電流感測(cè)電路及其方法
【專利摘要】一種電流感測(cè)電路及其方法。電流感測(cè)電路包括高頻信號(hào)產(chǎn)生器、電磁轉(zhuǎn)換電路及解調(diào)電路。高頻信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)。電磁轉(zhuǎn)換電路耦接高頻信號(hào)產(chǎn)生器，并接收高頻信號(hào)以產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)。高頻磁場(chǎng)調(diào)制一電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)以產(chǎn)生一調(diào)制磁場(chǎng)。電磁轉(zhuǎn)換電路感應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一調(diào)制信號(hào)。解調(diào)電路耦接電磁轉(zhuǎn)換電路，并根據(jù)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以輸出一感測(cè)結(jié)果。
【專利說明】電流感測(cè)電路及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及一種電流感測(cè)電路及電流感測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電流感測(cè)技術(shù)(current sensing)被廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域,如馬達(dá)監(jiān)控、能源測(cè)量、照明設(shè)備的保護(hù)等等。電流感測(cè)技術(shù)的種類大抵上分為侵入式和非侵入式兩種。所謂侵入式電流感測(cè)是指在待測(cè)電流路徑上插入一額外的元件，再通過此元件對(duì)于電流變化產(chǎn)生的壓差或感應(yīng)電流來取得電流的信息。
[0003]非侵入式電流感測(cè)不需要在待測(cè)電流路徑上插入一額外的元件。非侵入式電流感測(cè)利用電流磁效應(yīng)在帶電導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，再輔以一可感測(cè)磁場(chǎng)的元件來將磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開有關(guān)于一種電流感測(cè)電路及電流感測(cè)方法。
[0005]根據(jù)本公開，提出一種電流感測(cè)電路。。本電流感測(cè)電路包括高頻信號(hào)產(chǎn)生器、電磁轉(zhuǎn)換電路及解調(diào)電路。高頻信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生高頻信號(hào)。電磁轉(zhuǎn)換電路耦接高頻信號(hào)產(chǎn)生器，并接收高頻信號(hào)以產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)。高頻磁場(chǎng)調(diào)制一電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)以產(chǎn)生一調(diào)制磁場(chǎng)。電磁轉(zhuǎn)換電路感應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一調(diào)制信號(hào)。解調(diào)電路耦接電磁轉(zhuǎn)換電路，并根據(jù)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以輸出一感測(cè)結(jié)果。
[0006]根據(jù)本公開，提出一種電流感測(cè)方法。本電流感測(cè)方法包括如下步驟。產(chǎn)生一高頻信號(hào)。接收高頻信號(hào)以產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)。高頻磁場(chǎng)調(diào)`制一電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)以產(chǎn)生一調(diào)制磁場(chǎng)。感應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一調(diào)制信號(hào)。根據(jù)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以輸出一感測(cè)結(jié)果。
[0007]為了對(duì)本公開的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下:
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1繪示為依照一實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的示意圖。
[0009]圖2繪示為依照一實(shí)施例的一種電流感測(cè)方法的流程圖。
[0010]圖3繪示為依照一實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的細(xì)部方塊圖。
[0011]圖4繪不為依照另一實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的不意圖。
[0012]【主要元件符號(hào)說明】
[0013]1、3:電流感測(cè)電路
[0014]2:導(dǎo)體
[0015]11:高頻信號(hào)產(chǎn)生器
[0016]12:電磁轉(zhuǎn)換電路
[0017]13:解調(diào)電路[0018]21 ?25:步驟
[0019]121:磁場(chǎng)產(chǎn)生器
[0020]122:磁場(chǎng)傳感器
[0021]123:信號(hào)處理電路
[0022]131:解調(diào)器
[0023]132:濾波器
[0024]I:電流
[0025]S1:高頻信號(hào)
[0026]S2:調(diào)制信號(hào)
[0027]S3:感應(yīng)信號(hào)
[0028]S4:解調(diào)信號(hào)
[0029]SR:感測(cè)結(jié)果
[0030]Φ 1:感應(yīng)磁場(chǎng)
[0031]Φ 2:高頻磁場(chǎng)
[0032]Φ 3:調(diào)制磁場(chǎng)
【具體實(shí)施方式】
[0033]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1及圖2，圖1繪示為依照一實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的示意圖，圖2繪示為依照本實(shí)施例的一種電流感測(cè)方法的流程圖。電流感測(cè)電路I用以感測(cè)一電流I，且電流I流經(jīng)導(dǎo)體2以產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)Φ1。電流感測(cè)電路I包括高頻信號(hào)產(chǎn)生器11、電磁轉(zhuǎn)換電路12及解調(diào)電路13。電磁轉(zhuǎn)換電路12耦接高頻信號(hào)產(chǎn)生器11，且解調(diào)電路13耦接至電磁轉(zhuǎn)換電路12。電流感測(cè)方法適用于前述電流感測(cè)電路1，且包括如下步驟。
[0034]如步驟21所示，高頻信號(hào)產(chǎn)生器11產(chǎn)生高頻信號(hào)SI，而高頻信號(hào)SI例如為高頻電壓信號(hào)。如步驟22所示，電磁轉(zhuǎn)換電路12接收高頻信號(hào)SI以產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)Φ2。如步驟23所示，高頻磁場(chǎng)Φ2調(diào)制感應(yīng)磁場(chǎng)Φ I以產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)Φ3。如步驟24所示，電磁轉(zhuǎn)換電路12感應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)Φ3以輸出調(diào)制信號(hào)S2。如步驟25所示，解調(diào)電路13根據(jù)調(diào)制信號(hào)S2進(jìn)行解調(diào)以輸出感測(cè)結(jié)果SR，而感測(cè)結(jié)果SR用以表示電流I大小。
[0035]請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3繪示為依照本實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的細(xì)部方塊圖。前述電磁轉(zhuǎn)換電路12進(jìn)一步包括磁場(chǎng)產(chǎn)生器121、磁場(chǎng)傳感器122及信號(hào)處理電路123，而解調(diào)電路13包括解調(diào)器131及濾波器132。磁場(chǎng)產(chǎn)生器121例如為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等可將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)的元件或裝置，且磁場(chǎng)產(chǎn)生器121接收高頻信號(hào)SI以產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)Φ2。高頻信號(hào)SI會(huì)使磁場(chǎng)產(chǎn)生器121操作在近乎磁飽和的狀態(tài)而造成非線性的磁場(chǎng)效應(yīng)。如此一來,高頻磁場(chǎng)Φ2與感應(yīng)磁場(chǎng)Φ I會(huì)彼此相乘和相加而產(chǎn)生調(diào)制的作用。高頻磁場(chǎng)Φ2注入感應(yīng)磁場(chǎng)Φ1后即產(chǎn)生調(diào)制磁場(chǎng)Φ3。
[0036]磁場(chǎng)傳感器122例如為霍爾效應(yīng)傳感器(Hall effect sensor)、磁阻傳感器(Magneto resistive sensor)、磁抗(magnetic impedance)兀件、線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等可對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)反應(yīng)的元件或裝置，且磁場(chǎng)傳感器122感應(yīng)調(diào)制磁場(chǎng)Φ3以輸出感應(yīng)信號(hào)S3。前述磁場(chǎng)產(chǎn)生器121及磁場(chǎng)傳感器122可以是兩個(gè)獨(dú)立的元件，也可以是單一元件。當(dāng)磁場(chǎng)產(chǎn)生器121及磁場(chǎng)傳感器122以單一元件實(shí)現(xiàn)時(shí)，此單一元件需兼具磁場(chǎng)產(chǎn)生及磁場(chǎng)感應(yīng)的功能。此單一元件例如為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈等。
[0037]信號(hào)處理電路123耦接磁場(chǎng)傳感器122及解調(diào)電路13的解調(diào)器131，并將感應(yīng)信號(hào)S3轉(zhuǎn)換為調(diào)制信號(hào)S2。信號(hào)處理電路123所進(jìn)行的信號(hào)處理可視磁場(chǎng)傳感器122及解調(diào)器131而定。舉例來說，當(dāng)磁場(chǎng)傳感器122輸出的感應(yīng)信號(hào)S3過小，信號(hào)處理電路123能將感應(yīng)信號(hào)S3放大至解調(diào)器131可接收的調(diào)制信號(hào)S2?；蛘?，當(dāng)感應(yīng)信號(hào)S3不是解調(diào)器131所能處理的信號(hào)類型時(shí)，信號(hào)處理電路123將感應(yīng)信號(hào)S3轉(zhuǎn)換為解調(diào)器131可處理的調(diào)制信號(hào)S2。前述磁場(chǎng)傳感器122及信號(hào)處理電路123可以是兩個(gè)獨(dú)立的元件，也可以是單一元件。信號(hào)處理電路123可以進(jìn)一步地被整合至磁場(chǎng)傳感器122中。
[0038]解調(diào)器131解調(diào)調(diào)制信號(hào)S2以輸出解調(diào)信號(hào)S4。濾波器13例如為低通濾波器，且濾波器132耦接解調(diào)器131。一般來說，解調(diào)的過程中可能產(chǎn)生不必要的諧波成分。濾波器132濾除解調(diào)信號(hào)S4的諧波成分以輸出感測(cè)結(jié)果SR。當(dāng)解調(diào)信號(hào)S4的諧波成分在可容許范圍內(nèi)，也可不使用濾波器132，而將解調(diào)信號(hào)S4作為感測(cè)結(jié)果SR。
[0039]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1及圖4，圖4繪示為依照另一實(shí)施例的一種電流感測(cè)電路的示意圖。電流感測(cè)電路3與電流感測(cè)電路I主要不同之處在解調(diào)電路13將感測(cè)結(jié)果SR反饋至高頻信號(hào)產(chǎn)生器11，使得高頻信號(hào)產(chǎn)生器11根據(jù)感測(cè)結(jié)果SR調(diào)整高頻信號(hào)SI。
[0040]綜上所述，雖然本公開已以實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本公開。本公開本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本公開的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本公開的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書界定范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電流感測(cè)電路，該電路包括: 一高頻信號(hào)產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生一高頻信號(hào)； 一電磁轉(zhuǎn)換電路，耦接該高頻信號(hào)產(chǎn)生器，并接收該高頻信號(hào)以產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)，該高頻磁場(chǎng)調(diào)制一電流所產(chǎn)生的一感應(yīng)磁場(chǎng)以產(chǎn)生一調(diào)制磁場(chǎng)，該電磁轉(zhuǎn)換電路感應(yīng)該調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一調(diào)制信號(hào)；以及 一解調(diào)電路，耦接該電磁轉(zhuǎn)換電路，并根據(jù)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以輸出一感測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的電流感測(cè)電路，其中該電磁轉(zhuǎn)換電路包括: 一磁場(chǎng)產(chǎn)生器，用以接收該高頻信號(hào)以產(chǎn)生該高頻磁場(chǎng)；以及 一磁場(chǎng)傳感器，用以感應(yīng)該調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一感應(yīng)信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的電流感測(cè)電路，還包括: 一信號(hào)處理電路，耦接該磁場(chǎng)傳感器及該解調(diào)電路，并將該感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為該調(diào)制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的電流感測(cè)電路，其中該解調(diào)電路包括: 一解調(diào)器，耦接該信號(hào)處理電路，并解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)；以及 一濾波器，耦接該解調(diào)器，并濾除該解調(diào)信號(hào)的諧波成分以輸出該感測(cè)結(jié)果。
5.如權(quán)利要求3所述的電流感測(cè)電路，其中該解調(diào)電路包括: 一解調(diào)器，耦接該信號(hào)處理電`路，并解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)做為該感測(cè)結(jié)果O
6.如權(quán)利要求3所述的電流感測(cè)電路，其中該信號(hào)處理電路系整合至該磁場(chǎng)傳感器。
7.如權(quán)利要求2所述的電流感測(cè)電路，其中該磁場(chǎng)產(chǎn)生器為線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈。
8.如權(quán)利要求2所述的電流感測(cè)電路，其中該磁場(chǎng)傳感器為霍爾效應(yīng)傳感器(Halleffect sensor)、磁阻傳感器(Magneto resistive sensor)、磁抗(magneticimpedance)兀件、線圈、電感或羅可夫斯基(Rogowski)線圈。
9.如權(quán)利要求1所述的電流感測(cè)電路，其中該解調(diào)電路包括: 一解調(diào)器，用以解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)；以及 一濾波器，耦接該解調(diào)器，并濾除該解調(diào)信號(hào)的諧波成分以輸出該感測(cè)結(jié)果。
10.如權(quán)利要求1所述的電流感測(cè)電路，其中該解調(diào)電路包括: 一解調(diào)器，用以解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)做為該感測(cè)結(jié)果。
11.如權(quán)利要求1所述的電流感測(cè)電路，其中該高頻信號(hào)產(chǎn)生器根據(jù)該感測(cè)結(jié)果調(diào)整該高頻信號(hào)。
12.—種電流感測(cè)方法，該方法包括: 產(chǎn)生一高頻信號(hào)； 接收該高頻信號(hào)以產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)； 該高頻磁場(chǎng)調(diào)制一電流所產(chǎn)生的一感應(yīng)磁場(chǎng)以產(chǎn)生一調(diào)制磁場(chǎng)； 感應(yīng)該調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一調(diào)制信號(hào)；以及 根據(jù)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以輸出一感測(cè)結(jié)果。
13.如權(quán)利要求12所述的電流感測(cè)方法，其中該感應(yīng)步驟包括: 感應(yīng)該調(diào)制磁場(chǎng)以輸出一感應(yīng)信號(hào)；以及將該感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為該調(diào)制信號(hào)。
14.如權(quán)利要求12所述的電流感測(cè)方法，其中該解調(diào)步驟包括:解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)；以及濾除該解調(diào)信號(hào)的諧波成分以輸出該感測(cè)結(jié)果。
15.如權(quán)利要求12所述的電流感測(cè)方法，其中該解調(diào)步驟包括:解調(diào)該調(diào)制信號(hào)以輸出一解調(diào)信號(hào)做為該感測(cè)結(jié)果。
16.如權(quán)利要求12所述的電流感測(cè)方法，還包括:根據(jù)該感測(cè)結(jié)果調(diào)整該高頻信號(hào)。`
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103869137SQ201310028809
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】蔡煊禹, 莊凱翔 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院