[发明专利]一种数字式直流电流传感器

说明书

本发明公开了一种数字式直流电流传感器。它包括环形铁芯、方波激励电路、整形电路和方波测量电路，所述方波激励电路通过缠绕在环形铁芯原边的激励线圈自激振荡产生方波，所述整形电路用于对方波激励电路产生的方波进行整形，所述方波测量电路对整形后的方波的周期和脉宽进行测量，所述方波测量电路的PWM信号输出端连接有电流补偿电路，所述电流补偿电路的补偿线圈缠绕在环形铁芯副边形成闭环。本发明方波测量电路的PWM信号输出口直接连接至电流补偿电路，通过改变输出高低电平占空比的方式实现补偿，使测量铁芯处于零磁通状态，提高传感器测量精度同时又不会明显增加成本。

技术领域

本发明属于电流测量技术领域，具体涉及一种数字式直流电流传感器。

背景技术

越来越多的电力系统采用直流电制供电，系统需要对其流过的直流电流进行测量。基于占空比模型的数字式电流传感器是一种低成本数字化传感器，可以通过测量振荡电压波形占空比的方式测量被测电流，但该型传感器线性度较低，不能适应高精度的测量，目前是采用数模转换的方式实现零磁通补偿，但是高位数数模转换芯片价格昂贵，会使该型传感器价格优势丧失。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低的数字式直流电流传感器。

本发明采用的技术方案是：一种数字式直流电流传感器，包括环形铁芯、方波激励电路、整形电路和方波测量电路，所述方波激励电路通过缠绕在环形铁芯原边的激励线圈自激振荡产生方波，所述整形电路用于对方波激励电路产生的方波进行整形，所述方波测量电路对整形后的方波的周期和脉宽进行测量，所述方波测量电路的PWM信号输出端连接有电流补偿电路，所述电流补偿电路的补偿线圈缠绕在环形铁芯副边形成闭环。

进一步地，所述方波激励电路包括激励线圈、运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、调零电阻R3和电阻R4，所述电阻R1一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R1另一端接地；所述电阻R2一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R2另一端连接激励线圈一端；所述调零电阻R3一端连接运算放大器U1的同相输入端，调零电阻R3另一端接地；所述电阻R4连接在运算放大器U1的同相输入端与输出端之间，所述运算放大器U1的输出端连接激励线圈另一端和整形电路输入端。

进一步地，所述整形电路包括电阻R5和三极管Q1，所述电阻R5一端连接电源，电阻R5另一端连接三极管Q1的发射极和方波测量电路的输入端，三极管Q1的基极连接方波激励电路的输出端，三极管Q1的集电极接地。

进一步地，所述方波测量电路为单片机、ARM、FPGA、DSP中的任意一种。

进一步地，所述电流补偿电路包括信号放大电路、电阻R6和补偿线圈，所述信号放大电路的第一输入端连接方波测量电路的PWM信号输出端，信号放大电路的第二输入端连接电阻R6一端和补偿线圈一端，信号放大电路的输出端连接补偿线圈另一端，所述电阻R6另一端接地，所述补偿线圈缠绕在环形铁芯上。

进一步地，所述信号放大电路为三极管或MOS管或运算放大器。

进一步地，所述电流补偿电路包括切换开关，所述切换开关能够改变所述电流补偿电路的补偿电流的方向。

更进一步地，所述切换开关包括第一切换开关和第二切换开关，所述第一切换开关的动端连接补偿线圈一端，第一切换开关的两个不动端分别连接信号放大电路的第二输入端和输出端；所述第二切换开关的动端连接补偿线圈另一端，第二切换开关的两个不动端分别连接信号放大电路的第二输入端和输出端。

本发明的有益效果是：

(1)采用数字化测量，闭环反馈式补偿，抗干扰能力强，测量精度高。

(2)采用闭环反馈式补偿电路在传感器中形成零磁通，无需模数转换器的介入，就能完成整个数字化测量。