一种应用于双级电流互感器的取样电路

技术领域

本发明属于电流互感器技术领域，尤其是涉及一种应用于双级电流互感器的取样电路。

背景技术

双级电流互感器采用了双级结构，具有主绕组和辅助绕组，其准确级可以提高1个数量级，也就是能从现有的0.2级钳形电流互感器(即开口型电流互感器)提高至0.02级，0.05级的单级环形(即非开口型)电流互感器可以提高至0.005级环形双级电流互感器。为高精确度交流电流测量应用提供技术支撑。如专利号为“CN202010618596.7”，名称为“一种制备高准确级双级钳形电流互感器的方法”中国发明专利对这种电流互感器做出了详细的描述，电流互感器输出的电流需要取样电路对其进行取样转换为电压以便后级测量电路使用；取样方式包括电阻取样以及通过运算放大器取样，但是现有技术中的取样电路仅仅能够对单级电流互感器进行取样，如果采用常规取样电路，双级电流互感器的准确级会下降至单级电流互感器的准确级，例如开口型0.02级的双级钳形电流互感器准确级下降至0.2级，0.005级的环形双级电流互感器准确级降低为0.05级；无法将常规的采样电路运用到双级电流互感器中，其电压信号的准确级也难以保证。

发明内容

发明目的：本发明的目的旨在提供一种应用于双级电流互感器的取样电路，采用电阻或运算放大器的取样方式，在为后级测量电路提供取样信号的同时，保证了双级电流互感器的准确级不会降级。

技术方案：本发明所述的应用于双级电流互感器的取样电路，所述双级电流互感器包括叠放绕制双级电流互感器和独立绕制双级电流互感器；叠放绕制双级电流互感器包括主磁芯BCX以及主磁芯BCX上绕制的N

其中，所述取样电路为单运放反向取样电路，包括第一电阻R1、第一运算放大器A1、第一二极管D1以及第二二极管D2；其中第一运算放大器A1引脚4和引脚5并接第一二极管D1以及第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2连接方向相反，第一运算放大器A1引脚4连接N

其中，所述取样为电路双电阻取样电路，包括第二电阻R2以及第三电阻R3，第二电阻R2两端与分别连接N

其中，所述取样电路为三运放反向取样电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6；第二运算放大器A2引脚4和引脚5并接第五二极管D5以及第六二极管D6，第五二极管D5和第六二极管D6连接方向相反，第二运算放大器A2引脚4连接N

其中，所述取样电路为双电阻差分取样电路，包括第十一电阻R11、第十二电阻R12以及运算放大器A7；其中第十一电阻R11两端与分别连接N

其中，所述取样电路为三电阻差分取样电路，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15以及第八运算放大器A8；其中第十三电阻R13一端连接输出端子k1，另一端分别连接第十四电阻R14以及接地，第十四电阻R14另一端输出端子k2，第十五电阻R15两端与分别连接N

与现有技术相比，本发明具有以下显著的进步：本发明设计了取样电路，能够解决常规取样电路应用于双级电流互感器时双级电流互感器准确级下降的缺陷；传统的双级电流互感器主要应用于电流互感器准确级的量值传递，本发明中的取样电路配合0.02级的双级钳形电流互感器或0.005级的环形双级电流互感器为电流信号高精度测量提供技术支撑，拓展了双级电流互感器的应用场景。

附图说明

图1为叠放绕制双级电流互感器的原理示意图；

图2为独立绕制双级电流互感器的原理示意图；

图3为现有技术中取样电路对单级电流互感器的原理示意图；

图4为本发明中单运放反向取样电路原理示意图；

图5为本发明中双电阻取样电路原理示意图；

图6为本发明中三运放反向取样电路原理示意图；

图7为本发明中双电阻差分取样电路原理示意图；

图8为本发明中三电阻差分取样电路原理示意图。

具体实施方式

如图1～2所示，本发明中双级电流互感器包括叠放绕制双级电流互感器和独立绕制双级电流互感器；叠放绕制双级电流互感器包括主磁芯BCX以及主磁芯BCX上绕制的N

如附图4所示，本发明对双级电流互感器进行取样的电路为单运放反向取样电路，包括第一电阻R1、第一运算放大器A1、第一二极管D1以及第二二极管D2；其中第一运算放大器A1引脚4和引脚5并接第一二极管D1以及第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2连接方向相反，第一运算放大器A1引脚4连接N

如附图5所示，取样为电路双电阻取样电路，包括第二电阻R2以及第三电阻R3，第二电阻R2两端与分别连接N

如附图6所示，取样电路为三运放反向取样电路，包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6；第二运算放大器A2引脚4和引脚5并接第五二极管D5以及第六二极管D6，第五二极管D5和第六二极管D6连接方向相反，第二运算放大器A2引脚4连接N

如附图7所示，取样电路为双电阻差分取样电路，包括第十一电阻R11、第十二电阻R12以及运算放大器A7；其中第十一电阻R11两端与分别连接N

如附图8所示，取样电路为三电阻差分取样电路，为上述双电阻差分取样电路的优化，三电阻差分取样电路，包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15以及第八运算放大器A8；其中第十三电阻R13一端连接输出端子k1，另一端分别连接第十四电阻R14以及接地，第十四电阻R14另一端输出端子k2，第十五电阻R15两端与分别连接N

上述取样电路适用于图1中的叠放绕制双级电流互感器，也能适用于图2中的独立绕制双级电流互感器；输出端子的输出电流直接接入运放，当绕组输出电流大于运放的带载能力的情况下，会造成运放输出精度急剧下降，同时存在损坏运放的风险，因此需要在运算放大器的两个输入端加两个正反放置的二极管，当由于电流互感器绕组输出电流超过运放的带载能力下，多余的电流通过两个二极管形成回路，从而保护运放芯片使其不会损坏。

由于主绕组采用第二电阻R2、第十一电阻R11和第十三电阻R13直接取样，因此需要采用输入阻抗接近无穷大的差分输入第七运算放大器A7以及第八运算放大器A8。

为保证电流信号在取样电路转换下的准确级，取样电路中涉及到主绕组的取样电阻即本实施例中的第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十三电阻R13以及第十四电阻R14选取0.05级至0.01级，温度系数为10ppm/k至1ppm/k的低温漂高精度电阻；涉及到补偿绕组的取样电阻即：本实施例中的第三电阻R3、第十二电阻R12、第十五电阻R15可以选用1％精度以上的普通电阻。