电流传感器、电流探头及电流检测系统的制作方法

1.本发明涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种电流传感器、电流探头及电流检测系统。


背景技术：

2.电流传感器为一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
3.现有的零磁通电流传感器技术中，使用最多的是以霍尔元件为敏感元件零磁通霍尔电流传感器，该霍尔电流传感器的线圈组是由分布在霍尔电流传感器的磁芯上的线圈直接连接形成的，该线圈组的形成方式使霍尔电流传感器的带宽较小，检测效果差。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种电流传感器、电流探头及电流检测系统，以解决电流传感器的带宽较小的问题。
5.一种电流传感器，所述电流传感器包括电磁磁路和至少一个共模电感模块，每一所述共模电感模块设置在所述电磁磁路上。
6.进一步地，所述共模电感模块的数量为至少两个，至少两个所述共模电感模块串联设置在所述电磁磁路上。
7.进一步地，所述共模电感模块包括第一线圈、第二线圈和共模磁珠；所述第一线圈和所述第二线圈平行相对设置在所述电磁磁路上；所述第一线圈和所述第二线圈的同名端并联，形成第一引线和第二引线；所述第一引线和所述第二引线穿设在所述共模磁珠内。
8.进一步地，所述第一线圈的线圈匝数和所述第二线圈的线圈匝数相同。
9.进一步地，所述共模磁珠为环形磁珠。
10.进一步地，若所述共模电感模块的数量为1个，则所述共模电感模块的第一引线为所述电流传感器的第一连接端，所述共模电感模块的第二引线为所述电流传感器的第二连接端；
11.若所述共模电感模块的数量为n个时，则第1个所述共模电感模块的第一引线为所述电流传感器的第一连接端，第i个所述共模电感模块的第二引线与第i+1个所述共模电感模块的第一引线相连，第n个所述共模电感模块的第二引线为所述电流传感器的第二连接端，n≥2，1≤i≤n
‑
1。
12.进一步地，所述电磁磁路包括平行相对设置的第一磁芯和第二磁芯，至少一个所述共模电感模块设置在所述第一磁芯和所述第二磁芯上。
13.进一步地，所述电磁磁路还包括第三磁芯和第四磁芯；所述第三磁芯的第一端与所述第一磁芯的第一端相连，所述第三磁芯的第二端与所述第二磁芯的第一端相连；所述第四磁芯的第一端与所述第一磁芯的第二端相连，所述第四磁芯的第二端与所述第二磁芯
的第二端相连。
14.一种电流探头，包括前端信号处理电路和上述的电流传感器，所述电流传感器与所述前端信号处理电路相连。
15.一种电流检测系统，包括后端放大电路、示波器和上述的电流探头；所述电流探头中的前端信号处理电路与所述后端放大电路相连；所述后端放大电路与所述示波器相连。
16.上述电流传感器、电流探头及电流检测系统，电流传感器包括电磁磁路和至少一个共模电感模块，由于该共模电感模块具有较高的自谐振频率，因此，本实施例通过将每一具有较高的自谐振频率的共模电感模块设置在电磁磁路上，便能够提高电流传感器的带宽。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明一实施例中电流传感器的一结构示意图；
19.图2是本发明一实施例中电流传感器的另一结构示意图；
20.图3是本发明一实施例中电流传感器的另一结构示意图；
21.图4是本发明一实施例中电流探头的一结构示意图；
22.图5是本发明一实施例中电流检测系统的一结构示意图。
23.图中：10、电流传感器；11、电磁磁路；111、第一磁芯；112、第二磁芯；113、第三磁芯；114、第四磁芯；12、共模电感模块；121、第一线圈；122、第二线圈；123、共模磁珠；124、第一引线；125、第二引线；30、电流探头；31、前端信号处理电路；41、后端放大电路；42、示波器。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
26.应当明白，当元件或层被称为“在
…
上”、“与
…
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在
…
上”、“与
…
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部
分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
27.空间关系术语例如“在
…
下”、“在
…
下面”、“下面的”、“在
…
之下”、“在
…
之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在
…
下面”和“在
…
下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
28.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
29.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
30.本实施例提供一种电流传感器10，如图1所示，电流传感器10包括电磁磁路11和至少一个共模电感模块12，每一共模电感模块12设置在电磁磁路11上。
31.其中，电流传感器10为霍尔电流传感器10。优选地，该霍尔电流传感器10为零磁通霍尔电流传感器10，也即是闭环式霍尔传感器。电磁磁路11为电流传感器10中的磁通经过的闭合路径。共模电感模块12为与共模电感等效的模块。可选地，共模电感模块12包括与共模电感等效的线圈组件。可选地，该线圈组件包括但不限于线圈和磁珠。例如，通过将线圈和磁珠进行组合，形成可以等效为共模电感的线圈组件，从而抵消该线圈组件中线圈存在的分布电容，进而提高线圈组件的自谐振频率。
32.在一具体实施例中，如图1所示，电流传感器10包括电磁磁路11和至少一个共模电感模块12，将每一共模电感模块12设置在电磁磁路11上。由于该共模电感模块12中的分布电容可以被该共模电感模块12抵消，从而使共模电感模块12具有较高的自谐振频率，因此，将每一共模电感模块12设置在电磁磁路11上，便能够提高电流传感器10的带宽。
33.在本实施例中，电流传感器10包括电磁磁路11和至少一个共模电感模块12，由于该共模电感模块12中的分布电容可以被该共模电感模块12抵消，从而使共模电感模块12具有较高的自谐振频率，因此，本实施例通过将每一共模电感模块12设置在电磁磁路11上，便能够提高电流传感器10的带宽。
34.在一实施例中，如图2至图3所示，共模电感模块12的数量为至少两个，至少两个共模电感模块12串联设置在电磁磁路11上。
35.在一具体实施例中，如图2所示，若共模电感模块12的数量为至少两个，则将至少两个共模电感模块12串联设置在电磁磁路11上，其中，该至少两个共模电感模块12的串联
方式满足至少两个共模电感模块12的磁场方向均相同即可。
36.在本实施例中，若电流传感器10中的共模电感模块12的数量为至少两个，则可以通过将至少两个共模电感模块12串联设置在电磁磁路11上，并保证该串联方式能够使该至少两个共模电感模块12的磁场方向相同，便能够使包括至少两个共模电感模块12的电流传感器10同样具有较高的带宽。
37.在一实施例中，如图1所示，共模电感模块12包括第一线圈121、第二线圈122和共模磁珠123；第一线圈121和第二线圈122平行相对设置在电磁磁路11上；第一线圈121和第二线圈122的同名端并联，形成第一引线124和第二引线125；第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内。
38.其中，共模磁珠123为共模电感模块12中的磁珠。可选地，共模磁珠123可以是环形磁珠，便于第一引线124和第二引线125穿设在该共模磁珠123内。
39.在一具体实施例中，如图1所示，共模电感模块12包括与共模电感等效的线圈组件。可选地，该线圈组件包括第一线圈121、第二线圈122和共模磁珠123。本实施例通过将第一线圈121、第二线圈122和共模磁珠123等效成共模电感，从而抵消第一线圈121和第二线圈122的分布电容，进而提高第一线圈121和第二线圈122的自谐振频率，能够达到提高电流传感器10带宽的目的。
40.在一具体实施例中，第一线圈121和第二线圈122平行相对设置在电磁磁路11上，将第一线圈121和第二线圈122的同名端并联，形成第一引线124和第二引线125。作为一示例，将第一线圈121的正极与第二线圈122的正极相连，将第一线圈121的负极与第二线圈122的负极相连，即将第一线圈121和第二线圈122的同名端并联。作为另一示例，在第一线圈121的正极与第二线圈122正极的连接节点形成第一引线124，在第一线圈121的负极与第二线圈122的负极的连接节点形成第二引线125。
41.在一具体实施例中，将第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内，如此，第一引线124、第二引线125和共模磁珠123便能够等效成共模电感，该等效的共模电感能够抵消第一线圈121和第二线圈122的分布电容，从而提高第一线圈121和第二线圈122的自谐振频率，即提高共模电感模块12的自谐振频率，进而达到提到电流传感器10的带宽的目的。
42.作为一示例，将第一线圈121和第二线圈122平行相对设置在电磁磁路11上，并第一线圈121和第二线圈122的同名端并联，形成第一引线124和第二引线125；第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内，相比于直接将第一线圈121和第二线圈122设置在电磁磁路11上，能够达到提高电流传感器10带宽的目的。例如，将两个直径5毫米的100匝的线圈直接串联或者并联在电磁磁路11上，两个线圈的自谐振频率均低于50mhz。若将两个直径5毫米的100匝的线圈平行相对设置在电磁磁路11上，并将该两个线圈的同名端并联，形成第一引线124和第二引线125，第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内，该第一引线124、第二引线125穿和共模磁珠123等效为共模电感，将上述两个线圈的分布电容抵消，从而将上述两个线圈的自谐振频率均提高至100mhz以上,从而将电流传感器10带宽也提高到100mhz以上。
43.在本实施例中，共模电感模块12包括第一线圈121、第二线圈122和共模磁珠123，通过将第一线圈121和第二线圈122平行相对设置在电磁磁路11上，并将第一线圈121和第二线圈122的同名端并联，形成第一引线124和第二引线125，同时将第一引线124和第二引
线125穿设在共模磁珠123内。如此，第一引线124、第二引线125和共模磁珠123便能够等效为共模电感，该等效的共模电感能够抵消第一线圈121和第二线圈122的分布电容，从而提高第一线圈121和第二线圈122的自谐振频率，即提高共模电感模块12的自谐振频率，进而达到提到电流传感器10的带宽的目的。
44.可选地，至少两个共模电感模块12中的任意一个共模电感模块12中的线圈的线圈匝数，与至少两个共模电感模块12中的其它共模电感模块12中的线圈的线圈匝数可以相同，也可以不相同，在此不做限制。
45.可选地，每一共模电感模块12中的线圈之间的线圈匝数相同。
46.在一实施例中，共模电感模块12包括第一线圈121和第二线圈122，第一线圈121的线圈匝数和第二线圈122的线圈匝数相同。
47.在一实施例中，如图1所示，若共模电感模块12的数量为1个，则共模电感模块12的第一引线124为电流传感器10的第一连接端，共模电感模块12的第二引线125为电流传感器10的第二连接端；若共模电感模块12的数量为n个时，则第1个共模电感模块12的第一引线124为电流传感器10的第一连接端，第i个共模电感模块12的第二引线125与第i+1个共模电感模块12的第一引线124相连，第n个共模电感模块12的第二引线125为电流传感器10的第二连接端，n≥2，1≤i≤n
‑
1。
48.在一具体实施例中，如图2所示，共模电感模块12的数量为1个，该共模电感模块12包括第一连接端和第二连接端，电流传感器10还包括输出插座j1。共模电感模块12的第一连接端连接至输出插座j1的第一输出端，共模电感模块12的第二连接端连接至输出插座j1的第二输出端。本示例中，可以将共模电感模块12的第一连接端作为第一引线124，将电流传感器10的第二连接端作为第一引线124，并将该第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内，如此，第一引线124、第二引线125和共模磁珠123便能够等效成共模电感，该等效的共模电感能够抵消共模电感模块12中线圈的分布电容，从而提高共模电感模块12的自谐振频率，进而达到提到电流传感器10的带宽的目的。
49.在另一具体实施例中，如图3所示，若共模电感模块12中的数量n为2时，即共模电感模块12的数量为2个时，则第1个共模电感模块12的第一引线124(正极)为电流传感器10的第一连接端，第1个共模电感模块12的第二引线125(负极)与第2个共模电感模块12的第一引线124(负极)相连，第2个共模电感模块12的第二引线125(正极)为电流传感器10的第二连接端，同时将第1个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第1个共模电感模块12的共模磁珠123内，以形成等效的共模电感，提高第1个共模电感模块12的自谐振频率；将第2个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第2个共模电感模块12的共模磁珠123内，以形成等效的共模电感，提高第2个共模电感模块12的自谐振频率，从而提高电流传感器10的带宽。
50.在另一具体实施例中，若共模电感模块12中的数量n为3时，即共模电感模块12的数量为3个时，则第1个共模电感模块12的第一引线124(正极)为电流传感器10的第一连接端，第1个共模电感模块12的第二引线125(负极)与第2个共模电感模块12的第一引线124(负极)相连，第2个共模电感模块12的第二引线125(正极)与第3个共模电感模块12的第一引线124(正极)相连，第3个共模电感模块12的第二引线125(负极)为电流传感器10的第二连接端，同时将第1个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第1个共模电感
模块12的共模磁珠123内，以形成等效的共模电感，提高第1个共模电感模块12的自谐振频率；将第2个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第2个共模电感模块12的共模磁珠123内，以形成等效的共模电感，提高第2个共模电感模块12的自谐振频率；将第3个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第3个共模电感模块12的共模磁珠123内，以形成等效的共模电感，提高第3个共模电感模块12的自谐振频率，从而提高电流传感器10的带宽。
51.需要说明的是，若共模电感模块12的数量为n个时，只需将n个共享电感模块中的至少一个共模电感模块12上的第一引线124和第二引线125穿设在共模磁珠123内，便能够达到提高电流传感器10的带宽目的。作为优选地，将n个共享电感模块中的每一个共模电感模块12上的第一引线124和第二引线125均穿设在一共模磁珠123内，能够进一步提高电流传感器10的带宽。作为一示例，只需将第1个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125穿设在第1个共模电感模块12的共模磁珠123内，第2个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125和第3个共模电感模块12的第一引线124和第二引线125均未穿设在一共模磁珠123内，同样能够达到提高电流传感器10的带宽目的。
52.在本实施例中，若共模电感模块12的数量为1个，则共模电感模块12的第一引线124为电流传感器10的第一连接端，共模电感模块12的第二引线125为电流传感器10的第二连接端；若共模电感模块12的数量为n个时，则第1个共模电感模块12的第一引线124为电流传感器10的第一连接端，第i个共模电感模块12的第二引线125与第i+1个共模电感模块12的第一引线124相连，第n个共模电感模块12的第二引线125为电流传感器10的第二连接端，n≥2，1≤i≤n
‑
1，如此，便能够使电流传感器10在具有不同数量的共模电感模块12时，均保持较高的带宽，提高电流传感器10的电流检测效果。
53.在一实施例中，如图1所示，电磁磁路11包括平行相对设置的第一磁芯111和第二磁芯112，至少一个共模电感模块12设置在第一磁芯111和第二磁芯112上。
54.在一具体实施例中，电磁磁路11包括平行相对设置的第一磁芯111和第二磁芯112。可选地，第一磁芯111和第二磁芯112为铁氧体磁芯。
55.在一具体实施例中，至少一个共模电感模块12设置在第一磁芯111和第二磁芯112上。作为一示例，至少一个共模电感模块12包括第一线圈121、第二线圈122，第一线圈121设置在第一磁芯111上，第二线圈122设置在第二磁芯112上，第一线圈121和第二线圈122平行相对设置。
56.在本实施例中，电磁磁路11包括平行相对设置的第一磁芯111和第二磁芯112，通过将至少一个上述实施例中的共模电感模块12设置在第一磁芯111和第二磁芯112上，便能够使电流传感器10具有较高的带宽，从而提高电流传感器10的电流检测效果。
57.在一实施例中，如图2所示，电磁磁路11还包括第三磁芯113和第四磁芯114；第三磁芯113的第一端与第一磁芯111的第一端相连，第三磁芯113的第二端与第二磁芯112的第一端相连；第四磁芯114的第一端与第一磁芯111的第二端相连，第四磁芯114的第二端与第二磁芯112的第二端相连。
58.其中，电磁磁路11还包括第三磁芯113和第四磁芯114。可选地，第三磁芯113和第四磁芯114为铁氧体磁芯。
59.在一具体实施例中，第三磁芯113的第一端与第一磁芯111的第一端相连，第三磁
芯113的第二端与第二磁芯112的第一端相连；第四磁芯114的第一端与第一磁芯111的第二端相连，第四磁芯114的第二端与第二磁芯112的第二端相连，从而形成上述实施例中的电磁磁路11。
60.可选地，电磁磁路11中还包括霍尔磁场传感器h1，用于检测电磁磁路11磁场。作为一示例，该霍尔磁场传感器h1设置在第四磁芯114的第二端与第二磁芯112的第二端之间，霍尔磁场传感器h1的输出端与输出插座j1相连。
61.在本实施例中，电磁磁路11还包括第三磁芯113和第四磁芯114；第三磁芯113的第一端与第一磁芯111的第一端相连，第三磁芯113的第二端与第二磁芯112的第一端相连；第四磁芯114的第一端与第一磁芯111的第二端相连，第四磁芯114的第二端与第二磁芯112的第二端相连，以形成上述实施例中的电磁磁路11。
62.本实施例提供一种电流探头30，如图4所示，包括前端信号处理电路31和上述实施例中的电流传感器10，电流传感器10与前端信号处理电路31相连。
63.在本实施例中，电流探头30包括前端信号处理电路31和上述实施例中的电流传感器10，电流传感器10与前端信号处理电路31相连。由于该电流传感器10具有较高的带宽，因此，能够提高该电流探头30的电流检测效果。
64.本实施例提供一种电流检测系统，如图5所示，包括后端放大电路41、示波器42和上述实施例中的电流探头30；电流探头30中的前端信号处理电路31与后端放大电路41相连；后端放大电路41与示波器42相连。
65.在本实施例中，后端放大电路41、示波器42和上述实施例中的电流探头30；电流探头30中的前端信号处理电路31与后端放大电路41相连；后端放大电路41与示波器42相连，由于该电流探头30中的电流传感器10具有较高的带宽，因此，能够提高该电流检测系统的电流检测效果。
66.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。