的磁鏈方向相反，使得磁通路徑 上的直流磁鏈變化為零，從而達(dá)到磁通平衡的目的。也可串聯(lián)一只電阻 到地，采電壓信號。該方案使得輸出的電流信號不受磁芯材料的影響， 有效的解決了傳感器受溫度的影響。同時，由于磁芯第一繞組Ni接入自
4激振蕩回路，在磁芯內(nèi)部將產(chǎn)生交流磁通，由電磁感應(yīng)原理，在同一磁 芯的繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，故繞組N2砸數(shù)越少越好。假設(shè)被測直流電 流為Ir ，流過繞組N2的電流為i2,則由磁平衡原理可得Ir二 N2* i2, 所以，在N2砸數(shù)較少的情況下，電流i2的大小決定了被測電流Ir的大 小。而推挽晶體管從輔助電源索取電流信號，使得流過繞組N2的電流 i2可以較大，所以被測電流Ir就可以較大，達(dá)到了擴(kuò)展被測電流的測
量范圍，非常適用于UPS直流電源系統(tǒng)總匯流排上較大的漏電流。適當(dāng) 調(diào)整磁芯繞組N2的匝數(shù)，可以得到不同的直流電流信號。N2的4腳通 過采樣電阻RlQ接地后，在N2的3腳取電壓信號輸出。
本實用新型具有孔徑大、重量輕、集成度高、精度高、高隔離、低 漂移、低功耗、寬溫度范圍等特點。


圖1為本實用新型的電路框圖。
圖2為本實用新型置于被測系統(tǒng)中的現(xiàn)場應(yīng)用原理圖(傳感器1為
本實用新型)。
圖3為己有技術(shù)的電路原理圖。 ， 圖4為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
如圖4所示被測電流穿過磁芯，使得自激振蕩器產(chǎn)生的方波信號
占空比發(fā)生變化，由后級的無限增益濾波器將占空比發(fā)生變化的方波中 的直流分量濾出，得到一直流電壓信號。該電壓信號再經(jīng)過一級同相跟 隨器，進(jìn)入積分器電路，積分電路使得直流電壓信號緩慢變化，控制推
挽晶體管導(dǎo)通，使得輔助電源通過晶體管發(fā)射極經(jīng)磁芯繞組N2輸出電
流信號。也可串聯(lián)一只電阻到地，采電壓信號。
電路工作原理如下
如圖4所示磁芯繞組Ni和電阻Ri、 R2、 R3構(gòu)成RL方波振蕩電路 的對偶電路RL方波振蕩器。運算放大器UiA輸出端通過電阻R2接到其 同相端，同相端接電阻Ri到地；運算放大器UiA輸出端接磁芯繞組Ni 的A端，磁芯繞組Ni的B點接到運算放大器反相端，再通過R3接地。 運算放大器UiA的輸出端產(chǎn)生占空比50%的方波信號。UPS電源系統(tǒng)總匯 流排穿過磁芯內(nèi)孔，當(dāng)匯流排流過直流電流時，由電磁場理論可知，在 磁芯磁通路徑上將產(chǎn)生一定的直流磁通，從而導(dǎo)致運算放大器輸出端的 方波信號占空比產(chǎn)生變化，且占空比的變化率與直流電流的變化率成線性。無限增益濾波器將方波信號中的直流分量濾出，無限增益濾波器由 運算放大器UlB， U2A和電阻電容構(gòu)成。運算放大器UlA輸出的方波信號 通過電阻R4接入運算放大器U2A同相端，運算放大器UlB同相端接地， 反相端通過電阻R4與輸出端連接，同時，反相端和輸出端分別接電容 C5， C6到運算放大器U2A同相端。運放U2A跟隨輸出直流電壓信號。電阻 R6接到運放U2B的反相端，運算放大器U2B的反相端連接電容C7到其輸 出端，運放U2B的同相端接地，構(gòu)成積分器電路。直流電壓信號進(jìn)入積 分器電路，運放U2B的反相端接電阻R9到電位器活動端，構(gòu)成調(diào)零電路 以補償運放的失調(diào)。由于積分器電路的充放電過程，使得直流電壓信號 緩慢變化，并產(chǎn)生延遲。從而控制推挽晶體管Vl或V2的導(dǎo)通，使得輔 助電源通過晶體管發(fā)射極經(jīng)磁芯繞組N2輸出電流信號。并使得該電流 產(chǎn)生的磁鏈方向和被測電流產(chǎn)生的磁鏈方向相反，使得磁通路徑上的直 流磁鏈變化為零，從而達(dá)到磁通平衡的目的。
本實用新型在應(yīng)用于現(xiàn)場監(jiān)測時，在UPS直流電源系統(tǒng)中，兩根匯 流排支路同時穿過本實用新型傳感器孔徑，兩根匯流排支路中流過正反
向電流的差值電流。兩根匯流排支路間接負(fù)載，如圖2所示。UPS直流
電源系統(tǒng)的負(fù)載電流可達(dá)數(shù)千安培。理想狀態(tài)下匯流排對地不存在漏電 流，兩匯流排電流大小相等，方向相反。穿過傳感器的電流代數(shù)和為零， 傳感器輸出為零。但是，系統(tǒng)在實際運行時會存在一定的漏電流，穿過
傳感器的電流代數(shù)和不為零，且UPS直流電源系統(tǒng)的漏電流可達(dá)數(shù)安培。
相當(dāng)于數(shù)安培電流流過傳感器，傳感器輸出電流或電壓信號給后級處理 系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中有多條支路運用傳感器時，傳感器輸出信號通過多路選 擇器后，由后級處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
權(quán)利要求1、大孔徑直流漏電流檢測傳感器，包括雙繞組磁芯，兩被測匯流排支路同時通過磁芯的孔與負(fù)載連接，磁芯的第一繞組與自激振蕩器連接，自激振蕩器與無限增益濾波器連接，其特征在于無限增益濾波器與積分器連接，積分器輸出與推挽晶體管連接，推挽晶體管由第一、二晶體管構(gòu)成，第一晶體管的集電極接輔助電源的正端，第二晶體管的集電極接輔助電源的負(fù)端，第一、二晶體管的發(fā)射極同時通過磁芯的第二繞組接地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大孔徑直流漏電流檢測傳感器，其特征在于自激振蕩器包括電阻和第一運算放大器比A，磁芯的第一繞組兩端分別接于第一運算放大器的反相端和輸出端，第一運算放大器的輸出端通 過電阻接其同相端，其反相端和同相端分別經(jīng)電阻接地，無限增益濾波器由第二、三運算放大器UIB、仏A和電阻、電容構(gòu)成，第一運算放大器 U,A的輸出接第三運算放大器的同相端，第二運算,放大器IU的同相端接 地，反相端通過電阻與輸出端連接，同時其反相端和輸出端分別經(jīng)電容 接第三運算放大器的同相端，第三運算放大器的反相端接輸出端，輸出 端經(jīng)電阻接構(gòu)成積分器的第四運算放大器U2B的反相端，第四運算放大器 的同相端接地，第四運算放大器的輸出接第一、二晶體管的基極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大孔徑直流漏電流檢測傳感器，其特征在于第四運算放大器U2B的反相端通過電阻接電位器的活動端，通過電容 接第四運算放大器的輸出，電位器的固定端接輔助電源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大孔徑直流漏電流檢測傳感器，其特征 在于磁芯的孔為方孔，其孔的截面積為120X100腿2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大孔徑直流漏電流檢測傳感器，其特征 在于磁芯的第二繞組的箍數(shù)小于50。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大孔徑直流漏電流檢測傳感器，其特征 在于磁芯的第二繞組輸出電流信號給后級處理電路或者接一采樣電阻 接地，采電壓信號給后級系統(tǒng)處理電路。
專利摘要本實用新型大孔徑直流漏電流檢測傳感器，解決已有電流檢測傳感器不能檢測大電流，受溫度影響大，精度差，不適用檢測UPS直流電源匯流排漏電流的問題。包括雙繞組磁芯，兩根被測匯流排支路同時通過磁芯的孔與負(fù)載連接，磁芯的第一繞組與自激振蕩器連接，自激振蕩器與無限增益濾器連接，無限增益濾波器與積分器連接，積分器輸出與兩推挽晶體管連接，推挽晶體管由第一，二晶體管構(gòu)成，第一晶體管的集電極接輔助電源的正端，第二晶體管的集電極接輔助電源的負(fù)端，第一、二晶體管的發(fā)射極同時通過磁芯的第二繞組接負(fù)載到地。
文檔編號G01R19/00GK201397357SQ20092008004
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者榮 陳 申請人:綿陽市維博電子有限責(zé)任公司