漏電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電流傳感器領域，具體涉及一種漏電流傳感器。
【背景技術】
[0002]目前主流的漏電流測量采用的是互感器，互感器由閉合磁芯和線圈構成，采用互感器檢測漏電流的漏電斷路保護器的工作方式是:同一回路的兩根導線穿過磁芯內部，由于每根導線上的電流大小相等，方向相反，所以，其總的電流矢量和為零，當發生漏電時，由于回路有了分支，因此穿過互感器磁芯的電流矢量和不再等于零，互感器次級有感應電勢產生，從而推動執行機構跳開主回路，起到保護作用。根據國家標準，漏電流斷路保護器按照其剩余電流帶有直流分量時動作特性分為AC型漏電斷路器和A型漏電斷路器。AC型漏電斷路器是對無論是突然施加或緩慢上升的無直流分量的剩余正弦交流確保脫扣的斷路器，A型漏電斷路器是對無論是突然施加或緩慢上升的剩余正弦電流和剩余脈動直流電流確保脫扣的斷路器。
[0003]一般交流電源供電的交流負載是沒有或直流分量的，近二十年來，隨著社會的發展和技術的進步，許多新的電器和節能產品進入我們的日常生活和視野，例如:(1)家用方面:電磁爐、微波爐、電子烹食器、變頻空調、計算機、UPS、充電器等；(2)工業方面:變頻器、軟啟動、電焊機、點焊機、逆變器、高中頻爐等；(3)其他的如醫療CT機、網吧設備等，由于這些用電設備導致電路中出現多種頻率的諧波及直流分量，導致普通的互感器不能滿足電路監控的要求。
[0004]采用閉合磁芯的互感器在測量漏電流時有一個缺陷，那就是在直流分量作用下磁導率會迅速下降而飽和，采樣值隨之迅速降低，從而出現誤判，錯判現象，進而對家居、工業以及醫療等領域的用電安全帶來極大的隱患。
[0005]不難看出，現有的互感器式漏電斷路器的測量漏電流的方式無法完成對含有直流分量的交流負載的漏電狀況進行精確有效的測量和保護。

【發明內容】

[0006]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供了一種可以精確測量包含直流分量的交流供電的漏電電流的漏電流傳感器。
[0007]本實用新型為實現上述目的，采用如下技術方案:
[0008]漏電流傳感器，包括聚磁環、磁性傳感器芯片以及電路，其特征在于:
[0009]所述聚磁環為金屬材料構成的帶有氣隙的環狀結構，聚磁環內部穿過兩條電流流向相反的電流導線；
[0010]所述磁性傳感器芯片位于所述聚磁環的氣隙內，用以測量所述聚磁環氣隙處匯聚的磁場場強；
[0011]所述磁性傳感器芯片由磁性傳感元件構成，所述磁性傳感元件為巨磁電阻元件和/或磁性隧道結元件；
[0012]所述電路與所述磁性傳感器芯片電連接，用以導入工作電流和信號輸出。
[0013]其進一步特征在于，所述電路包含放大單元和濾波單元。
[0014]所述聚磁環上纏繞有消磁線圈。
[0015]上述漏電流傳感器包括屏蔽外殼，所述屏蔽外殼為金屬材料，將所述聚磁環、磁性傳感器芯片以及電路包覆其中。
[0016]上述磁性傳感器芯片為單電阻、半橋或全橋結構。
[0017]本實用新型傳感器可以精確測量包含直流分量的交流供電的漏電電流，在此基礎上具有更優異的精度和溫度穩定性，出色的靈敏度和大的測量范圍，提高了用電安全度。
【附圖說明】
[0018]圖1是穿心式互感器的結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型提出的漏電流傳感器的結構示意圖。
[0020]圖3是繞有線圈的漏電流傳感器的結構示意圖。
[0021 ] 圖4是磁性傳感器芯片的輸出曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明:
[0023]為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0024]圖1是一個典型的穿心式互感器結構圖。如圖所示，封閉的磁環12上纏繞有線圈16，待檢測電流導線13、14穿過磁環12內部，其分別為電流進的導線和電流出的導線，若沒有漏電發生，則流經電流導線13的電流值I1 (31)和流經電流導線14的電流值I2 (32)相等且方向相反，則在電流導線13和14附近產生的合磁場可近似為零，因此纏繞有線圈的磁環12不會產生感生磁場，則沒有相應的感生電流I。若有漏電現象，則流經電流導線13的電流值IjP流經電流導線14的電流值12不等，其附近產生的合磁場不為零，磁環12產生感應電勢，由法拉第電磁感應定律，纏繞在磁環12上的線圈16內產生感生電流I。
[0025]由上述可知，由于磁環12閉合，互感器測量漏電流通常只能測較低頻率的電流脈沖分量，在高頻或直流分量的沖擊下，閉合磁環12的磁導率々值會迅速降低達到飽和，采樣值隨之迅速降低，從而出現誤判，錯判現象，進而對家居、工業以及醫療等領域的用電安全帶來極大的隱患。
[0026]如圖2所示，本實用新型提出的漏電流傳感器包括磁性傳感器芯片11、聚磁環12以及電路15。聚磁環12是帶有氣隙的金屬環，待檢測電流導線13、14穿過聚磁環12內部，磁性傳感器芯片11位于聚磁環12的氣隙處，其敏感軸I垂直于聚磁環12的橫截面，且與聚磁環12的氣隙中心處的切線平行。電流導線13和14分別為電流進的導線和電流出的導線，若沒有漏電發生，則流經電流導線13的電流值I1 (31)和流經電流導線14的電流值I2 (32)相等且方向相反，則在電流導線13和14附近產生的合磁場可近似為零，因此纏繞有線圈的聚磁環12不會產生感生磁場，磁性傳感器芯片11的輸出為零。若有漏電現象，則流經電流導線13的電流值IjP流經電流導線14的電流值12不等，聚磁環12將流導線13和14附近產生的合磁場匯集至氣隙處，磁性傳感芯片11感應到磁場21，進而產生輸出。
[0027]由于采用帶氣隙的聚磁環結構，在直流分量的作用下，聚磁環的磁導率不會迅速衰減，其飽和場相比于閉合磁環要高得多。
[0028]如圖3所示，為了降低磁滯，聚磁環12可纏繞一定匝數的線圈16接入電路15，電路15的作用是為磁性傳感器芯片11導入工作電流以及信號輸出，電路15還可包括放大單元和濾波單元，磁性傳感器芯片11的輸出信號通過放大和濾波后導入系統可供使用。電路15和磁性傳感器芯片11可設置于一個印刷線路板上，也可以集成在一個芯片上。
[0029]為了避免外部的電流和磁場的干擾，所述漏磁場傳感器還包括一個屏蔽外殼17，該屏蔽外殼17為金屬材料，將磁性傳感器芯片11、聚磁環12以及電路15包覆其中。
[0030]所述磁性傳感器芯片11由磁性傳感元件構成，磁性傳感元件可選用飽和場較大且精度很高的巨磁電阻元件和/或磁性隧道結元件。巨磁電阻元件和磁性隧道結元件是一種阻值隨外磁場變化而變化的磁電阻元件，通過現有的技術磁電阻元件的R-H(阻值-外磁場)曲線具有低磁滯，高飽和場和寬線性范圍的特性，相對于傳統的磁性傳感元件如電感線圈和霍爾元件具有更高的精度和更好的溫度特性，相比于各向異性磁電阻元件具有更高的飽和場，其作為漏電傳感器的敏感元件是最理想的。
[0031]磁性傳感器芯片11可以是單電阻、半橋或全橋結構。所述單電阻、半橋或全橋的橋臂由一個或多個相同的磁性傳感元件串聯和/或并聯組成，每個橋臂我們可以等價于一個磁電阻，每個橋臂中的磁性傳感元件的磁場敏感方向都相同。前述的單電阻結構含有一個磁電阻，半橋結構由兩個物理性質相同的磁電阻串聯組成，全橋結構由四個物理性質相同的磁電阻連接構成，使用時都要通入穩恒電壓或電流。其中，半橋或全橋結構為最優的選擇，其輸出曲線如圖4所示，其中，VmaxJP V MX_為最大輸出值，H s為飽和場，其工作區域為輸出曲線的線性區域。
[0032]巨磁電阻元件以及磁性隧道元件的結構圖和工作原理，以及磁性傳感器芯片的具體工作方式可參考公開號為CN103645369A的中國專利:一種電流傳感裝置。
[0033]應當理解，以上借助優選實施例對本實用新型的技術方案進行的詳細說明是示意性的而非限制性的。本領域的普通技術人員在閱讀本實用新型說明書的基礎上可以對各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.漏電流傳感器，包括聚磁環、磁性傳感器芯片以及電路，其特征在于: 所述聚磁環為金屬材料構成的帶有氣隙的環狀結構，聚磁環內部穿過兩條電流流向相反的電流導線； 所述磁性傳感器芯片位于所述聚磁環的氣隙內，用以測量所述聚磁環氣隙處匯聚的磁場場強； 所述磁性傳感器芯片由磁性傳感元件構成，所述磁性傳感元件為巨磁電阻元件和/或磁性隧道結元件； 所述電路與所述磁性傳感器芯片電連接，用以導入工作電流和信號輸出。
2.如權利要求1所述的漏電流傳感器，其特征在于，所述電路包含放大單元和濾波單J L.ο
3.如權利要求1所述的漏電流傳感器，其特征在于，所述聚磁環上纏繞有消磁線圈。
4.如權利要求1-3任一項所述的漏電流傳感器，其特征在于，所述漏電流傳感器包括屏蔽外殼，所述屏蔽外殼為金屬材料，將所述聚磁環、磁性傳感器芯片以及電路包覆其中。
5.如權利要求1-3任一項所述的漏電流傳感器，其特征在于，所述磁性傳感器芯片為單電阻、半橋或全橋結構。
【專利摘要】本實用新型公開了一種漏電流傳感器，包括聚磁環、磁性傳感器芯片以及電路，其特征在于：所述聚磁環為金屬材料構成的帶有氣隙的環狀結構，聚磁環內部穿過兩條電流流向相反的電流導線；所述磁性傳感器芯片位于所述聚磁環的氣隙內，用以測量所述聚磁環氣隙處匯聚的磁場場強；所述磁性傳感器芯片由磁性傳感元件構成，所述磁性傳感元件為巨磁電阻元件和/或磁性隧道結元件；所述電路與所述磁性傳感器芯片電連接，用以導入工作電流和信號輸出。本實用新型傳感器可以精確測量包含直流分量的交流供電的漏電電流，在此基礎上具有更優異的精度和溫度穩定性，出色的靈敏度和大的測量范圍，提高了用電安全度。
【IPC分類】G01R19-00
【公開號】CN204556703
【申請號】CN201520174958
【發明人】朱海華, 韓連生, 王建國, 白建民
【申請人】無錫樂爾科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月26日