(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104425120 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.03.18
(21)申请号 201310373644.0(22)申请日 2013.08.23
(71)申请人台达电子工业股份有限公司
地址中国台湾桃园县(72)发明人林骅笙 叶永盛
(74)专利代理机构隆天国际知识产权代理有限
公司 72003
代理人赵根喜 李昕巍(51)Int.Cl.
H01F 38/32(2006.01)H02M 7/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
用于电流互感器的取样电路(57)摘要
本发明公开了一种用于电流互感器的取样电路，包括一电流感应单元、一整流单元、一取样单元以及一切换单元。整流单元电性连接电流感应单元。取样单元电性连接整流单元，并输出一第一信号，取样单元包括一泄能元件及一切换元件，切换元件并联连接泄能元件，并依据一第二信号及一第三信号导通或截止。切换单元电性连接取样单元，并依据第二信号导通或截止。
C N 1 0 4 4 2 5 1 2 0 ACN 104425120 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于电流互感器的取样电路，包括：一电流感应单元；一整流单元，电性连接该电流感应单元；一取样单元，电性连接该整流单元，并输出一第一信号，该取样单元包括一泄能元件及一切换元件，该切换元件并联连接该泄能元件，并依据一第二信号及一第三信号导通或截止；以及
一切换单元，电性连接该取样单元，并依据该第二信号导通或截止。2.如权利要求1所述的取样电路，其中该切换元件为晶体管开关。3.如权利要求1所述的取样电路，其中该泄能元件为齐纳二极管。4.如权利要求1所述的取样电路，其中该取样单元还包括一电阻元件，并联连接该泄能元件及该切换元件。
5.如权利要求1所述的取样电路，其中该切换单元包括一晶体管开关以及一电阻元件，电性连接该晶体管开关。
6.如权利要求1所述的取样电路，其中该第二信号为脉冲宽度调变信号。7.一种用于电流互感器的取样电路，包括：一电流感应单元；一整流单元，电性连接该电流感应单元；一高通滤波单元，电性连接该电流感应单元及该整流单元；以及一取样单元，电性连接该整流单元，并输出一输出信号。8.如权利要求7所述的取样电路，其中该整流单元为桥式整流器。9.如权利要求7所述的取样电路，其中该高通滤波单元包括一电容元件。10.如权利要求7所述的取样电路，其中该取样单元包括一电阻元件。11.如权利要求10所述的取样电路，其中该取样单元还包括一电容元件，电性连接该电阻元件。
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CN 104425120 A
说 明 书
用于电流互感器的取样电路
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技术领域
[0001]
本发明关于电流互感技术，特别关于一种用于电流互感器的取样电路。
背景技术
随着科技的发展，电流互感器（Current Transformer,CT）普遍地存在于许多电子
产品中，例如电源供应器、检测器、变压器等，依据电流互感器的转换类型可大致分为交流转直流（AC to DC）及直流转直流（DC to DC）。[0003] 现有技术中，交流转直流或直流转直流的电流互感器一般采用锁相锁频的方式，以取得电流信号。但当输入的交流电源或是直流电源突然有瞬间的变动，电流互感器便必须等待一段时间，待正确判断出相位与频率才继续开始工作，在这段时间，仍必须持续提供能量，因而必须加大滤波电容量，造成空间与成本增加。[0004] 此外，对于直流转直流的电流互感器，一般只会工作在第一象限，故必须提供额外时间让其泄能，以避免饱和，而导致无法达到100%的工作周期（duty cycle）。[0005] 因此，如何提供一种不会因输入的交流电源或是直流电源突然有瞬间的变动，而必须加大滤波电容量，造成空间与成本增加，同时能达到100%工作周期的电流互感器的取样电路，已成为重要的课题之一。
[0002]
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种不会因输入的交流电源或是直流电源突然有瞬间的变动，而必须加大滤波电容量，造成空间与成本增加，同时能达到100%工作周期的电流互感器。
[0007] 为达上述目的，依据本发明的一种用于电流互感器的取样电路，包括一电流感应单元、一整流单元、一取样单元以及一切换单元。整流单元电性连接电流感应单元。取样单元电性连接整流单元，并输出一第一信号，取样单元包括一泄能元件及一切换元件，切换元件并联连接泄能元件，并依据一第二信号及一第三信号导通或截止。切换单元电性连接取样单元，并依据第二信号导通或截止。[0008] 在一实施例中，切换元件为晶体管开关。[0009] 在一实施例中，泄能元件为齐纳二极管。[0010] 在一实施例中，取样单元还包括一电阻元件，并联连接泄能元件及切换元件。[0011] 在一实施例中，切换单元包括一晶体管开关以及一电阻元件，电性连接晶体管开关。
[0012] 在一实施例中，第二信号为脉冲宽度调变信号。[0013] 为达上述目的，依据本发明的一种用于电流互感器的取样电路，包括一电流感应单元、一整流单元、一高通滤波单元以及一取样单元。整流单元电性连接电流感应单元。高通滤波单元电性连接电流感应单元及整流单元。取样单元电性连接整流单元，并输出一输出信号。
[0006]
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说 明 书
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在一实施例中，整流单元为桥式整流器。
[0015] 在一实施例中，高通滤波单元包括一电容元件。[0016] 在一实施例中，取样单元包括一电阻元件。[0017] 在一实施例中，取样单元还包括一电容元件，电性连接电阻元件。[0018] 承上所述，本发明的用于电流互感器的取样电路，不仅不会因输入的交流电源或是直流电源突然有瞬间的变动，而必须加大滤波电容量，造成空间与成本增加，同时能使工作周期达到100%，兼具节能、环保、低制作成本的优点。附图说明
[0019] 图1为本发明较佳实施例的一种用于电流互感器的取样电路的电路图。[0020] 图2为本发明另一较佳实施例的一种用于电流互感器的取样电路的电路图。[0021] 其中，附图标记说明如下：[0022] 1、2：取样电路[0023] 11、21：电流感应单元[0024] 12、22：整流单元[0025] 13、24：取样单元[0026] 14：切换单元[0027] 23：高通滤波单元[0028] C1、C2：电容元件[0029] D1：第一二极管
[0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] [0041] [0042]
D2：第二二极管
D3、D4、D5、D6：二极管元件L1、L3：第一线圈L2、L4：第二线圈n1～n12：节点R1、R2、R3、R4：电阻元件S1：第一信号S2：第二信号S3：输出信号SW1：切换元件SW2：晶体管开关V：第三信号Z1：泄能元件
具体实施方式
[0043] 以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的一种用于电流互感器的取样电路，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。[0044] 请参照图1所示，其为本发明较佳实施例之一种用于电流互感器的取样电路的电路图。用于电流互感器的取样电路1包括一电流感应单元11、一整流单元12、一取样单元
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13以及一切换单元14。取样电路1例如是可用于交流转直流或直流转直流的电流互感器。[0045] 电流感应单元11例如是包括一第一线圈L1及一第二线圈L2，第一线圈L1与第二线圈L2电磁耦合。当电流的方向是由第一线圈L1的节点n1流向节点n2，第二线圈L2感应产生的感应电流的方向是由节点n3流向节点n4；同理，当电流的方向是由第一线圈L1的节点n2流向节点n1，第二线圈L2感应产生的感应电流的方向是由节点n3流向节点n5。需要特别注意的是，第一线圈L1与第二线圈L2的绕线周数可依据实际应用时的需要，而有不同的设计，本发明于此并不予以限定。
[0046] 整流单元12是电性连接电流感应单元11。更进一步来说，整流单元12例如是包括一第一二极管（diode）D1及一第二二极管D2，第一二极管D1的阳极端是电性连接第二线圈L2的节点n4，而第二二极管D2的阳极端是电性连接第二线圈L2的节点n5。当电流是由第二线圈L2的节点n3流向节点n4，第一二极管D1会导通，而第二二极管D2会截止，电流可由第一二极管D1通过，由其阳极端流向阴极端；反之，当电流是由第二线圈L2的节点n3流向节点n5，第一二极管D1会截止，而第二二极管D2会导通，电流可由第二二极管D2通过，由其阳极端流向阴极端。此外，第一二极管D1及第二二极管D2可分别以一高端场效应晶体管（high-side MOSFET）开关取代，也可达到相同的功效。[0047] 取样单元13是电性连接整流单元12，并输出一第一信号S1。取样单元13包括一泄能元件Z1以及一切换元件SW1，切换元件SW1是电性连接泄能元件Z1，且切换元件SW1依据一第二信号S2及一第三信号V导通或截止。更进一步来说，泄能元件Z1可例如是一齐纳二极管，其阴极端是电性连接第一二极管D1及第二二极管D2的阴极端，其阳极端是输出第一信号S1。切换元件SW1可例如是一晶体管开关，其第一端是电性连接第一二极管D1及第二二极管D2的阴极端，第二端是耦接第二信号S2及第三信号V，第三端是输出第一信号S1。当切换元件SW1导通，电流便可由切换元件SW1的第一端流至第三端，而不会从泄能元件Z1通过；反之，当切换元件SW1截止，则泄能元件Z1会崩溃，使得电流可通过，且由于其崩溃时的特性曲线为线性，故可通过泄能元件Z1将能量消耗掉。在本实施例中，取样单元13更可包括一电阻元件R1并联连接泄能元件Z1及切换元件SW1，以防止切换元件SW1及泄能元件Z1损坏。
[0048] 切换单元14是电性连接取样单元13，并依据第二信号S2导通或截止。详细来说，切换单元14可例如包括一晶体管开关SW2，其第一端是耦接切换元件SW1的第二端，第二端是耦接第二信号S2，第三端是接地。当晶体管开关SW2导通，节点n6的电压值会因接地而被限制在0伏特；反之，当晶体管开关SW2截止，节点n6的电压值则会相依于第三信号V。切换单元14更可包括一电阻元件R2电性连接晶体管开关SW2，以防止晶体管开关SW2损坏。
[0049] 第一信号S1是取样电路1的输出信号。第二信号S2可例如是一脉冲宽度调变信号，以控制切换元件SW1及晶体管开关SW2的导通或截止。第三信号V可例如是一电压信号，其透过一电阻元件R3耦接切换元件SW1的第二端及晶体管开关SW2的第一端，以使节点n6的电压值与第三信号V有相依性（例如线性关系），而控制切换元件SW1导通或截止。[0050] 从取样电路1的整体观之，其工作原理如下所述：当流过第一线圈L1的电流是由节点n1流向节点n2，第二线圈L2感应产生的电流是由节点n5流向节点n3、节点n3流向节点n4，使得第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，于此电流流向状态（节点n1流向节
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点n2）下，第二信号S2及第三信号V控制切换元件SW1导通，取样单元13输出的第一信号S1便是电流感应单元11的电流信号；当流过第一线圈L1的电流方向逆转，是由节点n2流向节点n1，第二线圈L2感应产生的电流是由节点n4流向节点n3、节点n3流向节点n5，使得第一二极管D1截止，第二二极管D2导通，于此电流流向状态（节点n2流向节点n1）下，第二信号S2及第三信号V控制切换元件SW1截止，导致泄能元件Z1崩溃，将能量消耗掉，而达到重置（reset）的功效。[0051] 请参照图2所示，其为本发明另一较佳实施例之一种用于电流互感器的取样电路的电路图。取样电路2包括一电流感应单元21、一整流单元22、一高通滤波单元23以及一取样单元24。取样电路2例如是可用于直流转直流的电流互感器。
[0052] 电流感应单元21例如是包括一第一线圈L3以及一第二线圈L4，第一线圈L3与第二线圈L4电磁耦合。当电流的方向是由第一线圈L3的节点n7流向节点n8，第二线圈L4感应产生的感应电流的方向是由节点n9流向节点n10；同理，当电流的方向是由第一线圈L3的节点n8流向节点n7，第二线圈L4感应产生的感应电流的方向是由节点n10流向节点n9。需要特别注意的是，第一线圈L3与第二线圈L4的绕线周数可依据实际应用时的需要，而有不同的设计，本发明于此并不予以限定。
[0053] 整流单元22是电性连接电流感应单元21。整流单元22可例如是一桥式整流器，其包括多数个二极管元件D3、D4、D5及D6，用以将电流感应单元21的输出电流进行全波整流。
[0054] 高通滤波单元23是电性连接电流感应单元21及整流单元22。高通滤波单元23可例如包括一电容元件C1，用以将电流感应单元21的输出电流低频部份滤去，而防止磁偏，其电容值可依据实际应用时的需要，而有不同设计，本发明于此并不予以限定。[0055] 取样单元24是电性连接整流单元22，并输出一输出信号S3。更进一步来说，取样单元24可例如包括一电阻元件R4，用以将整流单元22输出的电流信号转换为电压信号。除此之外，取样单元24更可包括一电容元件C2，用以降低输出信号的涟波值（ripple value）。
[0056] 从取样电路2的整体观之，其工作原理如下所述：当流过第一线圈L3的电流是由节点n7流向节点n8，第二线圈L4感应产生的电流是由节点n9流向节点n10，接着电流由节点n10经由二极管元件D6流向节点n11，再经由取样单元24流向节点n12，最后经由二极管元件D3流回节点n9，完成回路，其中当电流流经取样单元24，取样单元24输出输出信号S3，即电流感应单元21输出的电流信号；反之，当流过第一线圈L3的电流是由节点n8流向节点n7，第二线圈L4感应产生的电流是由节点n10流向节点n9，接着电流由节点n9经由二极管元件D4流向节点n11，再经由取样单元24流向节点n12，最后经由二极管元件D5流回节点n10，完成回路，其中当电流流经取样单元24，取样单元24输出输出信号S3，即电流感应单元21输出的电流信号。[0057] 综合上述，依据本发明揭露的一种用于电流互感器的取样电路，不仅不会因输入的交流电源或是直流电源突然有瞬间的变动，而必须加大滤波电容量，造成空间与成本增加，同时能使工作周期达到100%，兼具节能、环保、低制作成本的优点。[0058] 以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。
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