用于消磁變壓器芯閉環(huán)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這主要涉及電流傳感器，并且具體地，涉及用于消磁閉環(huán)磁電流傳感器中的變壓器芯的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]閉環(huán)電流傳感器與環(huán)繞初級(jí)繞組或初級(jí)導(dǎo)體的高磁導(dǎo)率芯交互，其中，次級(jí)繞組或補(bǔ)償線圈由傳感器驅(qū)動(dòng)直到芯內(nèi)的磁通量為零。在該點(diǎn)的次級(jí)電流被測(cè)量并與初級(jí)電流大體成比例。閉環(huán)電流傳感器提供良好的準(zhǔn)確度和電隔離并且是用于感測(cè)在許多行業(yè)應(yīng)用中流動(dòng)電流的優(yōu)選解決方案。在工作時(shí)，閉環(huán)電流傳感器的芯相對(duì)于初級(jí)電流和次級(jí)電流像變壓器芯一樣工作。不過，所述芯可能隨著時(shí)間推移被磁化，導(dǎo)致電流感測(cè)性能的準(zhǔn)確度的偏移和下降。例如，所述芯暴露在外部磁體的強(qiáng)磁場(chǎng)或主機(jī)系統(tǒng)中的過電流條件可導(dǎo)致變壓器芯的不良磁化。而且，所述芯可在傳感器無功率時(shí)通過顯著的初級(jí)電流被磁化。變壓器芯的磁化導(dǎo)致磁疇偏移、導(dǎo)致應(yīng)用于次級(jí)繞組的反饋電流的偏移并限制磁電流傳感器的準(zhǔn)確度和動(dòng)態(tài)范圍。此外，跟蹤或預(yù)測(cè)不同芯的此類磁化量是困難的。
[0003]傳感器芯磁化已通過電疇中的校正或偏移消除技術(shù)部分解決。不過，這種方法不降低磁疇偏移。此外，電疇中的偏移校正是昂貴和耗時(shí)的，并且易熱漂移。
[0004]已嘗試頻率增加和/或幅值衰減的交流信號(hào)應(yīng)用于磁芯的開環(huán)去磁或消磁技術(shù)。不過，這些去磁技術(shù)未能可靠實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用規(guī)定的準(zhǔn)確度，諸如必須準(zhǔn)確感測(cè)兩個(gè)初級(jí)電流之間的微小差異的差分電流感測(cè)。例如，準(zhǔn)確去磁感測(cè)芯的能力受定時(shí)誤差、在去磁操作期間的外部磁化效應(yīng)以及當(dāng)完成消磁過程時(shí)在通量密度-磁場(chǎng)強(qiáng)度(B-H)曲線上結(jié)束位置的不確定性限制，并且這些技術(shù)通常只實(shí)現(xiàn)初始磁化的約±10%的最終準(zhǔn)確度。而且，為跟蹤系統(tǒng)磁化，記錄磁化的初始狀態(tài)是困難的。另一缺點(diǎn)是去磁的時(shí)間過長(zhǎng)，因?yàn)槿狈﹃P(guān)于初始磁化水平的知識(shí)通過在特定方向完全磁化所述芯并接著在另一方向執(zhí)行完全長(zhǎng)度消磁序列來解決。因此，雖然現(xiàn)有的去磁和偏移校正選項(xiàng)提供磁化變壓器芯的運(yùn)行的一些改進(jìn)，但是閉環(huán)磁電流傳感器的許多應(yīng)用規(guī)定使用這些技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確度。存在改進(jìn)用于閉環(huán)磁電流傳感器和其他消磁應(yīng)用的去磁或消磁方法和裝置的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在所述示例中，傳感器接口線路經(jīng)配置接收來自傳感器的信號(hào)并提供表示芯的磁化極性的輸出信號(hào)。線圈接口線路具有與補(bǔ)償線圈的對(duì)應(yīng)第一端和第二端耦合的第一輸出端和第二輸出端。所述線路經(jīng)配置將第一和第二輸出端單獨(dú)選擇性耦合至脈沖電壓供給節(jié)點(diǎn)或至共用節(jié)點(diǎn)?？刂凭€路經(jīng)配置自動(dòng)促使所述線路經(jīng)由線圈向所述芯選擇性應(yīng)用脈沖，并至少部分根據(jù)來自所述線路的輸出信號(hào)控制各個(gè)脈沖的極性和能量，以使用離散反饋算法以閉環(huán)方式至少部分對(duì)所述芯消磁。
【附圖說明】
[0006]圖1是一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的具有集成閉環(huán)自動(dòng)去磁裝置的示例閉環(huán)電流傳感器系統(tǒng)的不意圖。
[0007]圖2是用于自動(dòng)閉環(huán)去磁的第一示例方法的流程圖。
[0008]圖3是用于自動(dòng)閉環(huán)去磁的第二示例方法的流程圖。
[0009]圖4是用于自動(dòng)閉環(huán)去磁的第三示例方法的流程圖。
[0010]圖5是用于磁電流傳感器芯的示例磁滯曲線的曲線圖。
[0011]圖6是應(yīng)用于圖1的閉環(huán)電流傳感器系統(tǒng)的補(bǔ)償線圈的示例去磁電壓脈沖的曲線圖。
[0012]圖7是在運(yùn)行集成閉環(huán)自動(dòng)去磁裝置時(shí)從圖6的去磁電壓脈沖所得的示例傳感器芯磁化幅值的曲線圖。
[0013]圖8是與圖1的閉環(huán)電流傳感器系統(tǒng)中的磁通門傳感器交接的示例激勵(lì)和感測(cè)電路的不意圖。
[0014]圖9是圖1的閉環(huán)電流傳感器系統(tǒng)中的示例霍爾傳感器激勵(lì)和感測(cè)電路的示意圖。
[0015]圖10是具有集成閉環(huán)自動(dòng)去磁裝置的另一示例閉環(huán)電流傳感器系統(tǒng)的示意圖。
[0016]圖1lA和IlB是在應(yīng)用線圈脈沖之前使用連續(xù)信號(hào)的閉環(huán)控制自動(dòng)去磁的另一示例方法的流程圖。
[0017]圖12是從圖10的集成閉環(huán)自動(dòng)去磁裝置的去磁運(yùn)行所得的示例傳感器芯磁化幅值的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出可操作測(cè)量在與磁芯6磁交互的初級(jí)線圈或繞組4中流動(dòng)的初級(jí)電流Ipr1的示例閉環(huán)電流傳感器2。初級(jí)線圈4能夠以任何合適的方式與芯6磁交互，并且能夠是經(jīng)過芯6的單個(gè)導(dǎo)電體或能夠是環(huán)繞芯6的部分的具有一匝或更多匝的繞組或在線圈4中流動(dòng)的電流Ipr1影響芯6中的磁通量的其他合適磁交互配置。磁傳感器8可操作接近芯6設(shè)置，諸如在圖1的芯材料6中的缺口中。能夠使用任何合適的磁傳感器8，諸如磁通門傳感器或霍爾效應(yīng)傳感器，所述傳感器提供表示芯6的磁條件的一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)或值。此外，傳感器8優(yōu)選提供表示芯6的磁化極性的輸出，并且在一些實(shí)施方式中，提供磁化量值或幅值輸出，因此，傳感器8可提供能夠確定磁化極性和量值兩者的單個(gè)信號(hào)。
[0019]—個(gè)或更多個(gè)電氣連接10經(jīng)設(shè)置使傳感器8與包括傳感器接口線路12和22的自動(dòng)去磁裝置20交接。在這個(gè)示例中，激勵(lì)和感測(cè)線路12提供差分輸出信號(hào)12a，以及比較器22提供差分比較器輸出22a。另選地，能夠使用單端信號(hào)12a和22a。比較器輸出22a設(shè)置為至控制線路24的輸入，在此情況下，提供在用于以自動(dòng)閉環(huán)方式經(jīng)由補(bǔ)償或次級(jí)線圈16向芯6選擇性提供去磁脈沖的去磁模式中運(yùn)行線圈接口線路26和28的去磁邏輯和定時(shí)控制。控制線路24能夠是經(jīng)配置或以其他方式適于執(zhí)行本文所述的操作的任何合適邏輯、處理部件、電子存儲(chǔ)器模擬線路或它們的組合。如圖1所示，示例線圈接口線路26和28包括第一輸出端26a和第二輸出端28a，其經(jīng)由引線16a和16b與補(bǔ)償線圈16的第一和第二端親合。在一些實(shí)施例中，傳感器接口線路12和22、線圈接口線路26和28、控制線路24和傳感器8在單個(gè)集成電路21中構(gòu)成或以其他方式制造。在一個(gè)示例中，傳感器8是具有芯結(jié)構(gòu)的磁通門傳感器，所述芯結(jié)構(gòu)在具有合適激勵(lì)和感測(cè)線圈繞組的半導(dǎo)體基板上或半導(dǎo)體基板上中制成，所述激勵(lì)和感測(cè)線圈繞組形成為至少部分環(huán)繞所述芯結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，以及所述激勵(lì)和感測(cè)線路12包括經(jīng)由連接10向傳感器8的一個(gè)或更多個(gè)激勵(lì)線圈提供激勵(lì)交流波形的合適線路。此外，在此類實(shí)施例中的電路12包括感測(cè)線路，其具有任何合適整流或解調(diào)線路和輸出信號(hào)12a通過其指示或以其他方式表示接近傳感器8的外部磁場(chǎng)的合適積分電路或其他濾波電路。如下面所進(jìn)一步討論的，一些實(shí)施方式可采用替代單獨(dú)線圈接口線路26和28的用于閉環(huán)電流感測(cè)的驅(qū)動(dòng)電路14，其中，驅(qū)動(dòng)器線路14與去磁裝置20制造在一起并且傳感器8在單個(gè)集成電路產(chǎn)品中。
[0020]參考圖8和9，去磁裝置20可包括提供用于給定磁傳感器8的傳感器接口的任何合適激勵(lì)和感測(cè)線路12 ο在兩個(gè)非限制性示例中，接口電路12可提供與磁通門類磁傳感器8或與霍爾效應(yīng)傳感器8的操作耦合。圖8示出可操作與具有激勵(lì)繞組LE和感測(cè)繞組LS的磁通門傳感器8交接的示例激勵(lì)和感測(cè)電路12。在該實(shí)施例中，電路12包括控制電路100，其運(yùn)行包括PMOS晶體管Ql和Q2以及下部NMOS晶體管Q3和Q4的H橋激勵(lì)電路，所述H橋激勵(lì)電路通過提供具有等于電源電壓VSS的量值的脈沖選擇性激勵(lì)所述激勵(lì)繞組LE。此外，接口線路12包括連接至磁通門傳感器8的感測(cè)線圈的解調(diào)器電路102，以及接收解調(diào)器輸出并向比較器22提供差分輸出信號(hào)12a的積分電路104。圖9示出用于與霍爾傳感器8交接的另一實(shí)施例，其中，激勵(lì)和感測(cè)線路12提供正電壓VSS和接地至傳感器8的連接，以及差分放大器電路106，其接收來自霍爾傳感器8的另外兩個(gè)引線的差分信號(hào)并向比較器22提供差分電壓輸出12a。在這些示例的每個(gè)示例中，差分輸出信號(hào)12a由比較器22接收，比較器22提供指示芯6的磁化極性的比較器輸出。此外，在一些實(shí)施例中，傳感器接口線路12經(jīng)配置向控制線路24提供指示芯6的磁化量值的輸出信號(hào)12a(或如圖1所示的單獨(dú)信號(hào)12b)。磁化量值能夠通過表示在傳感器8測(cè)量的時(shí)間的芯6的磁化量的任何合適信號(hào)或值被指示給控制線路24。
[0021]再次參見圖1，去磁裝置20提供作為閉環(huán)電流感測(cè)系統(tǒng)2的一部分的用于芯6的自動(dòng)在線去磁或消磁。構(gòu)成經(jīng)由可耦合輸出端26a和28a耦合至次級(jí)線圈16的獨(dú)立系統(tǒng)或線路并包括用于一個(gè)或更多個(gè)磁傳感器引線10的連接的自動(dòng)去磁裝置20的其他實(shí)施例是可能的。電流感測(cè)系統(tǒng)2可通過向驅(qū)動(dòng)電路14提供差分輸出12a的激勵(lì)和感測(cè)線路12在電流感測(cè)模式中操作，其中，驅(qū)動(dòng)電路14根據(jù)磁傳感器8的反饋經(jīng)由線圈接口線路26和28以及次級(jí)或補(bǔ)償線圈引線16a和16b向次級(jí)或補(bǔ)償線圈16相應(yīng)提供脈寬調(diào)制交流次級(jí)電流Isec。在此類電流感測(cè)模式操作期間，驅(qū)動(dòng)電路14以將傳感器輸出降低到零的方式調(diào)節(jié)次級(jí)電流Isec，其中，次級(jí)電流ISEC的值與在初級(jí)線圈4中流動(dòng)的初級(jí)電流Ipri成比例。而且，系統(tǒng)2包括具有運(yùn)放18的差動(dòng)放大器電路，運(yùn)放18經(jīng)配置經(jīng)由電阻器R1-R3和反饋電阻器RF感測(cè)與補(bǔ)償線圈16串聯(lián)連接的感測(cè)電阻器RS兩端的電壓。差動(dòng)放大器電路提供具有與次級(jí)電流成比例的值的輸出電壓Vout，通過驅(qū)動(dòng)電路14的閉環(huán)運(yùn)行，所述次級(jí)電流與在初級(jí)電感器或繞組4中流動(dòng)的初級(jí)電流Im相應(yīng)成比例。其他具體實(shí)施是可能的，諸如差動(dòng)放大器電路被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器或其他合適的線路替換。
[0022]在該示例中，根據(jù)用于在閉環(huán)電流感測(cè)模式或去磁或消磁模式中選擇性運(yùn)行的模式控制信號(hào)或值24d(模式)，控制線路24提供運(yùn)行線圈接口電路的開關(guān)線路26和28的開關(guān)控制信號(hào)24a和24b。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制線路24經(jīng)配置，使得如果模式信號(hào)24d連續(xù)是一階(例如，高)，自動(dòng)去磁操作將在啟動(dòng)期間開始，隨著控制線路24進(jìn)入去磁模式，完成去磁，并隨后內(nèi)部切換控制至用于電流感測(cè)操作的閉環(huán)信號(hào)路徑直至后續(xù)的啟動(dòng)操作。在該示例中，開關(guān)26和28被設(shè)定至用于閉環(huán)電流感測(cè)操作的將驅(qū)動(dòng)電路14的輸出端連接至用于進(jìn)行如上所述操作的補(bǔ)償線圈引線16a和16b的上部位置。在該配置中，驅(qū)動(dòng)電路14調(diào)節(jié)補(bǔ)償或次級(jí)線圈電流Isec以取