本發(fā)明涉及電流檢測技術領域，特別涉及一種電流檢測裝置及方法。

背景技術：

在電流檢測技術領域，一般采用霍爾采樣或者磁隔離采樣來實現電流的隔離采樣；其中，霍爾采樣的精度高，但是在實現漏電流檢測這種對電流精度要求不高的場合，更為明顯的是霍爾采樣的成本高。

磁隔離采樣的成本低于霍爾采樣，其利用飽和磁環(huán)的不同磁場強度H對應不同的磁感應強度B，如果將磁環(huán)上繞的線圈作為振蕩回路的電感，則穿過磁環(huán)的被測電流會與相應的磁感應強度B對應，最終表現為磁環(huán)正負激勵曲線不一樣，再經過低通濾波器后，即可得到與電流對應的直流電壓，從而實現了電流的檢測；這類電流檢測的精度一般不高，適用于漏電流檢測這種對電流精度要求不高的場合。

但是現有的采用磁隔離采樣來實現電流檢測的方案中，被測電流特別大的時候，磁環(huán)已經深度飽和，此時檢測電路輸出的直流電壓反而下降了，甚至檢測不出電流，將會嚴重影響系統(tǒng)的安全性。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種電流檢測裝置及方法，以解決現有技術中磁環(huán)深度飽和時檢測結果隨被測電流反向變化而導致的安全性低的問題。

為實現所述目的，本申請?zhí)峁┑募夹g方案如下：

一種電流檢測裝置，包括：飽和電感、振蕩電路及處理電路；其中：

所述飽和電感包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；所述第一磁環(huán)用于感應被測線圈中被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；

所述振蕩電路的輸入端和輸出端分別與所述第一檢測線圈的兩端相連；所述振蕩電路用于產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號；

所述處理電路的輸入端與所述振蕩電路的輸出端相連；所述處理電路用于根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。

可選的，所述飽和電感還包括：第二磁環(huán)及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二檢測線圈；

所述第二磁環(huán)與所述第一磁環(huán)相同；

所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈串聯(lián)，所述第二檢測線圈的另一端及所述第一檢測線圈的另一端分別與所述振蕩電路的輸入端和輸出端相連；

纏繞于所述第一磁環(huán)的被測線圈和纏繞于所述第二磁環(huán)的被測線圈反向串聯(lián)，則所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈同向串聯(lián)；或者，纏繞于所述第一磁環(huán)的被測線圈和纏繞于所述第二磁環(huán)的被測線圈同向串聯(lián)，則所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈反向串聯(lián)；

所述第二磁環(huán)及所述第二檢測線圈用于消除外界寄生參數對檢測所述被測電流的影響。

可選的，還包括：自檢電路及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一自檢線圈；

所述自檢電路用于根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈，作為所述被測電流被所述第一磁環(huán)感應。

可選的，還包括：自檢電路、纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一自檢線圈及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二自檢線圈；

所述自檢電路用于根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈和所述第二自檢線圈，作為所述被測電流被所述第一磁環(huán)和所述第二磁環(huán)感應。

可選的，所述自檢電路包括恒流源及可控開關；

所述恒流源的一端與所述可控開關的第一端相連；

所述恒流源的另一端為所述自檢電路的一端；

所述可控開關的第二端為所述自檢電路的另一端；

所述可控開關的控制端接收所述自檢控制信號。

可選的，所述處理電路還用于輸出所述自檢控制信號。

一種電流檢測方法，應用于電流檢測裝置，所述電流檢測裝置包括：飽和電感、振蕩電路及處理電路；其中，所述飽和電感包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；所述電流檢測方法包括：

所述第一磁環(huán)感應被測線圈中被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；

所述振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號；

所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。

可選的，所述飽和電感還包括：第二磁環(huán)及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二檢測線圈；所述電流檢測方法，在所述振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號之前，還包括：

所述第二磁環(huán)及所述第二檢測線圈消除外界寄生參數對檢測所述被測電流的影響。

可選的，所述電流檢測裝置還包括：自檢電路及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一自檢線圈；所述電流檢測方法在所述第一磁環(huán)感應被測線圈中被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化之前還包括：

所述自檢電路根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈，作為所述被測電流。

可選的，所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小包括：

根據所述已調信號的頻率解調得到兩個被測電流值；

將所述兩個被測電流值中絕對值較小的一個被測電流值，作為解調得到的所述被測電流的大小。

本發(fā)明提供的所述電流檢測裝置，通過第一磁環(huán)感應被測線圈中被測電流的大小，使第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；通過振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化(也即所述被測電流的變化)而變化的已調信號；再由處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。當所述被測電流越大時，所述已調信號的頻率越高，即便所述第一磁環(huán)已經完全飽和，所述處理電路根據所述已調信號計算得到的所述被測電流的大小，也不會出現現有技術中磁環(huán)深度飽和時檢測結果隨被測電流反向變化的情況，使得電流檢測結果可靠，提高了電流檢測的安全性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術內的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的電流檢測裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的電路示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖4是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖5是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖6是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖7是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖8是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測裝置的另一電路示意圖；

圖9是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測方法的流程圖；

圖10是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測方法的另一流程圖；

圖11是本發(fā)明另一實施例提供的電流檢測方法的另一流程圖；

圖12是本發(fā)明另一實施例提供的磁滯回線的波形示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本發(fā)明提供一種電流檢測裝置，以解決現有技術中磁環(huán)深度飽和時檢測結果隨被測電流反向變化而導致的安全性低的問題。

具體的，所述電流檢測裝置，如圖1所示，包括：飽和電感101、振蕩電路102及處理電路103；其中：

飽和電感101包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；

振蕩電路102的輸入端和輸出端分別與所述第一檢測線圈的兩端相連；

處理電路103的輸入端與振蕩電路102的輸出端相連。

具體的工作原理為：

所述第一磁環(huán)感應被測線圈中被測電流Ix的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨被測電流Ix的變化而變化；振蕩電路102產生頻率隨所述第一檢測線圈上的被測電流變化(也即被測電流Ix的變化)而變化的已調信號(被調制后的載波信號，比如矩形波)；處理電路103根據所述已調信號的頻率解調得到被測電流Ix的大小。

本實施例提供的所述電流檢測裝置，通過上述原理最終計算得到被測電流Ix的大小。當被測電流Ix越大時，所述已調信號的頻率越高，即便所述第一磁環(huán)已經完全飽和，處理電路103根據所述已調信號計算得到的被測電流Ix的大小，也不會出現現有技術中磁環(huán)深度飽和時檢測結果隨被測電流反向變化的情況，使得電流檢測結果可靠，提高了電流檢測的安全性。

另外，在現有技術中，其自激振蕩回路的振蕩頻率往往不高，通常在10kHz以下；且由于其檢測回路中低通濾波器的存在，導致整個檢測響應速度很慢。

而本實施例提供的所述電流檢測裝置，不僅電路結構簡單，成本低；且振蕩電路102產生的已調信號的頻率通常很高，一般在100kHz以上，通過頻率計算被測電流Ix使得所述電流檢測裝置的響應速度快；同時，所述已調信號在傳輸過程中不受線路衰減影響，其傳輸精度比現有技術中直接傳輸電壓信號的精度高，失真小，更利于所述電流檢測裝置的應用。

本發(fā)明另一具體的實施例提供了另外一種電流檢測裝置，如圖2所示，包括：飽和電感101、振蕩電路102及處理電路103；其中：

飽和電感101包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；

振蕩電路102的輸入端和輸出端分別與所述第一檢測線圈的兩端相連；

處理電路103的輸入端與振蕩電路102的輸出端相連。

振蕩電路102包括：電阻R和帶有施密特觸發(fā)器功能的反相器U；

電阻R的一端與反相器U的輸入端相連，連接點為振蕩電路102的輸入端，其接收的電壓信號波形參見圖2中的三角波；

電阻R的另一端接地；

反相器U的輸出端為振蕩電路102的輸出端，其輸出的電壓信號波形參見圖2中的矩形波。

在具體的實際應用中，所述第一磁環(huán)可以選擇容易飽和的磁環(huán)，載有被測電流Ix且纏繞于所述第一磁環(huán)的被測線圈，其匝數可以是單匝，也可以是多匝，圖2以單匝為例進行展示；另外，振蕩電路102并不僅限于圖2所示的形式，此處僅為一種示例。

隨著被測電流Ix的變化，所述第一磁環(huán)的飽和程度隨之變化，進而所述第一檢測線圈的電感量會改變，最后導致由所述第一檢測線圈、電阻R和反相器U組成的自激振蕩電路的振蕩頻率(也即所述已調信號的頻率)改變，處理電路103通過解調可以得到被測電流Ix的大小。

在某些場合，將會需要檢測回路的共模電流，比如：逆變器輸出至電網或者負載側的共模電流，此時可以將所述逆變器輸出的兩根導線或者多根導線一起纏繞于所述第一磁環(huán)，作為被測線圈，圖3所示為單相逆變器輸出共模電流I_L和I_N的檢測電路，圖4所示為三相逆變器輸出共模電流I_A、I_B、I_C及I_N的檢測電路；當然，被測線圈可以是單匝也可以是多匝，圖3和圖4中只以單匝為例進行展示。

在具體的應用中，處理電路103在接收到所述已調信號后，可以通過查表法或曲線擬合等方法解調得到對應的被測電流Ix，查表所用的表格或者曲線擬合所用的曲線可以預先設置。當然，處理電路103也可以采用其它方法解調得到被測電流Ix，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

另外，實際的電路中，被測電流Ix的回路總是有些寄生參數，會影響到振蕩電路102的振蕩頻率，也即影響所述已調信號的頻率，進而影響電流的檢測結果；圖5所示是在圖2的基礎上考慮到寄生參數的電路圖，阻抗Z會影響振蕩電路102的振蕩頻率，而且該影響會隨環(huán)境變化，導致相同的被測電流Ix可能出現不一樣的檢測結果。

為了避免這種情況發(fā)生，提高測量精度，本實施例還提出了一種雙磁環(huán)結構的電流檢測裝置，其繞線方法和原理圖如圖6所示，包括：飽和電感101、振蕩電路102及處理電路103；其中：

飽和電感101包括第一磁環(huán)、纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈、第二磁環(huán)及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二檢測線圈；

振蕩電路102的輸入端和輸出端分別與所述第一檢測線圈的兩端相連；

處理電路103的輸入端與振蕩電路102的輸出端相連。

振蕩電路102包括：電阻R和帶有施密特觸發(fā)器功能的反相器U；

電阻R的一端與反相器U的輸入端相連，連接點為振蕩電路102的輸入端；

電阻R的另一端接地；

反相器U的輸出端為振蕩電路102的輸出端。

飽和電感101中，所述第二磁環(huán)與所述第一磁環(huán)相同；該相同指代功能及結構尺寸均相同；為了保持參數對稱，雙磁環(huán)選擇同一種材料同樣的尺寸，甚至同一批次，其一致性越好，受寄生參數影響越小。

所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈串聯(lián)，所述第二檢測線圈的另一端及所述第一檢測線圈的另一端分別與振蕩電路102的輸入端和輸出端相連。

為了不讓寄生參數影響振蕩電路102，雙磁環(huán)上的兩個線圈(所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈)的串聯(lián)方式與兩個被測線圈的串聯(lián)方式不一樣，比如：纏繞于所述第一磁環(huán)的被測線圈和纏繞于所述第二磁環(huán)的被測線圈反向串聯(lián)，則所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈同向串聯(lián)；或者，纏繞于所述第一磁環(huán)的被測線圈和纏繞于所述第二磁環(huán)的被測線圈同向串聯(lián)，則所述第二檢測線圈與所述第一檢測線圈反向串聯(lián)(如圖6所示)；使得外界寄生參數在振蕩電路102的等效參數為零，振蕩電路102的振蕩頻率只與被測電流Ix的大小有關。

所述第二磁環(huán)及所述第二檢測線圈用于消除外界寄生參數對檢測所述被測電流的影響，提高電流檢測的準確性和可靠性。

同理，當所述電流檢測裝置用于檢測共模電流時，各個導線可以一起穿過相應的磁環(huán)，其工作原理與上述類似，此處不再一一贅述。

在所述電流檢測裝置的某些應用場合中，可能需要所述電流檢測裝置具備自檢功能，比如：戶用型并網逆變器安規(guī)規(guī)定，并網逆變器的漏電流檢測裝置需要有自檢功能，檢驗漏電流檢測的功能是否正常。加入自檢功能的電流檢測裝置系統(tǒng)框圖如圖7所示，包括：飽和電感101、振蕩電路102、處理電路103、自檢電路104及第一自檢線圈；其中：

飽和電感101包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；所述第一自檢線圈纏繞于所述第一磁環(huán)上；

振蕩電路102的輸入端和輸出端分別與所述第一檢測線圈的兩端相連；

處理電路103的輸入端與振蕩電路102的輸出端相連。

振蕩電路102包括：電阻R和帶有施密特觸發(fā)器功能的反相器U；

電阻R的一端與反相器U的輸入端相連，連接點為振蕩電路102的輸入端；

電阻R的另一端接地；

反相器U的輸出端為振蕩電路102的輸出端。

自檢電路104用于根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈，作為所述被測電流被所述第一磁環(huán)感應。

漏電流的檢測可以用圖3或圖4所示的共模電流檢測電路實現，以圖2為例，加入自檢功能后如圖7所示，自檢電路104包括恒流源Is及可控開關K；

恒流源Is的一端與可控開關K的第一端相連；

恒流源Is的另一端為自檢電路104的一端；

可控開關K的第二端為自檢電路104的另一端；

可控開關K的控制端接收所述自檢控制信號。

可選的，處理電路103還用于輸出所述自檢控制信號。

在需要自檢的時候，可以通過處理電路103或者其他控制器控制可控開關K閉合，同時將被測電流的回路斷開；恒流源Is輸出的預設電流作為所述被測電流被所述第一磁環(huán)感應，此時處理電路103的輸出結果可以用作自檢或者校準參數。

可選的，在圖7的基礎之上，如圖8所示，所述電流檢測裝置還包括：第二磁環(huán)及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二檢測線圈和第二自檢線圈；

第一自檢線圈和第二自檢線圈為電流源型，其等效阻抗無窮大，因此可以忽略自檢線圈對頻率的影響，因此自檢線圈的繞向可以根據實際應用環(huán)境進行選定，此處不做具體限定。

此時，自檢電路104用于根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈和所述第二自檢線圈，作為所述被測電流被所述第一磁環(huán)和所述第二磁環(huán)感應。

本發(fā)明另一實施例還提供了一種電流檢測方法，應用于電流檢測裝置，所述電流檢測裝置包括：飽和電感、振蕩電路及處理電路；其中，飽和電感101包括第一磁環(huán)及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一檢測線圈；所述電流檢測方法如圖9所示，包括：

S101、所述第一磁環(huán)感應被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；

S102、所述振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號；

S103、所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。

可選的，所述飽和電感還包括：第二磁環(huán)及纏繞于所述第二磁環(huán)上的第二檢測線圈；所述電流檢測方法，如圖10所示，包括：

S201、所述第一磁環(huán)感應被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；

S202、所述第二磁環(huán)及所述第二檢測線圈消除外界寄生參數對檢測所述被測電流的影響；

S203、所述振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號；

S204、所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。

可選的，所述電流檢測裝置還包括：自檢電路及纏繞于所述第一磁環(huán)上的第一自檢線圈；所述電流檢測方法，如圖11所示，包括：

S301、所述自檢電路根據自檢控制信號輸出預設電流至所述第一自檢線圈，作為所述被測電流。

S302、所述第一磁環(huán)感應被測電流的大小，使所述第一檢測線圈上的電流隨所述被測電流的變化而變化；

S304、所述振蕩電路產生頻率隨所述第一檢測線圈上的電流變化而變化的已調信號；

S305、所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到所述被測電流的大小。

可選的，如圖11虛線框內所示，在步驟S304之前還包括：

S303、所述第二磁環(huán)及所述第二檢測線圈消除外界寄生參數對檢測所述被測電流的影響。

具體的原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

可選的，圖9中的步驟S103、圖10中的步驟S204及圖11中的步驟S305包括：

所述處理電路根據所述已調信號的頻率解調得到兩個被測電流值；

所述處理電路將所述兩個被測電流值中絕對值較小的一個被測電流值，作為解調得到的所述被測電流的大小。

參見圖12，考慮到磁環(huán)的磁滯，為了提高被測電流Ix的準確性，可以取圖12中所示磁滯回線中的實線部分來進行查表或者曲線擬合，最終實現根據所述已調信號的頻率f解調得到被測電流Ix的檢測結果。

當然，在具體的實際應用中，所述處理電路解調得到所述被測電流的大小的具體過程，并不一定僅限于此，此處僅為一種示例，可以視其具體應用環(huán)境而定，均在本申請的保護范圍內。

本發(fā)明中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。