[發明專利]無源式交流電流感測器

無效

• 申請號: 201210090978.2
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102735900A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 謝協伸;鍾廷翊;張恒中
• 申請（專利權）人: 臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張龍哺;馮志云

技術領域

本發明關于一種電流感測器，且特別關于一種無源式交流電流感測器。

背景技術

在工業設計上，常應用電流的檢測于系統過流保護及電流控制，例如電能衰減檢測、馬達超載檢測保護、電源的電流模式控制以及控制系統診斷等等。

現有的電流感測器的感測方式可分為接觸式及非接觸式兩種。接觸式的感測方式利用一感測電路的電路設計，測量感測電路中電阻、電感、電容或晶體管兩端的電壓以計算出感測電流。非接觸式的感測方式感測載流導體周圍產生的磁場，例如電流互感(current?transformer)法、霍爾元件(Hall?element)法、磁致電阻法等，或是通過磁能轉換成力學能的方式，轉而測量物質力學上的變化以獲得感測電流。上述接觸式及非接觸式的感測方式各有其優缺點及適合應用的場合。

其中，如圖1所示，現有利用磁能轉換成力學能的方式的電流感測器1包括一載流的線圈11、一壓阻性元件12以及一微機電系統(Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS)結構層13，線圈11及壓阻性元件12皆設置于微機電系統結構層13上，載流的線圈11放置于載流導體CC產生的磁場中，會受到勞倫茲力FL的作用而施力于微機電系統結構層13，再通過微機電系統結構層13間接施力于壓阻性元件12，以使壓阻性元件12的阻抗降低而產生電壓降，以感知載流導體CC的電流大小。現有的電流感測器1因其為非接觸式的電流感測器，故能夠避免影響被感測的載流導體CC，同時在大電流、大功率的系統中測試時也不會產生大量功耗。

然而，由上段敘述可知，現有的電流感測器1為主動式的電流感測器，必需供電才能使用，并且，在感測過程中，只要載流導體CC有電流通過，電流感測器1就會持續不停地運作，因此，微機電系統結構層13須承受大部分的往復應力，容易有疲勞或老化的問題。此外，為了增加電流感測器1的靈敏度，微機電系統結構層13上會設置多圈的線圈11，但由于通電時線圈11的功率消耗，微機電系統結構層13會發熱導致溫度上升及熱應力作用，而對電流感測器1的作動造成影響。

因此，如何提供一種不需供電即能進行感測的無源式交流電流感測器，其結構層能夠抵抗疲勞或老化問題的發生，并且可避免因設置多圈的線圈產生的結構層發熱現象對感測造成影響，已成為重要課題之一。

發明內容

有鑒于上述課題，本發明的目的為提供一種不需供電即能進行感測的無源式交流電流感測器，其結構層能夠抵抗疲勞或老化問題的發生，并且可避免因設置多圈的線圈產生的結構層發熱現象對感測造成影響。

為達上述目的，依據本發明的一種無源式交流電流感測器，感測一載流導體的電流。無源式交流電流感測器包括一基板、一磁性體、至少一線圈以及一第一測量電路。基板具有一彈性結構層；磁性體對應載流導體設置于基板的一側，線圈設置于基板，且對應環繞磁性體。第一測量電路與線圈連接。其中，當磁性體受到載流導體磁場的作用而與線圈相對運動時，線圈產生一感應電動勢，第一測量電路測量感應電動勢，并據以輸出一第一感測信號。

在一實施例中，基板可為單晶硅基板。

在一實施例中，彈性結構層可為懸浮結構層。

在一實施例中，線圈可由金屬薄膜構成。

在一實施例中，無源式交流電流感測器還可包括一絕緣層，設置于基板與線圈之間。

在一實施例中，無源式交流電流感測器還可包括一信號傳送單元，其與第一測量電路連接。較佳地，無源式交流電流感測器還可包括一壓電元件，設置于基板。其中，壓電元件、磁性體及彈性結構層構成一壓電式能量獲取器，當磁性體受到載流導體磁場的作用而產生靜磁力施力于彈性結構層，彈性結構層產生的應力作用使壓電元件兩端產生電位差，以提供能量予信號傳送單元。

在一實施例中，無源式交流電流感測器還可包括一壓電元件及一第二測量電路，設置于基板。第二測量電路連接壓電元件，當磁性體受到載流導體磁場的作用而產生靜磁力施力于彈性結構層，彈性結構層產生的應力作用使壓電元件兩端產生電位差，第二測量電路測量壓電元件兩端的電位差，并依據壓電元件的電位差輸出一第二感測信號。

在一實施例中，壓電元件可由壓電薄膜構成。