一种电流检测装置

技术领域

本文件涉及电流检测技术领域，尤其涉及一种电流检测装置。

背景技术

自然界中的信号普遍具有频率越高，幅度越小的特点，所以越高频率处的信号需要更高灵敏度的测量装置。

目前常用的直流电流测量方法是电阻测流和霍尔电流传感器测流两种方法，纯交流信号可以采用CT或罗氏线圈的方式，这四种方案较为简单，但其弊端也较为明显：

电阻测流法优点较为简单，成本相对较低，缺点是电阻会消耗功率，大电流场合电阻功耗较大，电阻体积大，频带范围受运放增益带宽积和放大倍数影响，且输入输出不隔离，一般只能应用在低压非隔离场合；

霍尔电流传感器测流方法，优点是初次级隔离，电流幅值范围较宽(5-100A级别)，缺点是信号灵敏度不会很高(高于1mV)，带宽不会很高(小于400Khz)。在某些应用场合(电弧测量)需要测试高频率信号的微小电流特性，这时候电阻测流方案和霍尔电流传感器方案就无法实现；

CT方案应用变压器中的电流变电流原理，需要电阻进行电流-电压的转换，且运放需要进行放大处理，导致其带宽和灵敏度较低；

罗氏线圈也是空心线圈，但采用积分方式获取电流，导致其测量只针对某一个频率点，且只用于测试大电流，小信号无法测量。

目前市面上销售的电流探头可以探测到100MHz，灵敏度均大于1mV，但对于uV级别的信号无法测量。

发明内容

本说明书一个或多个实施例提供了一种电流检测装置，包括第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一放大器205、第二放大器206和第三放大器502，第一变压器包括第一初级绕组202、第一次级绕组203、第一磁芯201和磁电转换器204，第二变压器包括第二初级绕组302、第二次级绕组303和第二磁芯301，第三变压器包括第三初级绕组402、第三次级绕组403和第三磁芯401，第二磁芯301和第三磁芯401紧密堆叠设置，第二磁芯301上还绕制有第一输出绕组304，第三磁芯401上还绕制有第二输出绕组404；

磁电转换器204通过第一磁芯201中的一缝隙安装在第一磁芯201中，磁电转换器204的输出端与第一放大器205的输入端连接；第一初级绕组202、第二初级绕组302和第三初级绕组402依次串联连接在电流检测电路的第一输入端和第二输入端之间，第一次级绕组203串联连接在第一放大器205的输出端和第二放大器206的反相输入端，第二放大器206输出端输出低频电流信号至第三放大器502的非反相输入端，第三次级绕组403和第二次级绕组303依次串联连接在第三放大器502的输出端和电流检测电路的输出端，第一输出绕组304和第二输出绕组404串联连接，输出高频电流信号；

第二磁芯301和第三磁芯401的初级绕组、次级绕组和输出绕组相互间均为串联逆向绕制。

进一步地，所述第二初级绕组302与第三初级绕组402匝数相同。

进一步地，所述第二次级绕组303与第三次级绕组403匝数相同。

进一步地，所述第一输出绕组304与第二输出绕组404匝数相同。

进一步地，所述第一初级绕组202、第二初级绕组302和第三初级绕组402匝数为一匝。

进一步地，所述第一初级绕组202、第二初级绕组302和第三初级绕组402匝数为多匝。

进一步地，所述第二次级绕组303和第三次级绕组403的匝数根据所述低频输出信号与待检测电流的关系设置。

进一步地，所述高频电流信号连接调理电路，所述调理电路用于将所述高频电流信号的非线性幅值恢复线性。

进一步地，所述调理电路包括放大电路。

进一步地，所述调理电路包括放大电路和积分电路。

本发明的有益效果如下：

带宽较大，可以测量>1MHz的信号；对高频信号灵敏度高，高频电流信号自动乘以信号的角频率ω，放大了高频信号的幅值，提高了信号采样时的信噪比；可以直接测量直流耦合下的高频小信号，解决了大直流背景下耦合的高频电流无法测量的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，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。

图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种电流检测装置的结构示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种电流检测装置的电流电压变换器的原理示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例提供的一种电流检测装置的高频电流信号的调理电路结构示意图。

201：第一磁芯；202：第一初级绕组；203：第一初级绕组；204：磁电转换器；205：第一放大器；206：第二放大器；301：第二磁芯；302：第二初级绕组；303：第二次级绕组；304：第一输出绕组；401：第三磁芯；402：第三初级绕组；403：第三次级绕组；404：第二输出绕组；502：第三放大器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，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，都应当属于本文件的保护范围。

本发明提供了一种电流检测装置，图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种电流检测装置的结构示意图，如图1所示，结构1为霍尔电流传感器的基本原理电路，基于霍尔电流传感器的基本原理电路，本发明实施例的一种电流检测装置包括结构1和结构2：

具体包括第一变压器、第二变压器、第三变压器、第一放大器205、第二放大器206和第三放大器502，第一变压器包括第一初级绕组202、第一次级绕组203、第一磁芯201和磁电转换器204，第二变压器包括第二初级绕组302、第二次级绕组303和第二磁芯301，第三变压器包括第三初级绕组402、第三次级绕组403和第三磁芯401，第二磁芯301和第三磁芯401紧密堆叠设置，第二磁芯301上还绕制有第一输出绕组304，第三磁芯401上还绕制有第二输出绕组404；因此，结构2为两个电流电压变换器的堆叠，电流电压变换器的原理如图2所示，磁芯上缠绕有初级绕组和次级绕组，假设初级绕组的电流i(t)＝Asin(ωt)，则初级绕组的电流i(t)与次级绕组的电压u(t)的关系如公式1所示：

其中，M是初级线圈与次级线圈的互感；μ

由公式1可以看出u(t)的幅度值跟信号的角频率ω成比例增长的关系---频率随动，对高频信号采样带来了极大的便利。

图1中磁电转换器204通过第一磁芯201中的一缝隙安装在第一磁芯201中，磁电转换器204的输出端与第一放大器205的输入端连接；第一初级绕组202、第二初级绕组302和第三初级绕组402依次串联连接在电流检测电路的第一输入端和第二输入端之间，第一次级绕组203串联连接在第一放大器205的输出端和第二放大器206的反相输入端，第二放大器206输出端输出低频电流信号Vout1至第三放大器502的非反相输入端，第三次级绕组403和第二次级绕组303依次串联连接在第三放大器502的输出端和电流检测电路的输出端，通过第三放大器502将结构1输出的电压信号转换为抵消第二磁芯301和第三磁芯401的电流，第一输出绕组304和第二输出绕组404串联连接，输出高频电流信号Vout2；

第二磁芯301和第三磁芯401的初级绕组、次级绕组和输出绕组相互间均为串联逆向绕制，因此，结构2将结构1采集的电流信号中的低频成分，特别是直流成分再反向注入到了第二磁芯301和第三磁芯401中，抵消了直流产生的磁通偏置，以保证高频信号磁通在0高斯附近，从而能够提高高频信号采集的准确度，同时被第二磁芯301和第二磁芯401接收到的电磁干扰信号在第一输出绕组304和第二输出绕组404串联叠加时抵消，增强了信号的信噪比(SNR)，提高了信号的质量。

另外，本实施例中，第二初级绕组302与第三初级绕组402匝数相同；第二次级绕组303与第三次级绕组403匝数相同；第一输出绕组304与第二输出绕组404匝数相同；第一初级绕组202、第二初级绕组302和第三初级绕组402匝数可以为一匝或多匝；第二次级绕组303和第三次级绕组403的匝数根据所述低频输出信号Vout1与待检测电流i(t)的关系进行设置。假设结构1检测电流为i(t)＝1A，第二放大器206运放输出电压为(Vref+k)V，则图1的R3、R4与R2的关系如公式2所示：

其中N为303和403绕组的匝数。

第一输出绕组304和第二输出绕组404串联连接，输出的高频电流信号Vout2因为被固定乘以了信号的角频率ω，所以信号幅值不是线性的。若要恢复线性，可以通过信号调理电路进行调理，将所述高频电流信号的非线性幅值恢复线性，调理电路如图3所示，包括将高频电流信号Vout2输入放大电路或将高频电流信号Vout2依次放大电路和积分电路进行调理，输出高频电流信号Vout3。

本发明的有益效果如下：

带宽较大，可以测量>1MHz的信号；对高频信号灵敏度高，高频电流信号自动乘以信号的角频率ω，放大了高频信号的幅值，提高了信号采样时的信噪比；可以直接测量直流耦合下的高频小信号，解决了大直流背景下耦合的高频电流无法测量的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。