專利名稱：具電流感測功能的電感器及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電感器及其電路的設(shè)計架構(gòu)，尤指一種具有電流感測功 能的電感器及其電路。
背景技術(shù)：
電感器普遍應(yīng)用于切換式功率轉(zhuǎn)換電路(Switched Mode Power conversion Circuit)上，用以儲存能量以及過濾電路上的電壓和電流。以目前的應(yīng)用來看， 流經(jīng)電感器的瞬間電流是一個重要參數(shù)，其對一般的控制電路操作方面有很大 的影響，因此業(yè)界紛紛提出測量電感器上電流的方法，期望能精確獲知電感器 電流以使電路能正常操作。請參考圖l，該圖為現(xiàn)有電流感測電路的一具體實施例電路圖，其中該電 路顯示了降壓或順向式轉(zhuǎn)換器(Buck or Forward Converter)的輸出部分。如圖1 所示，電流感測電路l包括有一電感器ll、 一電流感測電阻12以及一放大器 15。所述的電感器11包括一感應(yīng)式線圈111及表示其線圈上的電阻113。電 感器11上的電流會傳送到一電容13，而該電流感測電阻12即設(shè)置于電流傳 送的路徑上。當(dāng)電流流經(jīng)電流感測電阻12的同時，會造成電流感測電阻12 兩端的電壓有少部分的落差，之后藉由放大器15耦接于電流感測電阻12的兩 端以感測出上述電壓的微量落差，并將電壓差放大以提供給其它控制電路(圖 中未示)使用。雖然電流感測電阻12兩端的電壓差值極小，但當(dāng)電感器11上的電流很大 的時候，電路上功率的損失亦會隨之增大。例如，在電流感測電阻12兩端的 電壓差值為50mV，且電感器11上的電流為20A的情況下，將會產(chǎn)生1W的 功率損失值。接著，請參閱圖2，該圖為現(xiàn)有電流感測電路的另一具體實施例電路圖， 其中該電路顯示了降壓或順向式轉(zhuǎn)換器(Buck or Forward Converter)的輸出部 分。如圖2所示，電流感測電路2包括有一電感器21、 一電流感測變壓器22、一放大器25、 一整流二極管27以及一電流感測電阻29。所述的電感器21包 括一感應(yīng)式線圈211及其線圈上的電阻213。電感器21上的電流會傳送到一 電容23，而該電流感測變壓器22即設(shè)置于電流傳送的路徑上。當(dāng)電流流經(jīng)電 流感測變壓器22的同時，電流會經(jīng)由整流二極管27而流至電流感測電阻29， 如此于電流感測電阻29的兩端會產(chǎn)生較大的電壓差，之后藉由放大器25感測 出上述電壓的落差后，并將其放大以提供給其它控制電路(圖中未示)使用。相較于圖l，圖2藉由電流感測變壓器22的圈數(shù)比(tum-ratio)，放大電流 感測電阻29兩端的電壓落差，使得電流感測變壓器22的初級繞組221的電壓 落差值減少許多，進(jìn)而解決電路上功率損失的問題。然而，圖2的設(shè)計架構(gòu)不 適用于連續(xù)電感電流模式(Continuous-Inductor-Current-Mode)操作，因為連續(xù)的 直流電感電流會引致電流感測變壓器22磁飽和而使得電路無法運作。而使用 不連續(xù)電感電流模式時，當(dāng)電感電流中斷時，整流二極管27會允許電流感測 變壓器22電磁性地重置。再來，請參考圖3，該圖為現(xiàn)有電流感測電路的又一具體實施例電路圖， 其中該電路顯示了降壓或順向式轉(zhuǎn)換器(Buck or Forward Converter)的輸出部 分。如圖3所示，電流感測電路3包括有一電感器31、 一低通濾波器(Low-pass Filter)32以及一放大器35。所述的電感器31包括一感應(yīng)式線圈311及其線圈 上的電阻313，其中電阻313可視為一電流感測電阻，流經(jīng)其上的電流會傳送 到一電容33;而低通濾波器32包括一串聯(lián)電阻321以及一并聯(lián)電容323，用 來感測電阻313兩端微量的電壓差。電感器31上的電壓經(jīng)由低通濾波器32 而提供給放大器35，由放大器35耦接于電感器31以及低通濾波器32之間， 以將所接收到的電壓差放大后輸出給其它控制電路(圖中未示)使用。因為低通濾波器32把存在于感應(yīng)式線圈311兩端的強大交流電壓濾除， 因而使得電阻313兩端的微小直流電壓差較易檢測，可以免除了一個外加電 阻，進(jìn)而解決電路上功率損失的問題。但由于低通濾波器32會嚴(yán)重延遲電路 的響應(yīng)時間，且電阻313的大小容易隨著銅線溫度而改變，如此亦增加電流感 測的誤差。承上所述，目前提出的電流感測電路皆有其各自的缺點。 發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提出一種具有電流感測功能的電感器，該電感器中增加 一額外的線圈來抵消電感電壓，進(jìn)而利用其余下的電阻性電壓降作為電流檢 測，免除了外加的感測電阻器或低通濾波電路，以避免現(xiàn)有技術(shù)存在的，如額 外功率損耗及響應(yīng)時間延遲等缺失。本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有電流感測功能的電感器及其應(yīng)用電 路，俾能完善以上所述的電阻性電壓降的溫度特性。本發(fā)明是揭示一種具有電 流感測功能的電感器，該電感器于原電感線圈之外加設(shè)一檢測線圈，該檢測線 圈與該電感線圈串聯(lián)成一串行并電磁性地耦接于該電感線圈，使得電感線圈的 電磁感應(yīng)電壓被檢測線圈的感應(yīng)電壓相抵銷，而不在該串行的兩端顯現(xiàn)，該串 行的兩端因而只顯現(xiàn)在電感線圈上的電阻性電壓降，可用作電流檢測，免除了 外加的感測電阻器或低通濾波電路。本發(fā)明又揭示一種如以上所述的電感器，該電感器的檢測線圈由一互感部 分以及一無感部分組成，其中互感部分電磁性地耦接于電感線圈，無感部分串 接于互感部分，可藉由線材及匝數(shù)的選擇使其具有較高直流電阻值，該無感部 分與電感線圈之間沒有電磁互感。該檢測線圈與該電感線圈串聯(lián)成一串行，使 得電感線圈的電磁感應(yīng)電壓被檢測線圈的互感部分的感應(yīng)電壓相抵銷，而不在 該串行的兩端顯現(xiàn)，該串行的兩端因而只顯現(xiàn)在該電感線圈及該檢測線圈(主 要是其無感部分)上的電阻性電壓降，當(dāng)一參考電流流過檢測線圈時，在檢測 線圈的無感部分會展開一個參考電壓，可用以抵銷因一 電感電流流經(jīng)電感線圈 所產(chǎn)生的電壓降，因此當(dāng)該串行兩端的電壓為零時，可知該電感電流與該參考 電流成一已知比例，而該比例由該電感線圈與該檢測線圈的無感部分的繞組電 阻所決定，在一致的工作溫度之下，不因整體溫度的變化而漂移，因此可藉該 串行兩端的電位差進(jìn)行電流檢測，免除了外加的感測電阻器或低通濾波電路。本發(fā)明更揭示一種如以上所述的電感器，該等電感器并包括有一勵磁線 圈，電磁性地耦接于該電感線圈，以便配合實際電路需要、作為耦合電感器或 變壓器之用。本發(fā)明另揭示以上電感器的一種應(yīng)用電路，利用一參考電流、流經(jīng)所述檢 測線圈，以產(chǎn)生一電壓降，用于抵銷一因電感器電流流經(jīng)電感線圈所產(chǎn)生的電 壓降。當(dāng)該等電壓降完全相互抵銷時，所述的串行兩端電位差為零，可藉由一 放大器檢知，以檢定該電感器電流與該參考電流成該所述的已知比例。以上的概述與接下來的詳細(xì)說明及附圖，皆是為了能進(jìn)一步說明本發(fā)明為 達(dá)成預(yù)定目的所采取的方式、手段及功效。而有關(guān)本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點， 將在后續(xù)的說明及圖式中加以闡述。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)電流感測電路的一具體實施例電路圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)電流感測電路的另一具體實施例電路圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)電流感測電路的又一具體實施例電路圖； 圖4為本發(fā)明所揭示的電流感測電路的一具體實施例電路圖；以及 圖5為本發(fā)明所揭示的電流感測電路的另一具體實施電路圖。主要組件符號說明
現(xiàn)有技術(shù) 電流感測電路1 電感器11感應(yīng)式線圈111 電阻113電流感測電阻12電容13放大器15電流感測電路2電感器21感應(yīng)式線圈211 電阻213電流感測變壓器22電流感測變壓器初級繞組221電容23放大器25整流二極管27電流感測電阻29電流感測電路3電感器31感應(yīng)式線圈311 電阻313低通濾波器32串聯(lián)電阻321 并聯(lián)電容323電容33 放大器35 本發(fā)明電流感測電路4 電感器41 第一互感部分411 第一繞組電阻413 第二互感部分415 無感部分417 第二繞組電阻419電容43 放大器45 參考電流47 電流感測電路5 電感器51 勵磁線圈521 第一互感部分511 第一繞組電阻513 第二互感部分515 無感部分517 第二繞組電阻519放大器55 參考電流5具體實施方式
本發(fā)明所提出的電感器及電流感測電路，是在電感器中增加一檢測線圈并 以其感應(yīng)電壓來抵銷原本電感線圈中的感應(yīng)電壓，以便提供一個純凈的電阻性 電壓降，用作電流檢測，免除了外加的感測電阻器或低通濾波電路，以避免現(xiàn) 有技術(shù)存在的、如額外功率損耗或響應(yīng)時間延遲等缺失。本發(fā)明主要技術(shù)特征在于電感器的設(shè)計及其應(yīng)用于電流感測電路的態(tài)樣，以下就僅提出必要的電路架構(gòu)部分，然而，熟悉該項技術(shù)的人員應(yīng)當(dāng)知道，除 了以下所提及的構(gòu)件，電流感測電路中當(dāng)然包括其它的必要組件，因此，不應(yīng) 以本實施例揭露者為限。首先，請參閱圖4，該圖為本發(fā)明所揭示的電流感測電路的一具體實施例電路圖。如圖4所示，電流檢測電路4特別具有一電感器41以及一放大器45。 所述的電感器41包括一由一第一互感部分411及一第一繞組電阻413組成的 電感線圈、 一由一第二繞組電阻419、 一第二互感部分415及一無感部分417 組成的檢測線圈，其中所述的第二互感部分415電磁性地耦接于第一互感部分 411，而無感部分417串接于第二互感部分415，但與第一互感部分411沒有 電磁互感。具體來說，第一繞組電阻413的功能類似于一般的電流感測電阻， 流經(jīng)其上的電流會傳送到一電容43。放大器45耦接于電感線圈411、 413以 及上述檢測線圈415、 417、 419所串聯(lián)而成的一串行兩端，橫跨第一互感部分 411以及第一繞組電阻413的電壓會經(jīng)由第二互感部分415、無感部分417以 及第二繞組電阻419耦合到上述的放大器45，并經(jīng)其放大后供給其它控制電 路(圖中未示)使用。于本實施例中，第二互感部分415用來感應(yīng)出一等同于第一互感部分411 的電壓，因此第一互感部分411兩端的電壓值會被第二互感部分415的電壓值 相抵銷，而不會在放大器45的輸入端出現(xiàn)。電流感測電路4上存在一穩(wěn)定的參考電流47，因此第二繞組電阻419兩 端的電壓亦是固定的，藉由適當(dāng)調(diào)整參考電流47的大小，使得第二繞組電阻 419的電壓可用來削減第一繞組電阻413上的電壓，因此放大器45可以精確 地感測出在適當(dāng)調(diào)整參考電流47的情況下流經(jīng)電感線圈411、413上的電流大 小。在本實施例中，無感部分417可藉由使用較細(xì)的線材及較多的匝數(shù)，使 第二繞組電阻419遠(yuǎn)高于第一繞組電阻413，進(jìn)而使參考電流47遠(yuǎn)小于電感 線圈411、 413的電流值，如此可減少能量損失的情況。接著，請參考圖5，該圖為本發(fā)明所揭示的電流感測電路的另一具體實施 電路圖。如圖5所示，電流感測電路5特別具有一電感器51以及一放大器55。 所述的電感器51包括一勵磁線圈521、 一由一第一互感部分511及一第一繞 組電阻513組成的電感線圈、 一由一第二繞組電阻519、 一由一第二互感部分 515及一無感部分517組成的檢測線圈，其中所述的第二互感部分515電磁性地耦接于第一互感部分511，而無感部分517串接于第二互感部分515，但與 第一互感部分511沒有電磁互感。具體來說，第一繞組電阻513的功能類似于 一般的電流感測電阻。于本實施例中，勵磁線圈521與第一互感部分511相互 電磁性地耦接，可用作一返馳式轉(zhuǎn)換器電路(Flyback Converter Circuit)中的一 耦合電感器(Coupled Inductor),或一順向式轉(zhuǎn)換器電路(Forward Converter Circuit)中的一順向變壓器(ForwardTransform)。其中，電流會藉由整流及濾波 電路(圖中未示)經(jīng)電感線圈511、 513流到輸出電路(圖中未示)。
放大器55耦接于電感線圈511、 513以及上述檢測線圈515、 517、 519 串聯(lián)而成的一串行兩端，橫跨第一互感部分5U以及第一繞組電阻513的電壓 會經(jīng)由第二互感部分515、無感部分517以及第二繞組電阻519耦合到上述的 放大器55，并經(jīng)其放大后供給其它控制電路(圖中未示)使用。
于本實施例中，第二互感部分515用來感應(yīng)出一等同于第一互感部分5U 的電壓，因此第一互感部分511兩端的電壓值會被第二互感部分515的電壓值 相抵銷，而不會在放大器55的輸入端出現(xiàn)。
電流感測電路5上存在一穩(wěn)定的參考電流57，因此第二繞組電阻519兩 端的電壓亦是固定的，藉由適當(dāng)調(diào)整參考電流57的大小，第二繞組電阻519 的電壓可用來削減第一繞組電阻513上的電壓，因此放大器55可以精確地感 測出在適當(dāng)調(diào)整參考電流57的情況下流經(jīng)電感線圈511、 513的電流大小。
于本實施例中，無感部分517可藉由使用較細(xì)的線材及較多匝數(shù)，使第 二繞組電阻519遠(yuǎn)高于第一繞組電阻513，進(jìn)而使參考電流57遠(yuǎn)小于電感線 圈511、 513的電流值，如此可減少能量損失的情況。藉由以上實例詳述，當(dāng) 可知悉本發(fā)明的電感器及電流感測電路，是在電感器中增設(shè)一檢測線圈來取代 現(xiàn)有電路中的電流感測電阻或低通濾波器，如此可準(zhǔn)確感測出電感器電流，并 兼顧減少能量損失以及避免電路響應(yīng)時間延遲的功效。而其中所述的如檢測線 圈的無感部分、檢測線圈的繞組電阻、及參考電流等，均為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)改良， 并非不能減省的必要部分。
雖然本發(fā)明己以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在不 背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作 出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán) 利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種電感器，其特征在于，包括有一電感線圈；以及一檢測線圈，電磁性地耦接于該電感線圈；其中，該檢測線圈與該電感線圈串聯(lián)連接成一串行，使得該電感線圈的電磁感應(yīng)電壓被該檢測線圈的感應(yīng)電壓相抵銷，而不在該串行的兩端顯現(xiàn)。
2、 如權(quán)利要求l所述的電感器，其特征在于，該檢測線圈由一互感部分 以及一無感部分組成，其中該互感部分電磁性地耦接于該電感線圈，而該無感 部分串接于該互感部分。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的電感器，其特征在于，更包括有.-一勵磁線圈，電磁性地耦接于該電感線圈。
4、 一種電流感測電路，其特征在于，包括有 一如權(quán)利要求]、2或3所述的電感器； 一偏置電流，流經(jīng)該檢測線圈；以及一放大器，其輸入端耦接于該串行兩端，用于檢測其間的電位差，以作電 流感測之用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有電流感測功能的電感器，包括有一電感線圈以及一檢測線圈。其中該檢測線圈電磁性地耦接于該電感線圈，藉由檢測線圈上的感應(yīng)電壓以抵銷電感線圈上的感應(yīng)電壓，來提供一個電阻性的電壓降；該檢測線圈并包含一具有較高直流電阻的無感部分，該直流電阻與該電感線圈的電阻成一定比例。
文檔編號H01F27/28GK101593618SQ20081011102
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者張志雄 申請人:栢怡國際股份有限公司