[发明专利]无源式交流电流感测器

说明书

技术领域

本发明关于一种电流感测器，且特别关于一种无源式交流电流感测器。

背景技术

在工业设计上，常应用电流的检测于系统过流保护及电流控制，例如电能衰减检测、马达超载检测保护、电源的电流模式控制以及控制系统诊断等等。

现有的电流感测器的感测方式可分为接触式及非接触式两种。接触式的感测方式利用一感测电路的电路设计，测量感测电路中电阻、电感、电容或晶体管两端的电压以计算出感测电流。非接触式的感测方式感测载流导体周围产生的磁场，例如电流互感(current transformer)法、霍尔元件(Hall element)法、磁致电阻法等，或是通过磁能转换成力学能的方式，转而测量物质力学上的变化以获得感测电流。上述接触式及非接触式的感测方式各有其优缺点及适合应用的场合。

其中，如图1所示，现有利用磁能转换成力学能的方式的电流感测器1包括一载流的线圈11、一压阻性元件12以及一微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)结构层13，线圈11及压阻性元件12皆设置于微机电系统结构层13上，载流的线圈11放置于载流导体CC产生的磁场中，会受到劳伦兹力FL的作用而施力于微机电系统结构层13，再通过微机电系统结构层13间接施力于压阻性元件12，以使压阻性元件12的阻抗降低而产生电压降，以感知载流导体CC的电流大小。现有的电流感测器1因其为非接触式的电流感测器，故能够避免影响被感测的载流导体CC，同时在大电流、大功率的系统中测试时也不会产生大量功耗。

然而，由上段叙述可知，现有的电流感测器1为主动式的电流感测器，必需供电才能使用，并且，在感测过程中，只要载流导体CC有电流通过，电流感测器1就会持续不停地运作，因此，微机电系统结构层13须承受大部分的往复应力，容易有疲劳或老化的问题。此外，为了增加电流感测器1的灵敏度，微机电系统结构层13上会设置多圈的线圈11，但由于通电时线圈11的功率消耗，微机电系统结构层13会发热导致温度上升及热应力作用，而对电流感测器1的作动造成影响。

因此，如何提供一种不需供电即能进行感测的无源式交流电流感测器，其结构层能够抵抗疲劳或老化问题的发生，并且可避免因设置多圈的线圈产生的结构层发热现象对感测造成影响，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种不需供电即能进行感测的无源式交流电流感测器，其结构层能够抵抗疲劳或老化问题的发生，并且可避免因设置多圈的线圈产生的结构层发热现象对感测造成影响。

为达上述目的，依据本发明的一种无源式交流电流感测器，感测一载流导体的电流。无源式交流电流感测器包括一基板、一磁性体、至少一线圈以及一第一测量电路。基板具有一弹性结构层；磁性体对应载流导体设置于基板的一侧，线圈设置于基板，且对应环绕磁性体。第一测量电路与线圈连接。其中，当磁性体受到载流导体磁场的作用而与线圈相对运动时，线圈产生一感应电动势，第一测量电路测量感应电动势，并据以输出一第一感测信号。

在一实施例中，基板可为单晶硅基板。

在一实施例中，弹性结构层可为悬浮结构层。

在一实施例中，线圈可由金属薄膜构成。

在一实施例中，无源式交流电流感测器还可包括一绝缘层，设置于基板与线圈之间。

在一实施例中，无源式交流电流感测器还可包括一信号传送单元，其与第一测量电路连接。较佳地，无源式交流电流感测器还可包括一压电元件，设置于基板。其中，压电元件、磁性体及弹性结构层构成一压电式能量获取器，当磁性体受到载流导体磁场的作用而产生静磁力施力于弹性结构层，弹性结构层产生的应力作用使压电元件两端产生电位差，以提供能量予信号传送单元。

在一实施例中，无源式交流电流感测器还可包括一压电元件及一第二测量电路，设置于基板。第二测量电路连接压电元件，当磁性体受到载流导体磁场的作用而产生静磁力施力于弹性结构层，弹性结构层产生的应力作用使压电元件两端产生电位差，第二测量电路测量压电元件两端的电位差，并依据压电元件的电位差输出一第二感测信号。

在一实施例中，压电元件可由压电薄膜构成。