[发明专利]一种隔离电流传感器

说明书

本发明公开了一种隔离电流传感器，采样电阻将采集到的电流信号转换成电压信号，并传送至隔离放大器进行隔离放大，隔离放大器将隔离放大后的信号传送至隔离放大器信号调理模块，进行滤波处理得到低频电流信号，隔离放大器信号调理模块将低频电流信号传送至信号后处理模块；罗氏线圈检测流过测定对象的电流并输出与该电流的电流值对应的高频电流信号，并将高频电流信号传送至罗氏线圈信号调理模块，进行滤波处理；罗氏线圈信号调理模块将滤波处理的后信号传送至信号后处理模块；信号后处理模块将收到的低频信号和高频信号进行重建处理，从而得到原始的带宽电流信号。本发明成本低、体积小、结构简单，极大的提高了电力电子设备的动态响应性能。

技术领域

本发明属于传感器领域，尤其涉及一种隔离电流传感器。

背景技术

近年来电力电子技术日新月异，硅基器件得到广泛应用，并在很多领域取得非常好的效益。但硅基器件存在的问题也日益突出，为了根本解决硅器件存在的低效率，低功率密度等缺点，宽禁带器件应运而生。宽禁带器件具有宽禁带宽度、高导热率、高临界击穿场强和高载流子饱和速度等优点，可以使电力电子设备具有高效率、高功率密度等优点。宽禁带必然是未来方向，随着电动汽车领域大规模应用宽禁带器件必然导致宽禁带器件的成本大幅度下降，从而完成对硅器件的替代。

宽禁带器件的开关速度至少是硅基器件开关速度的5～10倍以上，理论上使用宽禁带器件的电力电子设备的动态性能至少是硅器件的5～10倍以上，但实际上目前使用宽禁带器件的电力电子设备动态性能基本和传统硅基器件设备相仿！这里面有诸多原因，比较重要的一个原因是隔离电流传感器还是沿用以前的传统的隔离电流传感器，传统的隔离电流传感器带宽非常有限，比如基于霍尔效应的开环、闭环传感器带宽大约为 100KHz左右，基于隔离放大器的电流检测方案一般带宽在80KHz左右。从控制理论可知，传感器的带宽一般十倍于系统穿越频率，所以使用基于上述电流传感器的电力电子设备，即使开关频率可以达到10MHz以上，但是电流环的穿越频率依然和使用硅器件的设备相仿。如果使用多电平技术，等效开关频率甚至可以达到50MHz以上。为了彻底释放宽禁带电力电子设备的性能，需要大幅度提高电流传感器的带宽，极大提升电力电子设备动态性能。但是市面上目前能找到的最高带宽的隔离电流传感器只有1MHz，在某些应用已经可以做到比传统电力电子设备快很多。但在某些高动态性能电源领域，需要电流环带宽达到1MHz，那么电流传感器带宽至少需要10MHz以上。这种隔离电流传感器是买不到现成商用的，只能通过分立器件自行搭建电路实现。

虽然也有相关专利提供一些解决方法，比如专利CN105190322公布了一种方法，利用磁传感器结合罗氏线圈的方法，利用传感器数据融合的理念，将磁传感测的低频信号和罗氏线圈测得的高频信号，通过数学运算得到原始的高带宽电流信号，可以做到10MHz 以上的电流检测带宽。另外PCT专利WO2017197269公布另一种方法，原理和CN105190322 一样，也是利用传感器数据融合的理念，只不过低频信号是通过磁阻效应传感器获得的，磁阻效应传感器带宽一般可以达到1MHz，比霍尔效应传感器带宽更高。上述两种方法虽然都能实现10MHz以上的电流采样带宽，但是CN105190322专利用了基于磁传感器的方法测低频信号，磁传感器需要铁氧体磁芯，一般体积稍大，不能做到非常小的体积；而且使用磁元件需要一定的结构来安装磁芯，结构设计稍显繁琐。专利WO2017197269使用了磁阻效应传感器，这种传感器还没有得到广泛应用，成本依然比较高，供应商也不多。其实，测量低频信号的传感器不需要特别高的带宽，只要设计得当，完全不需要磁阻效应这种稍显偏门同时也稍微昂贵一点的传感器。上述两种方法都不能做到小体积、低成本，基于以上事实。

发明内容

发明目的：为解决现有技术存在体积大、成本高、涉及结构繁琐等问题本发明提供一种隔离电流传感器。