專利名稱：流經(jīng)負載的電流的線外測量的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以高于300V的電壓并在高于1 MHz的頻率向諧振負載供 電，并且具體地涉及測量流經(jīng)此類負載的電流。
背景技術：
尤其是是對汽車等離子點火的應用，諧振頻率高于1 MHz的諧振器安 排在火花塞處并且典型地以高于300V的電壓進行供電并且經(jīng)受高于5A的 電流。這種應用必須使用高品質因數(shù)的射頻諧振器和一個工作頻率非常接 近該諧振器的諧振頻率的高壓發(fā)生器。諧振器的諧振頻率與發(fā)生器的工作 頻率之間的差值被降低得越多，該諧振器的諧振器放大因數(shù)(其輸出電壓 與其輸入電壓之比)就越高。品質因數(shù)越高該發(fā)生器的工作頻率就必須越 接近其諧振頻率。
多個參數(shù)對諧振頻率有影響制造公差、燃燒室中的或者冷卻回路中 的溫度，或者該諧振器部件中的老化漂移。因此，該諧振頻率的演化難于 預見或者控制。
祠服控制:汰術允許將一個供電壓保持在接近于該諧振器諧振頻率的一 個頻率上。 一種技術具體包括在向該諧振器供電時進行電流和電壓測量。 測量諧振器輸出的電流與電壓之間的相位角允許進行該伺服控制。
如在圖1中所示， 一種公知裝置包括將發(fā)生器連接到一個諧振器3的 一根電纜l。電纜l包括多個導體8和一個屏蔽2。諧振器3包括一個電感 器4、 一個電容器5和一個電阻6。為了限制諧振器與發(fā)生器之間的導體的 數(shù)量， 一個電流測量裝置被置于發(fā)生器處。然而，該電纜l引入寄生電容， 它在圖1的等效電路中表示為電容器7。于是在電纜中出現(xiàn)泄漏電流并且強烈地改變了在發(fā)生器輸出端測量的電流的波形。
如圖2中所示，在發(fā)生器輸出端的測量信號22相對于諧振器輸入端3 的電流21受到相移。另外，該信號22受到由于該諧振器與電纜1的寄生 電容之間的耦合造成的高頻寄生諧振的影響。于是該伺月艮控制的性能被強 烈降低。沒有公知的方案允許對這樣頻率值提高在發(fā)生器處的測量信號的 精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在消除這些缺點中的一個或多個。因此本發(fā)明提出用于測量 流經(jīng)一個負載的電流的一種電路，包括
一個電纜，該電纜在第一和第二端之間具有第一和第二導體以及一個 屏蔽，這些導體能夠在該第一端連接到一個負載并且在該第二端連接到一 個發(fā)生器，該屏蔽在該第一端不接地；以及
一個變壓器，具有至少第一、第二和第三繞組，該第一繞組在該電纜 的第二端連接到一個導體，該第二繞組在該電纜的第二端連接在地與該屏 蔽之間，該第三繞組能夠被連接到一個電流測量裝置上。


本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將會從以下參照附圖以示意的方式而絕非限 制的方式進行的說明中清楚地顯現(xiàn)，在附圖中
圖1示出一個諧振器借助于一個電纜的連接及其等效電路；
圖2示出諧振器輸入電流和在發(fā)生器處測量的信號；
圖3示出在一個連接電纜中的寄生電容和電流；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一個連接電纜和一個測量裝 置；并且
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個變例的一個連接電纜和一個測量裝置。
具體實施例方式
5本發(fā)明提出測量借助于一根屏蔽的電纜發(fā)送到一個諧振負載的電流。 該測量借助于一個三繞組變壓器在該電纜與一個發(fā)生器的連接處進行。使 用流經(jīng)該電纜的屏蔽的電流，這些電流與該電纜的寄生電容成比例。該變 壓器繞組之一恢復流經(jīng)該屏蔽的電流以便在測量裝置處補償由于電纜的寄 生電容造成的泄漏。
以此方式，可以進行發(fā)送到該諧振負栽的電流的準確測量，而不需要 在負栽處的一個測量探頭以及一個附加的電纜來把該信號傳導到發(fā)生器。
圖3示出在一個第一端連接到一個諧振器3并在一個第二端連接到一 個發(fā)生器19的電纜1。該電纜1包括連接到發(fā)生器19的高壓端的一個第 一導體11、 一個接地的第二導體12以及一個屏蔽。該發(fā)生器能夠以高于1 MHz的頻率發(fā)送一種高電壓、該諧振器的諧振頻率也高于5 MHz。
電容Ccb是從每個導體11和11相對該屏蔽的單位長度電容導出。電 容Ccc是從導體11和12之間的單位長度電容導出。通過考慮該波長相對 于電纜的長度而言(對于設計用于汽車點火的一根電纜，該電纜的長度會 通常在100至1500 mm之間)非常地大，從而推出以下的公式
Ig = Icm + Ib
Icm = Ir + Icc
Ib = Icb = Icc x Ccc/Ccb
Ir Icm — Icc = Ig — Ib x Ccb/Ccc — Ib =Ig — (1 + Ccb/Ccc ) x Ib
式中Ig是由該發(fā)生器發(fā)送進導體11中的電流、Icm是在該電纜的第 二端離開導體12的電流、Ib是在該屏蔽與地之間的電流，Ir是在諧振器 處注入的電流、Icc是電容Ccc中的電流、而Icb是電容Ccb中的電流。
關系式Ig = Icm + Ib表明沒有從火花塞帽直接對地的電流回流。該結 果例如是通過添加圍繞這些導體的一個磁路而得到的，在這些導體中電流 Ig、 Icm和Ib在該連接器的上游流動。該結果還可以通過圍繞該電纜添加 一個鐵氧體環(huán)而得到。
圖4示出才艮據(jù)本發(fā)明的一個測量電路的一個實施方案，該實施方案的測量電路使用電流Ib校正在該電纜的第二端進行的電流測量。該測量電路
包括上文詳述的一個電纜1和一個三繞組變壓器13。具體地說是可以使用 一種屏蔽的雙股絞線電纜。這些導體11和12旨在于電纜的第一端連接到 諧振器并且在電纜的第二端連接到發(fā)生器。
變壓器13的第一繞組31旨在于電纜1的第二端處連接在發(fā)生器的高 壓輸出與導體11之間。流經(jīng)繞組31的電流是流經(jīng)該諧振器的電流與由電 纜1的寄生電容感生的電流之和。該變壓器的第二繞組32在電纜的第二端 處連接在地與屏蔽2之間。屏蔽2在該電纜的第一端不進行電連接。流經(jīng) 第二繞組32的電流代表由電纜的寄生電容感生的電流。第三繞組33連接 到一個電流測量裝置14的終端上，該電流測量裝置典型地是一個RC電路。 所示出的測量裝置14包括一個電容器15和一個電阻16。電感器34代表 該變壓器的泄漏電感。
繞組33的作用是以一種本身已知的方式進行電流測量。繞組31和32 以相反的方向繞制，以使電流Ib補償電流Ig與該測量信號中的電流Ir之 間的差。從而流經(jīng)第三繞組22中的電流更加能夠代表流經(jīng)該諧振器的電流 Ir。
為了形成用于具有頻控制電路的諧振器的一種供電裝置，與該測量電 路并列安置了裝備有恢復由測量裝置14提供的測量信號的頻率控制裝置 的一個發(fā)生器。以一種本身已知的方式，該伺服控制裝置根據(jù)該測量信號 來改變供電壓的頻率，例如通過首先確定測量信號與供電壓之間的相位。
該供電裝置有利地用于形成具有提供了兩個電極的諧振器的一種等離 子發(fā)生系統(tǒng)。該供電裝置還可提供具有高于1 MHz的頻率的一種諧振器， 在該供電壓的存在下這兩個電極之間形成等離子。該諧振器可以具體是汽 車點火裝置的 一個火花塞線圏。
圖5示出該測量電路的另一個變例，該變例優(yōu)化了補償作用并且被設 計用于得到所希望的補償必而不受繞組32匝數(shù)的限制。在該變例中一個電 阻橋將來自補償橋發(fā)出的電流的一部分直接地接地。在所示的實施例中， 以電阻性連接17和18的適當阻值R17和R18來得到優(yōu)化的補償。事實上，計算和測量使之能夠推出，即使利用繞組31和32中相同的 匝數(shù)，這些寄生電流的補償也是不完全的。該現(xiàn)象可以由導體之間單位長 度電容與一個導體與該屏蔽之間的單位長度電容之間的差值來解釋。事實 上，該比值R18/(R17+R18)大致等于比值Icb/(Icc+Icb )除以繞組31與繞 組32之間的變壓比。假定繞組32在事實上抽頭的而繞組31不抽頭，只有 在電流Icc等于電流Icb時該補償才是準確的，由于在這些單位長度電容 中的差值，這是未經(jīng)aii的。因此使用一個電阻橋來調(diào)節(jié)該比值。該電阻 橋可以基于該電纜的單位長度電容而進行設計。
為了優(yōu)化該補償，還有可能以一種適當?shù)姆绞较鄬τ诶@組31的匝數(shù)對 繞組32的匝數(shù)進行適配。
另外，這些電阻性連接17和18以及該電纜的寄生電容可能通過RC 濾波降低繞組32的帶寬，這可能在使用的頻率上改變該補償。因此，有利 的是在連接17和18中包括足夠的電抗成分以優(yōu)化該測量電路的動態(tài)性能。
該RC電路有利地配置為具有泄漏電感34譬如以形成一個濾波器，其 帶寬中心定在該諧振器的諧振頻率上，并且其方式是J吏在該電阻器兩端的 電壓不脫離該伺月艮控制裝置的電壓范圍。
繞組31的感抗不能太大以便不影響開環(huán)供電裝置的性能。在實踐中， 變壓器13可以具有一個小尺寸環(huán)形線圏(20mm左右的外徑)，它是由在 該工作頻率下保持其特性的磁性材料(譬如鐵氧體4C65)制造的。以一個 單匝的繞組31，該電感可以限制為30nH。為了限制流經(jīng)繞組33的電流， 后者優(yōu)選具有的匝數(shù)要遠大于繞組31的匝數(shù)，例如在上述實例中為加匝。
權利要求
1.一種用于測量流經(jīng)一個負載的電流的電路，包括一個電纜(1)，該電纜在第一和第二端之間具有第一和第二導體(11、12)以及一個屏蔽(2)，這些導體能夠在該第一端處連接到一個負載(3)并且在該第二端處連接到一個發(fā)生器(19)，該屏蔽在該第一端處不接地；一個變壓器(3)，具有至少第一、第二和第三繞組(31至33)，該第一繞組在該電纜的第二端連接到一個導體上，該第二繞組在該電纜的第二端連接在地與該屏蔽之間，該第三繞組能夠被連接到一個電流測量裝置(14)。
2. 如權利要求1所述的電流測量電路，包括一個連接第三繞組(33) 諸終端的一個電流測量裝置(14)。
3. 如權利要求2所述的電流測量電路，其中該電流測量裝置(14)是一個RC電路。
4.一種對一個負載供電的裝置，包括一個如權利要求3所述的電流測量電路；一個發(fā)生器(19)，該發(fā)生器在該電纜(1)的第二端連接到該第一和 第二導體(ll、 12)并且能夠以高于lMHz頻率向它們提供一種供電電壓， 該發(fā)生器(19)包括一個頻率控制電路，該頻率控制電路連接到該測量裝 置并且根據(jù)由該測量裝置提供的信號改變該供電壓的頻率。
5. 如權利要求4所述的供電裝置，其中該第一繞組(31)連接在該發(fā) 生器的一個高壓輸出與該第一導體(11)之間。
6. 如權利要求5所述的供電裝置，其中第一和笫二繞組(31、 32)沿 相反的方向繞制。
7. 如權利要求5或6所述的供電裝置，包括在該第二端連接在該屏蔽 (2)與該第二導體(12)之間的一個電阻(17， 18)。
8. 如權利要求7所述的供電裝置，包括在該第二端連接在該屏蔽與該 第二導體之間的 一個有源器件。
9.一種等離子發(fā)生系統(tǒng)，包括一個如權利要求4至8中任一項所述的裝置；和一個具有高于i MHz的諧振頻率的負栽，該負載在該第一端連接到該 電纜的諸導體上，包括兩個電極并且能夠在該發(fā)生器發(fā)送其供電電壓時在 這兩個電極之間產(chǎn)生一種等離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負載測量電路，包括一個電纜(1)，該電纜設有第一和第二導體(11、12)以及一個屏蔽(2)，其中所述導體在它們的端連接到一個負載(3)，該屏蔽在所述端不接地，并且這些導體在其另一個端連接到一個發(fā)生器(19)，一個變壓器(3)包括在該電纜的另一端連接到一個導體上的一個第一繞組，一個第二繞組在該電纜的另一個端連接在地與該屏蔽之間并且一個第三繞組連接到一個電流測量部件(14)。
文檔編號H01T13/60GK101317096SQ200680044485
公開日2008年12月3日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權日2005年11月28日
發(fā)明者A·阿涅雷, C·努瓦爾 申請人:雷諾股份公司