整合式电流感测变压器及使用该变压器的电流感测电路

摘要

本发明为一种整合式电流感测变压器及使用该变压器的电流感测电路，用以感测至少两个待测电流，该整合式电流感测变压器包含：绕组座、磁心组、第一初级绕组、第二初级绕组以及次级绕组，当第一待测电流与第二待测电流分别流入第一初级绕组与第二初级绕组时，该次级绕组会感测感测电流，其中该感测电流与该第一待测电流或该第二待测电流的电流值大小成比例值。本发明的整合式电流感测变压器及使用该变压器的电流感测电路将两个电流感测变压器整合成一个电流感测变压器，因此只用一个整合式电流感测变压器就可以测量两个待测电流，大大提高电流感测变压器的使用率，成本也相对降低，电子装置的体积变小、重量变轻。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流感测变压器，特别涉及一种可以分别感测两个回路电流的整合式电流感测变压器。

背景技术

在科技日新月异的今日，几乎所有的装备都无法脱离电而单独运行。在电力系统方面，为了确保各电力设备正常运行，必须随时检测电流状态，以便监控设备是否正常运行，以便在设备误动作时可采取适当的保护措施，相同的，在电子电路中一样具有电流传感器，该电流传感器可以确保电子电路正常运行，因此，如何确实地测量电流对相关技术而言非常重要。

现有技术的电流传感器可分下列两种，一种是电阻式，请参阅图1，其为电阻式电流传感器量测电路图，如图所示，其将测试电阻R与待测电流I的电路串联，读取该测试电阻R上的电压值V后，便可依欧姆定律计算出该测试电阻R上流过的电流(I＝V/R)，此电阻式电流传感器测量电路虽然简单，但是电流流经测试电阻R会产生热效应，将使得测试电阻R温度升高而电阻值改变，导致测量出的电流值会有很大的误差存在，同时也会造成不小的功率损耗。

另外一种测量方法是利用电流感测变压器(又称比流器)测量电流，请参阅图2，其为电流感测变压器测量电路图，其使用电流感测变压器，将待测电流的电路与电流感测变压器的初级线圈串联，由于次级线圈输出电流Iout与待测电流I成比例，且该比例与线圈匝数比(Ns/Np，其中Ns与Np分别为次级线圈与初级线圈的匝数)成反比，因此待测电流I可通过公式I＝Iout(Ns/Np)计算出。

然而，现有的电流感测变压器只能测量单一回路电流，若要测量两个回路电流时，就必须使用两个电流感测变压器，请参阅图3(a)，其为使用两个电流感测变压器测量两个待测电流的测量电路图，如图所示，分别将第一电流感测变压器CT1与第二电流感测变压器CT2的初级线圈，串联于第一待测电流回路Lp1与第二待测电流回路Lp2，当第一待测电流Ip1以及第二待测电流Ip2有电流值时，在第一电流感测变压器CT1以及第二电流感测变压器CT2的次级线圈会产生第一测量电流Is1以及第二测量电流Is2，如图3(b)所示，其中待测电流Ip1及Ip2可通过公式Ip1＝Is1(Ns1/Np1)、Ip2＝Is2(Ns2/Np2)计算出，其中Ns1与Np1分别为第一电流感测变压器CT1的次级线圈与初级线圈的匝数，Ns2与Np2分别为第二电流感测变压器CT2的次级线圈与初级线圈的匝数。如此使用两个电流感测变压器测量两个待测电流，不但成本提高而且电流感测变压器的使用率也降低，还使得电子装置的体积变大、重量变重。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺陷的电流感测变压器，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供整合式电流感测变压器及使用该变压器的电流感测电路，其可以利用单一电流感测变压器感测两个待测电流，由此使得电流感测变压器的使用率提高，相对地成本降低，且电子装置的体积变小、重量变轻。

为达上述目的，本发明的较广义实施方式为提供一种整合式电流感测变压器，用以感测至少两个待测电流，其包含：绕组座，具有容置空间；磁心组，部分地设置于该绕组座的该容置空间中，用以提供磁通的闭合路径；第一初级绕组与第二初级绕组，分别绕于该绕组座上，用以分别输入第一待测电流以及第二待测电流；以及次级绕组，绕于该绕组座上，用以感测该第一初级绕组与该第二初级绕组的电流，并输出感测电流，其中该感测电流与该第一待测电流或该第二待测电流的电流值大小成比例值。

根据本发明的构想，其中该磁心组由第一磁心部件与第二磁心部件组成。

根据本发明的构想，其中该磁心组为EI型磁心组或EE型磁心组。

根据本发明的构想，其中该绕组座由绝缘材料制成。

根据本发明的构想，其中该第一初级绕组、该第二初级绕组以及该次级绕组分别为绕线所构成。

根据本发明的构想，其中该绕组座还包含接脚座。

根据本发明的构想，其中该接脚座包括多个接脚，其分别与该第一初级绕组、该第二初级绕组以及该次级绕组连接。

根据本发明的构想，其中该第一初级绕组与该第二初级绕组分别为铜片所构成，且该第一初级绕组与该第二初级绕组分别具有接脚。

根据本发明的构想，其中该比例值为该第一初级绕组与该次级绕组的匝数比或该第二初级绕组与该次级绕组的匝数比。

根据本发明的构想，其中该第一初级绕组与该次级绕组以第一方向环绕于该绕组座上，该第二初级绕组以第二方向环绕于该绕组座上。

根据本发明的的构想，其中该第一方向与该第二方向相反。

为达上述目的，本发明的另一较广义实施方式为提供一种电流感测电路，用以感测至少两个待测电流，其包含：电流感测变压器，其具有第一初级绕组、第二初级绕组以及次级绕组，其中该第一初级绕组与第二初级绕组分别用以输入第一待测电流以及第二待测电流，并输出感测电流，其中该感测电流与该第一待测电流与该第二待测电流的电流值大小分别成第一比例值与第二比例值；以及整流电路，其具有输入端、第一输出端点、第二输出端点以及共接端点，而该输入端连接于该次级绕组，该整流电路将该次级绕组的该感测电流整流为第一测量电流以及第二测量电流，其中该第一测量电流与该第一待测电流的电流值大小成该第一比例值，而该第二测量电流与该第二待测电流的电流值大小成该第二比例值。

根据本发明的构想，其中该整流电路的该输入端包括第一输入端点以及第二输入端点。

根据本发明的构想，其中该整流电路由第一整流元件以及第二整流元件所组成，该第一整流元件一端连接于该共接端点，另一端连接于该第二输入端点与该第二输出端点，而该第二整流元件一端连接于该共接端点，另一端连接于该第一输入端点与该第一输出端点。

根据本发明的构想，其中该第一整流元件与该第二整流元件为二极管。

根据本发明的构想，其中该第一整流元件以及该第二整流元件连接于该共接端点的极性相同。

根据本发明的构想，其中该电流感测电路还包含第一阻抗元件以及第二阻抗元件，该第一阻抗元件连接于该第一输出端点与该共接端点，该第二阻抗元件连接于该第二输出端点与该共接端点。

根据本发明的构想，其中该第一阻抗元件以及该第二阻抗元件为电阻。

根据本发明的构想，其中该第一比例值为该第一初级绕组与该次级绕件的匝数比，该第二比例值为该第二初级绕组与该次级绕组的匝数比。

根据本发明的构想，其中该感测电流包含第一感测电流与第二感测电流，当该第一待测电流流入该第一初级绕组时，会在该次级绕组产生该第一感测电流，而当该第二待测电流流入第二初级绕组时，会在该次级绕组产生该第二感测电流，且该第一感测电流与该第二感测电流的电流方向相反。

根据本发明的构想，其中该第一感测电流的电流值大小等于该第一测量电流，而该第二感测电流的电流值大小等于该第二测量电流。

根据本发明的构想，其中当该第一待测电流具有电流值时，该第二待测电流的电流值为零。

根据本发明的构想，其中当该第二待测电流具有电流值时，该第一待测电流的电流值为零。

附图说明

图1：其为传统电阻式电流传感器测量电路图。

图2：其为传统电流感测变压器测量电路图。

图3(a)：其显示传统使用两个电流感测变压器测量两个待测电流的测量电路图。

图3(b)：其为传统使用两个电流感测变压器测量两个待测电流的电流波形图。

图4：其为本发明较佳实施例的整合式电流感测变压器的结构示意图。

图5：其为本发明较佳实施例的整合式电流感测电路。

图6：其为本发明较佳实施例的整合式电流感测电路的电流波形图。

图7：其为本发明较佳实施例的使用整合式电流感测电路感测电流的电路示意图。

主要元件符号说明

4：整合式电流感测变压器    41：绕组座

411：容置空间              412：接脚座

413：接脚                  42：磁心组

421：第一磁心部件          422：第二磁心部件

43：第一初级绕组           44：第二初级绕组

45：次级绕组               5：整合式电流感测电路

51：整流电路               52：第一输入端点

53：第二输入端点           I：待测电流

R：测试电阻                V：电压值

Iout：输出电流             CT1：第一电流感测变压器

CT2：第二电流感测变压器

Ns，Ns1，Ns2：次级绕组的匝数

Np：初级绕组的匝数         Np1：第一初级绕组的匝数

Np2：第二初级绕组的匝数    A：第一方向

B：第二方向                Ip1：第一待测电流

Lp1：第一待测电流回路      Ip2：第二待测电流

Lp2：第二待测电流回路      Is：感测电流

Is1：第一感测电流          Is2：第二感测电流

Out1：第一输出端点         Out2：第二输出端点

Lout1：第一输出电流回路    Iout1：第一测量电流

Lout2：第二输出电流回路    Iout2：第二测量电流

D1：第一整流元件           D2：第二整流元件

R1：第一电阻               R2：第二电阻

COM：共接端点

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够以不同的方式具有各种变化，其均不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上应当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图4，其为本发明较佳实施例的整合式电流感测变压器的结构示意图。如图4所示，本发明的整合式电流感测变压器4用于感测两个待测电流，其主要包含绕组座(bobbin)41、磁心组(magnetic core)42、第一初级绕组43、第二初级绕组44以及次级绕组45，其中绕组座41由例如绝缘材质制成且具有容置空间411，该容置空间411用于容置磁心组42，由此以利用磁心组42提供磁通的闭合路径。磁心组42可由例如第一磁心部件421与第二磁心部件422组成，其中该第一磁心部件421与第二磁心部件422可分别为例如EE型式或EI型的磁心部件组合，且不以此为限。第一初级绕组43、第二初级绕组44以及次级绕组45分别绝缘且绕于绕组座41上。在一些实施例中，该第一初级绕组43、第二初级绕组44以及次级绕组45分别由绕线构成，且分别连接于绕组座41的接脚座412的接脚413上。在另一些实施例中，若待测电流相对较大时，第一初级绕组43以及第二初级绕组44可由铜片构成，且第一初级绕组43以及第二初级绕组44可分别具有接脚，以使第一初级绕组43以及第二初级绕组44可以直接下脚到印刷电路板上与线路径行连接(未图示)。在一些实施例中，第一初级绕组43以及次级绕组45以第一方向A环绕于绕组座41的绕线区上，第二初级绕组44以第一方向B环绕于绕组座41的绕线区上，其中第一方向A与第二方向B相反。在应用时，分别将第一待测电流Ip1流入第一初级绕组43，以及将第二待测电流Ip2流入第二初级绕组44，因此当第一待测电流Ip1或第二待测电流Ip2有电流值时，在次级绕组45会感测到感测电流Is，其感测电流Is与第一待测电流Ip1或第二待测电流Ip2的电流值大小成比例值，该比例值为例如第一初级绕组43与次级绕组45的匝数比或第二初级绕组44与次级绕组45的匝数比。

请参阅图5，其为本发明较佳实施例的整合式电流感测电路。如图5所示，本发明的整合式电流感测电路，用以感测两个待测电流，其由整合式电流感测变压器4以及整流电路51所组成，其中整合式电流感测变压器4具有第一初级绕组43、第二初级绕组44以及次级绕组45，将第一初级绕组43与第一待测电流Ip1的电流回路串联(未图示)，第二初级绕组44与第二待测电流Ip2的电流回路串联(未图示)，而第一待测电流Ip1将会流入第一初级绕组43，第二待测电流Ip2将会流入第二初级绕组44，并由次级绕组45感测第一初级绕组43与第二初级绕组44的电流，其中第初级绕组43匝数为Np1，第二初级绕组44匝数为Np2，次级绕组45匝数为Ns。

请参阅图6，其为本发明较佳实施例的整合式电流感测电路的电流波形图。如图5与图6所示，其中感测电流Is包含第感测电流Is1与第二感测电流Is2，为次级绕组45所感测的电流。在时间t0与t1之间，第一初级绕组43流入第一待测电流Ip1，此时第二待测电流Ip2的电流值为零，次级绕组45会感测到第一感测电流Is1，在时间t1与t2之间，第二初级绕组44流入第二待测电流Ip2，此时第一待测电流Ip1的电流值为零，次级绕组45会感测到第二感测电流Is2，且第一感测电流Is1与第二感测电流Is2的电流方向相反。在一些实施例中，第一待测电流Ip1与第一感测电流Is1的电流值大小成第一比例值，其第一比例值为第一初级绕组43与次级绕组45的匝数比(Np1/Ns)，因此其电流值大小关系为Is1＝Ip1(Np1/Ns)，同样的，第二待测电流Ip2与第二感测电流Is2的电流值大小也成第二比例值，其第二比例值为第二初级绕组44与次级绕组45的匝数比(Np2/Ns)，因此其电流值大小关系为Is2＝Ip2(Np2/Ns)。

在一些实施例中，如图5所示，为了分离出两个感测电流Is1、Is2，在整合式电流感测变压器4输出连接整流电路51，其包含第一整流元件D1以及第二整流元件D2，其中第一整流元件D1与第二整流元件D2的正极(p极)连接于共接端点COM，而第一整流元件D1的负极(n极)连接于整流电路51输入端的第二输入端点53与第二输出端点Out2，第二整流元件D2的负极(n极)连接于整流电路51输入端的第一输入端点52与第一输出端点Out1。其中，该第一整流元件D1与第二整流元件D2可为例如二极管，且不以此为限。

请再参阅图5，在一些实施例中，整合式电流感测电路还包括第一阻抗元件R1与第二阻抗元件R2，其中该第一阻抗元件R1连接于整流电路51的第一输出端点Out1与共接端点COM，而该第二阻抗元件R2连接于整流电路51的第二输出端点Out2与共接端点COM，以便构成电流回路以利测量。其中第一阻抗元件R1与第二阻抗元件R2可为例如电阻，但不以此为限。

请再参阅图5，通过整流电路51可将第一感测电流Is1输出到第一输出端点Out1，第二感测电流Is2输出到第二输出端点Out2，其中第一输出端点Out1输出的电流为第一测量电流Iout1，该第一输出端点与共接端点COM形成第一输出电流回路Lout1，第二输出端点Out2输出的电流为第二测量电流Iout2，该第二输出端点与共接端点COM形成第二输出电流回路Lout2。由于第一待测电流Ip1与第一测量电流Iout1的电流值大小关系为Iout1＝Is1＝Ip1(Np1/Ns)，且第二待测电流Ip2与第二测量电流Iout2的电流值大小关系为Iout2＝Is2＝Ip2(Np2/Ns)，因此第一待测电流Ip1与第二待测电流Ip2便可分别被感测。

请参阅图7，其为本发明较佳实施例的使用整合式电流感测电路感测电流的电路示意图。如图7所示，整合式电流感测电路5主要包括整合式电流感测变压器4以及整流电路51，其主要架构与运行原理如图5与图6所示，在此不再赘述。在利用整合式电流感测电路5感测第一待测电流回路Lp1的第一待测电流Ip1以及第二待测电流回路Lp2的第二待测电流Ip2时，可分别将第一初级绕组43与第二初级绕组44串联于第一电流回路Lp1与第二电流回路Lp2。当第一待测电流Ip1流入第一初级绕组43时，在次级绕组45会感测第一感测电流Is1，当第二待测电流Ip2流入第二初级绕组44时，在次级绕组45会感测第二感测电流Is2，再通过整流电路51将第一感测电流Is1输出到第一输出端点Out1，第二感测电流Is2输出到第二输出端点Out2。因此，通过整合式电流感测电路5便可感测第一待测电流回路Lp1的第一待测电流Ip1以及第二待测电流回路Lp2的第二待测电流Ip2。

综上所述，本发明的整合式电流感测变压器及使用该变压器的电流感测电路将两个电流感测变压器整合成一个电流感测变压器，因此，只要使用一个整合式电流感测变压器就可以测量两个不会同时有电流值的待测电流，大大提高电流感测变压器的使用率，成本也相对降低，电子装置的体积变小、重量变轻。

本发明得由本领域技术人员进行各种改动，然而均不脱离所附权利要求的保护范围。