[发明专利]隔离式电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电功率测量领域，尤其涉及一种隔离式电流传感器。

背景技术

电力是一种基本电源，它被广泛应用于居民用电和商业当中。测量用电总量则是决定对用户收取多少费用的重要工作。此外，用电量的历史走向是在任何给定的时间内确定电需求量的一个重要工具。

电通常是以交流的形式在电力线上传送。电能够以单相、双相或三相的形式供应。每一个附加相通常需要使用一根附加的电力线。附加相也能够通过附加线进行供应。

电通常是根据功率消耗的总量来进行测量。总功耗包括在一个特定时间段内的功率和。功率是电压V和电流I的乘积。电表通过测量在一个时间点上电压和电流的即时值，以及在一段时间内两者乘积的累积值（如，积分值）来测量总功耗。

一种测试电流的方法是利用电流互感器。一个电流互感器通常包括一组绕在一个环形中心上的环形线圈。当加载上负载电阻，环形线圈就会产生一个与在电力线上传输的电流成比例的电压。由于电流互感器本身所固有的相相间的直流隔离特征，电流变换器通常更加适用于工业和商业领域的多相测量。

第二种测量电流的方法是利用罗氏线圈。一个罗氏线圈通常包括一个环形线圈，该环形线圈设置在一个电流待测的导体周围。一个电压通过感应在线圈内产生，该电压与导体中的电流变化率成比例。罗氏线圈的输出端通常连接到积分电路以便提供一个与电流成比例的输出信号。罗氏线圈通常较电流互感器便宜。

另外一种测量电流的方法是利用分流器。一个分流器通常包括一个相对较小的电阻器，该电阻器串联设置于电力线上。电流流经分流器并在分流器两端形成一个微小电压。然后电压表通过测量压降来确定流经分流器的电流量。分流器本身不与电力线相隔离，因此并不适用于多相电力测量，因为在功率测量装置的输入引脚上产生的相差电压能够轻易超出标准半导体产品的最大允许值。分流器通常比电流互感器和罗氏线圈便宜，然而，由于隔离问题，电流互感器更适于商业运用。

发明内容

本发明所公开的方面包括一个电流传感器和一个提供电气隔离的数字屏障。所述隔离使得分流电流传感器能够用于多相电力系统从而实现电流的精确测量。它也能够减轻由于能源窃取或篡改所带来的电磁干扰的影响。数字隔离也能够减轻交叉耦合干扰所带来的影响，并且能够提高电磁兼容性（EMC）以及电快速瞬变脉冲群（EFT）的免疫力。数字屏障隔离也能够通过对前端和主机端噪声源进行电气隔离来提高模数转换器（ADC）的信噪比（SNR）。隔离屏障提供电力线的相间隔离或相与中性线之间的相相隔离。这使得电流传感器能够在一个性价比高的系统中利用中性电流测量多相电源或电流或单相电源或电流。此外，在许多情况下，利用数字屏障隔离能够减少计量器或电流保护装置（断路器）的整体尺寸。

在一个实施例中，一电流传感器可用于测量电力线中的电流。在一个实施例中，电流传感器是一分流器、一电流互感器、一罗氏线圈，或其他用于测量电流的装置。电流传感器与一模数转换器进行通信。模数转换器与一屏障接口进行通信。屏障接口与一屏障隔离模组进行通信。屏障隔离模组包括，例如，一个相对较高频率的变压器（例如，一脉冲变压器）或一个电容器。屏障隔离模组与一第二屏障接口模组进行通信。第二屏障接口模组与一信号处理电路进行通信。信号处理电路确定电流和用电量指示，并将该指示传送到一显示装置或一第二处理器进行进一步分析。

在一个实施例中，一个Σ-Δ转换器（SIGMA-DELTA converter）用于将由一个电流传感器产生的差分模拟信号转换成数字数据，根据欧姆定律，该数字数据代表流经传感器的电流。在一个实施例中，Σ-Δ转换器被分成与一个变压器（包括，例如，脉冲变压器）或一个电容器至少部分电气隔离的两个电路。所述变压器在Σ-Δ转换器的两个部分之间提供单向和/或双向的数字数据传输和电力传输。

在一个实施例中，第一电路，或者线路端电路（line-side circuit），包括一Σ-Δ调制器、一电压参考模组，以及一屏障接口模组。所述线路端电路负责传送数据并接收输入和输出隔离屏障的电能。在一个实施例中，线路端电路设置在一半导体装置中。在一个实施例中，线路端电路包括，例如，一完整的Σ-Δ转换器（例如，调制器和有限脉冲响应滤波器）或其他类型的模数转换器。在一个实施例中，Σ-Δ调制器或其他模数转换器位于所述线路端电路上。