一种电流检测装置及方法与流程

本发明涉及电流检测技术领域，特别涉及一种电流检测装置及方法。

背景技术：

在电流检测技术领域，一般采用霍尔采样或者磁隔离采样来实现电流的隔离采样；其中，霍尔采样的精度高，但是在实现漏电流检测这种对电流精度要求不高的场合，更为明显的是霍尔采样的成本高。

磁隔离采样的成本低于霍尔采样，其利用饱和磁环的不同磁场强度H对应不同的磁感应强度B，如果将磁环上绕的线圈作为振荡回路的电感，则穿过磁环的被测电流会与相应的磁感应强度B对应，最终表现为磁环正负激励曲线不一样，再经过低通滤波器后，即可得到与电流对应的直流电压，从而实现了电流的检测；这类电流检测的精度一般不高，适用于漏电流检测这种对电流精度要求不高的场合。

但是现有的采用磁隔离采样来实现电流检测的方案中，被测电流特别大的时候，磁环已经深度饱和，此时检测电路输出的直流电压反而下降了，甚至检测不出电流，将会严重影响系统的安全性。

技术实现要素：

本发明提供一种电流检测装置及方法，以解决现有技术中磁环深度饱和时检测结果随被测电流反向变化而导致的安全性低的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种电流检测装置，包括：饱和电感、振荡电路及处理电路；其中：

所述饱和电感包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；所述第一磁环用于感应被测线圈中被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；

所述振荡电路的输入端和输出端分别与所述第一检测线圈的两端相连；所述振荡电路用于产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号；

所述处理电路的输入端与所述振荡电路的输出端相连；所述处理电路用于根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。

可选的，所述饱和电感还包括：第二磁环及缠绕于所述第二磁环上的第二检测线圈；

所述第二磁环与所述第一磁环相同；

所述第二检测线圈与所述第一检测线圈串联，所述第二检测线圈的另一端及所述第一检测线圈的另一端分别与所述振荡电路的输入端和输出端相连；

缠绕于所述第一磁环的被测线圈和缠绕于所述第二磁环的被测线圈反向串联，则所述第二检测线圈与所述第一检测线圈同向串联；或者，缠绕于所述第一磁环的被测线圈和缠绕于所述第二磁环的被测线圈同向串联，则所述第二检测线圈与所述第一检测线圈反向串联；

所述第二磁环及所述第二检测线圈用于消除外界寄生参数对检测所述被测电流的影响。

可选的，还包括：自检电路及缠绕于所述第一磁环上的第一自检线圈；

所述自检电路用于根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈，作为所述被测电流被所述第一磁环感应。

可选的，还包括：自检电路、缠绕于所述第一磁环上的第一自检线圈及缠绕于所述第二磁环上的第二自检线圈；

所述自检电路用于根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈和所述第二自检线圈，作为所述被测电流被所述第一磁环和所述第二磁环感应。

可选的，所述自检电路包括恒流源及可控开关；

所述恒流源的一端与所述可控开关的第一端相连；

所述恒流源的另一端为所述自检电路的一端；

所述可控开关的第二端为所述自检电路的另一端；

所述可控开关的控制端接收所述自检控制信号。

可选的，所述处理电路还用于输出所述自检控制信号。

一种电流检测方法，应用于电流检测装置，所述电流检测装置包括：饱和电感、振荡电路及处理电路；其中，所述饱和电感包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；所述电流检测方法包括：

所述第一磁环感应被测线圈中被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；

所述振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号；

所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。

可选的，所述饱和电感还包括：第二磁环及缠绕于所述第二磁环上的第二检测线圈；所述电流检测方法，在所述振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号之前，还包括：

所述第二磁环及所述第二检测线圈消除外界寄生参数对检测所述被测电流的影响。

可选的，所述电流检测装置还包括：自检电路及缠绕于所述第一磁环上的第一自检线圈；所述电流检测方法在所述第一磁环感应被测线圈中被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化之前还包括：

所述自检电路根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈，作为所述被测电流。

可选的，所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小包括：

根据所述已调信号的频率解调得到两个被测电流值；

将所述两个被测电流值中绝对值较小的一个被测电流值，作为解调得到的所述被测电流的大小。

本发明提供的所述电流检测装置，通过第一磁环感应被测线圈中被测电流的大小，使第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；通过振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化(也即所述被测电流的变化)而变化的已调信号；再由处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。当所述被测电流越大时，所述已调信号的频率越高，即便所述第一磁环已经完全饱和，所述处理电路根据所述已调信号计算得到的所述被测电流的大小，也不会出现现有技术中磁环深度饱和时检测结果随被测电流反向变化的情况，使得电流检测结果可靠，提高了电流检测的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电流检测装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的电流检测装置的电路示意图；

图3是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图4是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图5是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图6是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图7是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图8是本发明另一实施例提供的电流检测装置的另一电路示意图；

图9是本发明另一实施例提供的电流检测方法的流程图；

图10是本发明另一实施例提供的电流检测方法的另一流程图；

图11是本发明另一实施例提供的电流检测方法的另一流程图；

图12是本发明另一实施例提供的磁滞回线的波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种电流检测装置，以解决现有技术中磁环深度饱和时检测结果随被测电流反向变化而导致的安全性低的问题。

具体的，所述电流检测装置，如图1所示，包括：饱和电感101、振荡电路102及处理电路103；其中：

饱和电感101包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；

振荡电路102的输入端和输出端分别与所述第一检测线圈的两端相连；

处理电路103的输入端与振荡电路102的输出端相连。

具体的工作原理为：

所述第一磁环感应被测线圈中被测电流Ix的大小，使所述第一检测线圈上的电流随被测电流Ix的变化而变化；振荡电路102产生频率随所述第一检测线圈上的被测电流变化(也即被测电流Ix的变化)而变化的已调信号(被调制后的载波信号，比如矩形波)；处理电路103根据所述已调信号的频率解调得到被测电流Ix的大小。

本实施例提供的所述电流检测装置，通过上述原理最终计算得到被测电流Ix的大小。当被测电流Ix越大时，所述已调信号的频率越高，即便所述第一磁环已经完全饱和，处理电路103根据所述已调信号计算得到的被测电流Ix的大小，也不会出现现有技术中磁环深度饱和时检测结果随被测电流反向变化的情况，使得电流检测结果可靠，提高了电流检测的安全性。

另外，在现有技术中，其自激振荡回路的振荡频率往往不高，通常在10kHz以下；且由于其检测回路中低通滤波器的存在，导致整个检测响应速度很慢。

而本实施例提供的所述电流检测装置，不仅电路结构简单，成本低；且振荡电路102产生的已调信号的频率通常很高，一般在100kHz以上，通过频率计算被测电流Ix使得所述电流检测装置的响应速度快；同时，所述已调信号在传输过程中不受线路衰减影响，其传输精度比现有技术中直接传输电压信号的精度高，失真小，更利于所述电流检测装置的应用。

本发明另一具体的实施例提供了另外一种电流检测装置，如图2所示，包括：饱和电感101、振荡电路102及处理电路103；其中：

饱和电感101包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；

振荡电路102的输入端和输出端分别与所述第一检测线圈的两端相连；

处理电路103的输入端与振荡电路102的输出端相连。

振荡电路102包括：电阻R和带有施密特触发器功能的反相器U；

电阻R的一端与反相器U的输入端相连，连接点为振荡电路102的输入端，其接收的电压信号波形参见图2中的三角波；

电阻R的另一端接地；

反相器U的输出端为振荡电路102的输出端，其输出的电压信号波形参见图2中的矩形波。

在具体的实际应用中，所述第一磁环可以选择容易饱和的磁环，载有被测电流Ix且缠绕于所述第一磁环的被测线圈，其匝数可以是单匝，也可以是多匝，图2以单匝为例进行展示；另外，振荡电路102并不仅限于图2所示的形式，此处仅为一种示例。

随着被测电流Ix的变化，所述第一磁环的饱和程度随之变化，进而所述第一检测线圈的电感量会改变，最后导致由所述第一检测线圈、电阻R和反相器U组成的自激振荡电路的振荡频率(也即所述已调信号的频率)改变，处理电路103通过解调可以得到被测电流Ix的大小。

在某些场合，将会需要检测回路的共模电流，比如：逆变器输出至电网或者负载侧的共模电流，此时可以将所述逆变器输出的两根导线或者多根导线一起缠绕于所述第一磁环，作为被测线圈，图3所示为单相逆变器输出共模电流I_L和I_N的检测电路，图4所示为三相逆变器输出共模电流I_A、I_B、I_C及I_N的检测电路；当然，被测线圈可以是单匝也可以是多匝，图3和图4中只以单匝为例进行展示。

在具体的应用中，处理电路103在接收到所述已调信号后，可以通过查表法或曲线拟合等方法解调得到对应的被测电流Ix，查表所用的表格或者曲线拟合所用的曲线可以预先设置。当然，处理电路103也可以采用其它方法解调得到被测电流Ix，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

另外，实际的电路中，被测电流Ix的回路总是有些寄生参数，会影响到振荡电路102的振荡频率，也即影响所述已调信号的频率，进而影响电流的检测结果；图5所示是在图2的基础上考虑到寄生参数的电路图，阻抗Z会影响振荡电路102的振荡频率，而且该影响会随环境变化，导致相同的被测电流Ix可能出现不一样的检测结果。

为了避免这种情况发生，提高测量精度，本实施例还提出了一种双磁环结构的电流检测装置，其绕线方法和原理图如图6所示，包括：饱和电感101、振荡电路102及处理电路103；其中：

饱和电感101包括第一磁环、缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈、第二磁环及缠绕于所述第二磁环上的第二检测线圈；

振荡电路102的输入端和输出端分别与所述第一检测线圈的两端相连；

处理电路103的输入端与振荡电路102的输出端相连。

振荡电路102包括：电阻R和带有施密特触发器功能的反相器U；

电阻R的一端与反相器U的输入端相连，连接点为振荡电路102的输入端；

电阻R的另一端接地；

反相器U的输出端为振荡电路102的输出端。

饱和电感101中，所述第二磁环与所述第一磁环相同；该相同指代功能及结构尺寸均相同；为了保持参数对称，双磁环选择同一种材料同样的尺寸，甚至同一批次，其一致性越好，受寄生参数影响越小。

所述第二检测线圈与所述第一检测线圈串联，所述第二检测线圈的另一端及所述第一检测线圈的另一端分别与振荡电路102的输入端和输出端相连。

为了不让寄生参数影响振荡电路102，双磁环上的两个线圈(所述第二检测线圈与所述第一检测线圈)的串联方式与两个被测线圈的串联方式不一样，比如：缠绕于所述第一磁环的被测线圈和缠绕于所述第二磁环的被测线圈反向串联，则所述第二检测线圈与所述第一检测线圈同向串联；或者，缠绕于所述第一磁环的被测线圈和缠绕于所述第二磁环的被测线圈同向串联，则所述第二检测线圈与所述第一检测线圈反向串联(如图6所示)；使得外界寄生参数在振荡电路102的等效参数为零，振荡电路102的振荡频率只与被测电流Ix的大小有关。

所述第二磁环及所述第二检测线圈用于消除外界寄生参数对检测所述被测电流的影响，提高电流检测的准确性和可靠性。

同理，当所述电流检测装置用于检测共模电流时，各个导线可以一起穿过相应的磁环，其工作原理与上述类似，此处不再一一赘述。

在所述电流检测装置的某些应用场合中，可能需要所述电流检测装置具备自检功能，比如：户用型并网逆变器安规规定，并网逆变器的漏电流检测装置需要有自检功能，检验漏电流检测的功能是否正常。加入自检功能的电流检测装置系统框图如图7所示，包括：饱和电感101、振荡电路102、处理电路103、自检电路104及第一自检线圈；其中：

饱和电感101包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；所述第一自检线圈缠绕于所述第一磁环上；

振荡电路102的输入端和输出端分别与所述第一检测线圈的两端相连；

处理电路103的输入端与振荡电路102的输出端相连。

振荡电路102包括：电阻R和带有施密特触发器功能的反相器U；

电阻R的一端与反相器U的输入端相连，连接点为振荡电路102的输入端；

电阻R的另一端接地；

反相器U的输出端为振荡电路102的输出端。

自检电路104用于根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈，作为所述被测电流被所述第一磁环感应。

漏电流的检测可以用图3或图4所示的共模电流检测电路实现，以图2为例，加入自检功能后如图7所示，自检电路104包括恒流源Is及可控开关K；

恒流源Is的一端与可控开关K的第一端相连；

恒流源Is的另一端为自检电路104的一端；

可控开关K的第二端为自检电路104的另一端；

可控开关K的控制端接收所述自检控制信号。

可选的，处理电路103还用于输出所述自检控制信号。

在需要自检的时候，可以通过处理电路103或者其他控制器控制可控开关K闭合，同时将被测电流的回路断开；恒流源Is输出的预设电流作为所述被测电流被所述第一磁环感应，此时处理电路103的输出结果可以用作自检或者校准参数。

可选的，在图7的基础之上，如图8所示，所述电流检测装置还包括：第二磁环及缠绕于所述第二磁环上的第二检测线圈和第二自检线圈；

第一自检线圈和第二自检线圈为电流源型，其等效阻抗无穷大，因此可以忽略自检线圈对频率的影响，因此自检线圈的绕向可以根据实际应用环境进行选定，此处不做具体限定。

此时，自检电路104用于根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈和所述第二自检线圈，作为所述被测电流被所述第一磁环和所述第二磁环感应。

本发明另一实施例还提供了一种电流检测方法，应用于电流检测装置，所述电流检测装置包括：饱和电感、振荡电路及处理电路；其中，饱和电感101包括第一磁环及缠绕于所述第一磁环上的第一检测线圈；所述电流检测方法如图9所示，包括：

S101、所述第一磁环感应被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；

S102、所述振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号；

S103、所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。

可选的，所述饱和电感还包括：第二磁环及缠绕于所述第二磁环上的第二检测线圈；所述电流检测方法，如图10所示，包括：

S201、所述第一磁环感应被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；

S202、所述第二磁环及所述第二检测线圈消除外界寄生参数对检测所述被测电流的影响；

S203、所述振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号；

S204、所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。

可选的，所述电流检测装置还包括：自检电路及缠绕于所述第一磁环上的第一自检线圈；所述电流检测方法，如图11所示，包括：

S301、所述自检电路根据自检控制信号输出预设电流至所述第一自检线圈，作为所述被测电流。

S302、所述第一磁环感应被测电流的大小，使所述第一检测线圈上的电流随所述被测电流的变化而变化；

S304、所述振荡电路产生频率随所述第一检测线圈上的电流变化而变化的已调信号；

S305、所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到所述被测电流的大小。

可选的，如图11虚线框内所示，在步骤S304之前还包括：

S303、所述第二磁环及所述第二检测线圈消除外界寄生参数对检测所述被测电流的影响。

具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

可选的，图9中的步骤S103、图10中的步骤S204及图11中的步骤S305包括：

所述处理电路根据所述已调信号的频率解调得到两个被测电流值；

所述处理电路将所述两个被测电流值中绝对值较小的一个被测电流值，作为解调得到的所述被测电流的大小。

参见图12，考虑到磁环的磁滞，为了提高被测电流Ix的准确性，可以取图12中所示磁滞回线中的实线部分来进行查表或者曲线拟合，最终实现根据所述已调信号的频率f解调得到被测电流Ix的检测结果。

当然，在具体的实际应用中，所述处理电路解调得到所述被测电流的大小的具体过程，并不一定仅限于此，此处仅为一种示例，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。