一種基于差分布線的pcb羅氏線圈電流感應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，包括PCB板，PCB板上開設(shè)有通孔、內(nèi)徑導(dǎo)孔對和外徑導(dǎo)孔對，內(nèi)徑導(dǎo)孔對和外徑導(dǎo)孔對沿PCB線圈的圓心分布；外徑導(dǎo)孔對和內(nèi)徑導(dǎo)孔對均包括一對間隔預(yù)定距離、且距離圓心相等的導(dǎo)孔，PCB板上還設(shè)置有一個(gè)公共端過孔和一對差分布線銅箔，公共端過孔位于某一外徑導(dǎo)孔對的對稱線上，該外徑導(dǎo)孔對的外徑導(dǎo)孔分別為第一差分銅箔線的起點(diǎn)、第二差分銅箔線的終點(diǎn)；公共端過孔為第一差分銅箔線的起點(diǎn)及第一差分銅箔線的終點(diǎn)；第一差分銅箔線和第二差分銅箔線依次穿過內(nèi)徑導(dǎo)孔對和外徑導(dǎo)對形成兩個(gè)平行的線圈。本發(fā)明由于采用了差分布線，差分信號嚴(yán)格對稱，有很好的抗干擾能力。
【專利說明】—種基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電流互感器，具體涉及一種新基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]基于目前的技術(shù)水平，在電子式電流互感器領(lǐng)域中，有源式空心線圈電流互感器的性能較為穩(wěn)定，基本能夠滿足實(shí)用性的要求，所以得到了國內(nèi)外電力行業(yè)的普遍重視，成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。
[0003]羅氏線圈(Rogowski Coil，全稱羅哥夫斯基線圈，由于羅氏線圈不含鐵芯，也稱空心線圈)是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈，輸出信號是電流對時(shí)間的微分，通過一個(gè)對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測量、響應(yīng)速度快、無磁飽和問題，適用于大電流測試、幾乎沒有相位誤差、帶寬范圍大等的特點(diǎn)，故其可應(yīng)用于繼電保護(hù)，可控硅整流，變頻調(diào)速，電阻焊等信號嚴(yán)重畸變以及電爐、短路測試、雷電信號采集等大電流的場合。
[0004]如圖1所 示，傳統(tǒng)的羅氏線圈是將漆包線在(非磁性)骨架繞制而成的環(huán)形線圈，在輸出端通過積分電路將信號還原，其主要理論依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律，當(dāng)待測載流導(dǎo)體與線圈平面垂直、且位于線圈中心時(shí)，由右手定則可知，待檢測的載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁力線沿圓周方向，由于載流導(dǎo)體電流會(huì)變化，從而使穿過線圈的磁通量發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈的輸出電壓V=-[(A.N.u)/l].di/dt，其中，A為線圈的截面積、N為線圈匝數(shù)、u為空氣磁導(dǎo)率、1=2 π r，之后，通過對積分電路的測量反過來求出待測的載流導(dǎo)體的電流，詳細(xì)說明請參閱http://en.wikipedia.0rg/wiki/Rogowski_coilο
[0005]但由于線圈的繞制工藝，在批量生產(chǎn)時(shí)難于保證一致性(參數(shù)表現(xiàn)主要為電感量、阻抗等)，難于保證其測量精度，需要對超出誤差的線圈進(jìn)行單獨(dú)的修正，導(dǎo)致生產(chǎn)成本和售后費(fèi)用飆升。同時(shí)線圈在寬溫度的工作環(huán)境下，由于溫度變化引起形狀變化(參數(shù)表現(xiàn)主要為電感量、阻抗等的變化)，難于在寬溫度保證其測量精度，需在電路上進(jìn)行溫度補(bǔ)償，為了不喪失帶寬，還需要阻抗的補(bǔ)償，其電路設(shè)計(jì)難度大、成本高。
[0006]上述羅氏線圈的問題可以通過PCB羅氏線圈克服，由于PCB羅氏線圈使用印制工藝，目前已經(jīng)達(dá)到Imil的精度(Imil = 25.4微米)，很好的保證了批量生產(chǎn)的一致性。銅箔厚度和板材介電常數(shù)【FR4 (FR4是一種耐燃材料等級的代號，所代表的意思是樹脂材料經(jīng)過燃燒狀態(tài)必須能夠自行熄滅的一種材料規(guī)格)的介電常數(shù)為4.5，損耗角小于0.03)的一致性，很好的保證了阻抗的一致性。目前，F(xiàn)R4型電路板高頻響應(yīng)能達(dá)800MHz (延時(shí)為光速的 150%)ο
[0007]另外，膨脹系數(shù)低的板材(FR4型大約為6ppm/°C)和高精度的銅箔布線，在批量產(chǎn)品中溫度引起的電感量和阻抗變化曲線是一致的，便于在電路進(jìn)行相同的補(bǔ)償。
[0008]如圖2a、圖2b和圖2c所示，現(xiàn)有的PCB羅氏線圈(該P(yáng)CB羅氏線圈的圖片來自于http://www.hindaw1.com/journals/ame/2013/37530l/fig2/ )是將一根漆包線繞制在環(huán)形的電路板上來形成PCB羅氏線圈，其計(jì)算模型如圖3所示，待測載流導(dǎo)體的電流為i(t)、線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢為U、線圈的匝數(shù)為N、互感系數(shù)M、磁場強(qiáng)度H、μ O為PCB磁導(dǎo)率，利用安培(環(huán)路)定律H(x) = i (t)/2 31 X，可推導(dǎo)出:
【權(quán)利要求】
1.一種基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，包括PCB板，所述PCB板上開設(shè)有通孔、若干圍繞所述通孔的內(nèi)徑導(dǎo)孔對和外徑導(dǎo)孔對，所述內(nèi)徑導(dǎo)孔對沿內(nèi)半徑圓周均勻分布，所述外徑導(dǎo)孔對沿外半徑圓周均勻分布，且內(nèi)半徑圓周與外半徑圓周同圓心；所述外徑導(dǎo)孔對包括一對間隔預(yù)定距離、且距離圓心相等的外徑導(dǎo)孔；所述內(nèi)徑導(dǎo)孔對包括一對間隔所述預(yù)定距離、且距離圓心相等的內(nèi)徑導(dǎo)孔； 所述PCB板上還設(shè)置有一個(gè)公共端過孔和一對差分布線銅箔，所述差分布線銅箔包括第一差分銅箔線和第二差分銅箔線；所述公共端過孔位于某一外徑導(dǎo)孔對的對稱線上，該某一外徑導(dǎo)孔對的外徑導(dǎo)孔分別為第一差分銅箔線的起點(diǎn)、第二差分銅箔線的終點(diǎn)；所述公共端過孔為第二差分銅箔線的起點(diǎn)及第一差分銅箔線的終點(diǎn)； 所述第一差分銅箔線和第二差分銅箔線依次穿過所述內(nèi)徑導(dǎo)孔對和外徑導(dǎo)對在PCB板上走線形成兩個(gè)平行的線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，在內(nèi)徑導(dǎo)孔對一側(cè)所述第一差分銅箔線與第二差分銅箔線之間形成的夾角大于，外徑導(dǎo)孔對一側(cè)所述第一差分銅箔線與第二差分銅箔線之間形成的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，在PCB板的正面上設(shè)置第一閉環(huán)銅箔，第一閉環(huán)銅箔位于所述通孔和內(nèi)徑導(dǎo)孔對之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，在PCB板的背面上對應(yīng)設(shè)置有第二閉環(huán)銅箔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，所述預(yù)定距離為5mil。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于差分布線的PCB羅氏線圈電流感應(yīng)器，其特征在于，所述通孔為與內(nèi)半徑圓周同圓心的圓孔。
【文檔編號】G01R15/18GK104034943SQ201410282612
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】舒正福, 羅飛 申請人:深圳市中鵬電子有限公司