电量传感器

阅读:686发布:2020-10-29

专利汇可以提供电量传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种电量 传感器 ,包括:用于产生预定 频率 的时钟 信号 的振荡 电路 ,根据从振荡电路输出的 时钟信号 以预定频率闪烁的发光元件;光学耦合到发光元件并且在发光元件发光时导通的 开关 元件;其初级绕组经过开关元件连接到接收直流 电信号 的输入端的 变压器 ;和利用时钟信号作为参考同步地检测变压器的次级绕组中产生的交流电信号,从而产生与直流电信号的幅度对应的直流 电压 信号的同步检测电路。,下面是电量传感器专利的具体信息内容。

1.一种电量传感器,包括:
用于产生预定频率的时钟信号的振荡电路
根据从振荡电路输出的时钟信号以预定频率闪烁的发光元件;
光学耦合到发光元件并且在发光元件发光时导通的开关元件;
其初级绕组经过开关元件连接到接收直流电信号的输入端的变压 器;和
利用获得的时钟信号作为参考,同步地检测变压器的次级绕组中产 生的交流电信号,以产生与直流电信号的幅度对应的直流电压信号的同 步检测电路。
2.根据权利要求1所述的电量传感器,进一步包括:
插入到要检测的电流流过的电路径中的检测电阻器,和直流电信号 对应于检测电阻器两端的电压。
3.根据权利要求1所述的电量传感器,其特征在于直流电信号是直 流电压信号。
4.根据权利要求1所述的电量传感器,其特征在于开关元件是 MOSFET。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种电量传感器

背景技术

迄今为止一直提供利用诸如图4中所示的霍尔元件的电流传感器作 为这种类型的电量传感器。当要检测的电流流过穿过心11的电流路径 20时,在铁心11中产生与该电流值对应的磁通量。霍尔元件12产生与 该磁通量对应的电压放大器13将从霍尔元件12输出的电压放大,并 且将放大的电压输出到外部。
上述电流传感器根据按照流过路径20的电流在铁心11中产生的磁 通来检测流过电流路径20的电流值。如果大电流流入电流路径20,使 铁心11中产生的磁通饱和,那么就不能准确地检测出流过电流路径20 的电流。
如图5中所示,提出了一种基于上述电流传感器的电流传感器。该 传感器带有一个进一步将来自放大器13的输出放大,并将所放大的输出 作为电流信号输出的电流放大电路14。电流经过一个缠绕在铁心11上 的补偿线圈15从电流放大电路14输出。在此,补偿线圈15是以抵消铁 心11中产生的磁通的方向缠绕的。
当要检测的电流流过穿过铁心11的电流路径20时,铁心11中产生 与该电流值对应的磁通量。霍尔元件12产生与该磁通量对应的电压。放 大器13将从霍尔元件12输出的电压放大,并通过电流放大电路14将所 放大的电压转换成电流信号。电流信号经过补偿线圈15输出。由于补偿 线圈15是在抵消铁心11中产生的磁通的方向缠绕的,因而可以防止铁 心11发生磁饱和,因此提高了电流传感器的检测精度
但是,电流传感器的测量精度在很大程度上依赖于霍尔元件12的性 能。因此,霍尔元件12的性能或霍尔元件12的温度特性的变化极大地 影响电流传感器的测量精度。这是由于霍尔元件的温度特性是由施加到 一个平衡元件上的封装应改变的。
在后一种电流传感器中,作为从电流放大电路14输出的电流的结果 而出现在补偿线圈15中的磁通抵消了铁心11中产生的磁通,因而防止 了铁心11的磁饱和。铁心11上必须缠绕补偿线圈15,从而增大了成本。 为了抵消铁心11中产生的磁通,必须使从电流放大电路14输出的电流 比较大,因而导致电流消耗的增大。

发明内容

根据上述问题做出了本发明,并且其目的是提供一种能够实现减小 测量精度变化的低成本、低电流消耗的电流传感器。
为了达到上述目的,本发明提供了一种电量传感器,该电量传感器 包括:用于产生预定频率时钟信号的振荡电路;根据从振荡电路输出 的时钟信号以预定频率闪烁的发光元件;光学地耦合到发光元件并且当 发光元件发光时导通的开关元件;其初级绕组通过开关元件连接到接收 直流电信号的输入端的变压器;和以时钟信号作为参考,同步地检测变 压器的次级绕组中产生的交流电信号,从而产生与直流电信号的幅度对 应的直流电压信号的同步检测电路。
当发光元件以与从振荡电路输出的时钟信号对应的预定频率闪烁 时,开关元件根据发光元件的闪烁动作导通和断开。通过开关元件的开 关动作,将直流电信号转换成交流电信号。将如此转换的交流电信号发 送到电路的次级侧。同步检测电路以时钟信号为参考,同步地检测变压 器次级绕组中产生的交流电信号。结果是,能够得到与直流电信号的幅 度对应的直流电信号。以这种方式,将直流电信号转换成交流电信号, 并且凭借同步检测将通过变压器发送的交流电信号恢复成直流电信号。 与利用霍尔元件的相关技术的电流传感器相反,不使用具有大的变化的 霍尔元件。这防止了作为电流传感器的一个组成组件的霍尔元件的性能 造成的产品与产品之间的性能变化的情况的发生。因而可以减小电流传 感器的测量精度和温度特性的变化。省却了用于防止磁饱和的补偿线圈, 因此可以防止电量传感器成本提高。此外,通过光耦合在一起的发光元 件和开关元件以及变压器使得被检测电路与检测电路电绝缘。因而可以 减小作用在被检测电路上的影响。根据本发明的电量传感器产生了与直 流电信号的幅度对应的直流电压信号。电量传感器的电路是由一个振荡 电路、一个开关元件、一个同步检测电路之类的IC,和一个发光元件构 成的。因此,可以提供包括低电流消耗的电量传感器。
直流电信号优选是一个插入到要检测的电流流过的电路径中的检测 电阻器两端的电压。这样就可以实现一种检测直流电流的电流传感器。
直流电信号优选是一个直流电压信号。这样就可以实现检测直流电 压值的电压传感器。
开关元件优选是一个MOSFET。这样就可以实现一种用于检测电流 在两个方向上流过的一个电路的电量的电量传感器。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的电流传感器的电路图;
图2是根据本发明的另一个实施例的电流传感器的电路图;
图3(a)是本发明的变压器的初级绕组的一种替代电路图;
图3(b)是本发明的变压器的初级绕组的另一种替代电路图;
图4是一种常规现有技术电流传感器的电路图;和
图5是另一种常规电流传感器的电路图。

具体实施方式

现在利用根据本发明的一个电量传感器作为电流传感器的例子来说 明本发明。图1示出了电流传感器的电路图。电流传感器1包括与电流 路径20串联的检测电阻器2;产生预定频率的时钟信号S1的振荡电路5; 正极接收给定的施加电压并且负极连接到振荡电路5的输出端的发光二 级管(发光元件)3a;由光学连接到发光二级管3a的光电晶体管(开关 元件)和电绝缘光电晶体管(开关元件)3b构成的光耦合器型光传输元 件3;其初级绕组4a经过光电晶体管3b连接到检测电阻器2两端的变 压器4;和凭借从振荡电路5输出的时钟信号S1同步地检测变压器4的 次级绕组4b中产生的电压信号的同步检测电路6。
现在说明电流传感器1的操作。振荡电路5产生预定频率的时钟信 号S1。凭借时钟信号S1,电流间歇地流入到光传输元件3的发光二级管 3a中,从而使发光二级管3a闪烁,并且使光电晶体管3b以预定频率导 通/关断。当要检测的直流电流I流入到电流路径20中时,在检测电阻器 2的两端产生与待检测电流I的电流值成正比的电压。光电晶体管4b切 换电压,结果交流电流流入到变压器4的初级绕组4a。在次级绕组4b 中产生了一个其峰值与检测电阻器2两端的电压成正比的交流电压信号 S2。同步检测电路6用时钟信号S1作为参考,同步地检测和解调电压信 号S2,从而输出与检测电阻器2两端电压成正比的直流电压信号S3。
如上所述,根据本实施例的电流传感器1利用光传输元件3和变压 器4使电流路径20与检测电路6电绝缘。因此,可以减小对电流路径20 的影响。即使在测量微电流时,也能够精确地检测流过电流路径20的要 检测的电流I。凭借由振荡电路5的时钟信号S1进行切换,使检测电阻 器2两端的电压转换成交流信号。利用时钟信号S1作为参考,同步地检 测通过变压器4输入的电压信号S2。因此,将电压信号恢复成直流电压 信号S3。与利用霍尔元件的现有技术的电流传感器相反,本发明的电流 传感器不使用具有大的变化的霍尔元件。因此,电流传感器的性能在很 大程度上并不仅取决于霍尔元件的性能。因而,能够防止霍尔元件的变 化或温度特性造成的传感器的性能或温度特性的退化。在本实施例中, 电流传感器1输出直流电压信号S3,并且电流传感器1的电路实际上是 由一个IC和一个LED构成的。因此,电流传感器1涉及低的电流消耗。
如图2中所示,根据本实施例的电流传感器1可以带有一个设置在 同步检测电路6之前的放大器7a,和一个设置在同步检测电路6之后的 放大器7b。通过改变放大器7a的放大因数和放大器7b的放大因数,可 以调节电压信号S3的幅度。在同步检测电路6之后设置一个低通滤波器 (LPF)8,从而可以消除不必要的信号分量。图2中所示的电流传感器 带有一个设置在同步检测电路6之前的放大器7a,和一个设置在同步检 测电路6之后的放大器7b;但是,可以仅在同步检测电路6之前或之后 设置放大器。
在根据本实施例的电流传感器1中,检测电阻器2与电流路径20串 联,从而检测要检测的流过电流路径20的电流的幅度。如图3(a)中 所示,作为电流传感器1中检测电阻器2、连接在检测电阻器2两端的 光电晶体管3b、和经过光电晶体管3b连接的变压器4的初级绕组4a组 成的组合的一种替代,可以采用一种通过将检测电阻器2、光电晶体管 4b、和变压器4的初级绕组4a串联在待检测电压的输入端之间构成的电 路配置。结果是,可以将根据本实施例的电流传感器1用作检测输入端 之间的电压值的电压传感器。
同样地,如图3(b)中所示,作为电流传感器1中检测电阻器2、 连接在检测电阻器2两端的光电晶体管3b、和经过光电晶体管3b连接 的变压器4的初级绕组4a构成的组合的一种替代,可以采用一种通过将 电阻器9a和电阻器9b串联连接在要检测的电压的输入端之间,并且将 电阻器9b与和变压器4的初级绕组4a串联连接的光电晶体管3b并联构 成的电路配置。结果是,可以把根据本实施例的电流传感器1用作检测 输入端之间的电压值的电压传感器。
如图1和2中所示,电流传感器1使用了光学耦合到发光二级管(发 光元件)元件3a和光学连接到发光二级管3a并且电绝缘的光电晶体管 (开关元件)3b的光耦合器型光传输元件3。可以使用一个像光学耦合 到发光二级管4a并且具有电绝缘的MOSFET的光MOS继电器这样的光 传输元件替代光电晶体管3b,从而能够检测其中电流双向流动的电路中 的电量。
此外,除了MOSFET之外,本发明可以装备光电二级管、光电晶体 管、光控闸流晶体管、光电三端双向可控开关元件之类的元件作为开 关元件。在这些元件中,如果电流可以双向流动,那么可以像MOSFET 一样地经受电流检测。 工业可用性
如上所述,根据本发明的第一方面,提供了一种电量传感器,包括: 用于产生预定频率的时钟信号的振荡电路;根据从振荡电路输出的时钟 信号以预定频率闪烁的发光元件;光学耦合到发光元件并且当发光元件 发光时导通的开关元件;其初级绕组通过开关元件连接到接收直流电信 号的输入端的变压器;和一个利用时钟信号作为参考,同步地检测变压 器次级绕组中产生的交流电信号,从而产生与该直流电信号的幅度对应 的直流电压信号的同步检测电路。也就是说,当发光元件以与从振荡电 路输出的时钟信号对应的预定频率闪烁时,使开关元件根据发光元件的 闪烁动作导通和断开。通过开关元件的开关作用,将直流电信号转换成 交流电信号。将所转换的交流电信号发送到电路的次级侧。同步检测电 路利用时钟信号作为参考,同步地检测变压器的次级绕组中产生的交流 电信号。结果是,可以获得与该直流电信号的幅度对应的直流电信号。 以这种方式,将直流电信号转换成交流电信号,并且通过同步检测,将 通过变压器发送的交流电信号恢复成直流电信号。与利用霍尔元件的常 规电流传感器相反,没有使用具有大的变化的霍尔元件。这防止了用作 电流传感器的一个组件的霍尔元件的性能造成的产品之间的性能变化的 情况的发生。因此,可以减小电流传感器的检测精度和温度特性中的变 化。另一个优点在于,省略了用于防止磁饱和的补偿线圈,因而可以防 止电量传感器成本的增加。此外,利用光学耦合在一起的发光元件和开 关元件以及变压器,使被检测电路与检测电路电绝缘。因此,可以减小 作用在被检测电路上的影响。根据本发明的电量传感器产生与直流电信 号的幅度对应的直流电压信号。电量传感器的电路是由一个振荡电路、 一个开关元件、一个诸如同步检测电路之类的IC、和一个发光元件构成 的。因此,可以提供一种涉及低电流消耗的电量传感器。
直流电信号优选是插入到要检测的电流流过的电路径中的检测电阻 器两端的电压。因此,可以实现一种检测直流电流的电流传感器。
直流电信号优选是一个直流电压信号。因此,可以实现一种检测直 流电压值的电压传感器。
开关元件优选是一个MOSFET。因而可以实现一种用于检测电流在 其中双向流动的电路中的电量的电量传感器。
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