一種抗磁場干擾兩塊pcb開口羅氏線圈設計方法與實現的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅氏線圈設計方法與實現。兩塊PCB開口羅氏線圈，由位于兩塊PCB上的兩組繞線方向相反的線圈第一線圈和第二線圈串聯而成，包括了若干個串聯的相同組成單元，所有組成單元的中心均勻分布在待測電流產生的磁場的一條磁力線上。每一個組成單元包括了第一線圈和第二線圈的各一圈線匝，這兩圈線匝緊密相鄰，每一圈線匝包括進線、出線及繞線，最后一個組成單元的兩條出線直接相連。繞線由位于不同層的布線和不同層之間的過孔環繞而成，繞線平面垂直于PCB表面，繞線的布線路徑在垂直于PCB表面的方向上重合。通過該繞線截面中心的磁力線法線方向和繞線截面方向近似同向，切線方向和繞線截面近似垂直。
【專利說明】-種抗磁場干擾兩塊PCB開口羅氏線圈設計方法與實現

【技術領域】
[0001] 本發明總的涉及電流傳感器中的PCB(印刷電路板）羅氏線圈，具體涉及一種抗磁 場干擾兩塊PCB開口羅氏線圈設計方法與實現。

【背景技術】
[0002] 羅氏（Rogowski)線圈是將導線均勻地繞在截面均勻的非磁性材料的框架上形成 的線圈。羅氏線圈因其具有重量輕、頻帶寬、線性度好且無磁飽和現象等特點，已普遍應用 于電流測量裝置中。羅氏線圈測量電流精度比較高，測量信號帶寬大，可以用較低的成本實 現電氣隔離測量，耐受電流能力幾乎無限大，適用于具有固定位置載流導體電流的精確測 量，可以應用于繼電保護等領域。
[0003] 羅氏線圈依據其測量時是否可以打開，可以分成閉合羅氏線圈和開口羅氏線圈。 圖1顯示的是開口羅氏線圈100測量載流導體113中交流電流I (t)的過程，圖IA顯示的 是開口羅氏線圈100處于打開狀態，圖IB顯示的是開口羅氏線圈100處于閉合狀態。
[0004] 圖IA和圖IB顯示的開口羅氏線圈100由兩半線圈：線圈101和線圈102組成。線 圈101由如下部分組成：信號輸出端103、信號輸出端104,信號輸出端103到線圈101端點 109之間的環形繞組107,線圈101端點109到信號輸出端104之間的回線匝111。線圈102 由如下部分組成：信號輸出端105、信號輸出端106,信號輸出端105到線圈102端點110之 間的環形繞組108,線圈102端點110到信號輸出端106之問的回線匝112。線圈101的信 號輸出端104和線圈102的信號輸出端106相連，組成完整的開口羅氏線圈100,線圈101 的信號輸出端103和線圈102的信號輸出端105,作為開口羅氏線圈100的兩個信號輸出 端。
[0005] 當應用開口羅氏線圈100測量載流導體113中待測交流電流I (t)時，首先需要打 開開口羅氏線圈100的兩半線圈：線圈101和線圈102,去包圍載流導體113,隨后閉合開口 羅氏線圈100的兩半線圈：線圈101和線圈102,讓載流導體113處于閉合后的開口羅氏線 圈100的中心。為了保證測量精度，需要讓載流導體113垂直穿過開口羅氏線圈100的中 心，載流導體113的中心和開口羅氏線圈100的中心重合。開口羅氏線圈100環繞在載流 導體113周圍，當待測交流電流I (t)流過載流導體113時，待測交流電流I (t)會在載流導 體113周圍產生交流磁場，磁力線近似為以載流導體113中心為圓心的圓。
[0006] 開口羅氏線圈100的線圈101的環形繞組107的各圈線匝中心，和線圈102的環 形繞組108的各圈線匝中心，就位于其中的一條圓形磁力線上。開口羅氏線圈100的線圈 101的環形繞組107的各圈線匝對應的截面積相等，各圈線匝截面方向和過該截面中心的 磁力線法線方向（即該截面中心到載流導體113中心半徑方向）近似一致，截面和該圓形 磁力線的切線方向近似垂直。開口羅氏線圈100的線圈102的環形繞組108的各圈線匝對 應的截面積相等，各圈線匝截面方向和過該截面中心的磁力線法線方向（即該截面中心到 載流導體113中心半徑方向）近似一致，截面和該圓形磁力線的切線方向近似垂直。這樣 可以保證開口羅氏線圈100的線圈101的環形繞組107的各個線匝的磁通c^(t)和線圈 102的環形繞組108的各個線匝的磁通Mt),全部近似相等，而且該磁通和電流成正比。
[0007] = L · I(t) I)
[0008] 待測交流電流I (t)在開口羅氏線圈100環形繞組所包圍的體積內產塵磁通的變 化，可以被開口羅氏線圈100轉換成與各個線匝總磁通微分成比例的電壓信號，就是開口 羅氏線圈100的信號輸出端103和信號輸出端105之間的輸出電壓信號V⑴。
[0009]

【權利要求】
1. 按照本發明的一個方面，本發明公開了一種能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅 氏線圈設計方法，其包括： (1) 能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅氏線圈，由兩組繞線方向相反的線圈串聯 而成，分別為第1線圈和第2線圈，每塊PCB上都有第1線圈和第2線圈的一部分。 (2) 能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅氏線圈，由兩塊PCB組成，每塊PCB上設置 了兩個外部接入點：第1外部接入點、第2外部接入點。每塊PCB上的第1外部接入點為每 塊PCB上第1線圈的起點，每塊PCB上的第2外部接入點為每塊PCB上第2線圈的終點。 (3) 兩塊PCB可以有兩種連接方式：兩塊PCB的第1外部接入點直接相連，兩塊PCB的 第2外部接入點作為兩塊PCB開口羅氏線圈的兩個信號輸出端，分別為第1信號輸出端和 第2信號輸出端；兩塊PCB的第2外部接入點直接相連，兩塊PCB的第1外部接入點作為兩 塊PCB開口羅氏線圈的兩個信號輸出端，分別為第1信號輸出端和第2信號輸出端。第1 信號輸出端所在的PCB為第1PCB，第2信號輸出端所在的PCB為第2PCB。 (4) 第1PCB和第2PCB，每塊PCB都是由若干個相同的組成單元串聯而成，每一個組成 單元包括了第1線圈和第2線圈的各一圈線匝，這兩圈線匝緊密相鄰。 (5) 兩塊PCB開口羅氏線圈的每塊PCB的每一個組成單元的第1線圈的一圈線匝包括： 進線、繞線、出線，進線和出線分別用于連接上一個組成單元和下一個組成單元屬于第1線 圈的線匝，繞線由位于不同層的布線和不同層之間的過孔環繞而成。兩塊PCB開口羅氏線 圈的每塊PCB的每一個組成單元的第2線圈的一圈線匝包括：進線、繞線、出線，進線和出線 分別用于連接上一個組成單元和下一個組成單元屬于第2線圈的線匝，繞線由位于不同層 的布線和不同層之間的過孔環繞而成。 (6) 第1PCB第1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的進線與第1PCB的第1外部接入 點相連，第1PCB第1個組成單元的第2線圈的一圈線匝的進線與第1PCB的第2外部接入 點相連。第2PCB第1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的進線與第2PCB的第1外部接入 點相連，第2PCB第1個組成單元的第2線圈的一圈線匝的進線與第2PCB的第2外部接入 點相連。 (7) 第1PCB最后1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的出線，與第1PCB最后1個組成 單元的第2線圈的一圈線匝的出線，直接相連，實現第1線圈和第2線圈在第1PCB上的串 聯。第2PCB的最后1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的出線，與第2PCB的最后1個組 成單元的第2線圈的一圈線匝的出線，直接相連，實現第1線圈和第2線圈在第2PCB上的 串聯。 (8) 能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅氏線圈，每一個組成單元兩圈線匝的繞線 平面垂直于PCB表面，繞線圍成的截面位于PCB的橫截面上，繞線的布線路徑在垂直于PCB 表面的方向上重合。 (9) 能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅氏線圈，每塊PCB上各個組成單元的中心均 勻分布在待測電流產塵的磁場的一條磁力線上，所有組成單元兩圈線匝的繞線截面方向近 似沿通過該繞線截面中心的磁力線法線方向，所有組成單元兩圈線匝的繞線截面和通過該 繞線截面中心的磁力線切線方向（即磁場強度方向）近似垂直。
2. 按照本發明的一個方面，本發明公開了一個能對抗外界磁場干擾的兩塊PCB開口羅 氏線圈設計方法的具體實施例，能對抗外界磁場干擾的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其包 括： (1) 能對抗外界磁場干擾的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，由兩組繞線方向相反的線圈 串聯而成，分別為第1線圈和第2線圈，每塊雙面PCB上都有第1線圈和第2線圈的一部分。 (2) 能對抗外界磁場干擾的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，由兩塊雙面PCB組成，每塊雙 面PCB上設置了兩個外部接入點：第1外部接入點、第2外部接入點。每塊雙面PCB上的第 1外部接入點每塊雙面PCB上第1線圈的起點，每塊雙面PCB上的第2外部接入點為每塊 PCB上第2線圈的終點。 (3) 兩塊PCB可以有兩種連接方式：兩塊PCB的第1外部接入點直接相連，兩塊PCB的 第2外部接入點作為兩塊PCB開口羅氏線圈的兩個信號輸出端，分別為第1信號輸出端和 第2信號輸出端；兩塊PCB的第2外部接入點直接相連，兩塊PCB的第1外部接入點作為兩 塊PCB開口羅氏線圈的兩個信號輸出端，分別為第1信號輸出端和第2信號輸出端。第1 信號輸出端所在的PCB為第1PCB，第2信號輸出端所在的PCB為第2PCB。 (4) 第1PCB和第2PCB，每塊雙面PCB都是由若干個相同的組成單元串聯而成，每一個 組成單元包括了第1線圈和第2線圈的各一圈線匝，這兩圈線匝緊密相鄰。 (5) 兩塊雙面PCB開口羅氏線圈的每塊雙面PCB的每一個組成單元的第1線圈的一圈 線匝包括：進線、繞線、出線，進線和出線分別用于連接上一個組成單元和下一個組成單元 屬于第1線圈的線匝，繞線由位于頂層和底層的布線和頂層、底層之間的過孔環繞而成。兩 塊雙面PCB開口羅氏線圈的每塊雙面PCB的每一個組成單元的第2線圈的一圈線匝包括： 進線、繞線、出線，進線和出線分別用于連接上一個組成單元和下一個組成單元屬于第2線 圈的線匝，繞線由位于頂層和底層的布線和頂層、底層之間的過孔環繞而成。 (6) 第1PCB第1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的進線與第1PCB的第1外部接入 點相連，第1PCB第1個組成單元的第2線圈的一圈線匝的進線與第1PCB的第2外部接入 點相連。第2PCB第1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的進線與第2PCB的第1外部接入 點相連，第2PCB第1個組成單元的第2線圈的一圈線匝的進線與第2PCB的第2外部接入 點相連。 (7) 第1PCB最后1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的出線，與第1PCB最后1個組成 單元的第2線圈的一圈線匝的出線，直接相連，實現第1線圈和第2線圈在第1PCB上的串 聯。第2PCB的最后1個組成單元的第1線圈的一圈線匝的出線，與第2PCB的最后1個組 成單元的第2線圈的一圈線匝的出線，直接相連，實現第1線圈和第2線圈在第2PCB上的 串聯。 (8) 能對抗外界磁場干擾的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，每一個組成單元兩圈線匝的 繞線平面垂直于雙面PCB表面，繞線圍成的截面位于雙面PCB的橫截面上，繞線的布線路徑 在垂直于雙面PCB表面的方向上重合。 (9) 能對抗外界磁場干擾的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，每塊雙面PCB上各個組成單元 的中心均勻分布在待測電流產生的磁場的一條磁力線上，所有組成單元兩圈線匝的繞線截 面方向近似沿通過該繞線截面中心的磁力線法線方向，所有組成單元兩圈線匝的繞線截面 和通過該繞線截面中心的磁力線切線方向（即磁場強度方向）近似垂直。
3.根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈，由兩組繞線方向相反的線圈：第一線圈和第二線圈組成，第一線圈和第 二線圈在兩塊雙面PCB上的各個部分串聯起來，組成完整的第一線圈和第二線圈，第一線 圈和第二線圈串聯起來，組成兩塊雙面PCB開口羅氏線圈。
4. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的每一塊雙面PCB都是由若干個相同的組成單元串聯而成。
5. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的每一塊雙面PCB的所有組成單元的中心均勻分布在待測電流產生的磁 場的一條磁力線上。
6. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的每一塊雙面PCB的每一個組成單元包括了第一線圈和第二線圈的各一 圈線匝，這兩圈線匝緊密相鄰。
7. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的每一塊雙面PCB的每一個組成單元的的第一線圈的一圈線匝包括：進 線、繞線、出線，進線和出線分別用于連接上一個組成單元和下一個組成單元屬于第一線圈 的線匝，繞線由位于頂層和底層的布線和頂層底層之間的過孔環繞而成。每一個組成單元 的第二線圈的一圈線匝包括：進線、繞線、出線，進線和出線分別用于連接上一個組成單元 和下一個組成單元屬于第二線圈的線匝，繞線由位于頂層和底層的布線和頂層底層之問的 過孔環繞而成。
8. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的每塊PCB上設有兩個外部接入點，分別連接每塊PCB上的第一線圈和第 二線圈，將兩塊PCB上的第一線圈或第二線圈的外部接入點連接起來，兩塊PCB上的另一個 外部接入點作為信號輸出端：第一信號輸出端和第二信號輸出端。和信號輸出端相連的是 第一個組成單元，和第一個組成單元相鄰的是第二個組成單元，以此類推，直到最后一個組 成單元。兩塊雙面PCB開口羅氏線圈最后一個組成單元的兩圈線匝的出線直接相連，實現 兩塊雙面PCB開口羅氏線圈的第一線圈和第二線圈之間的串聯。
9. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的，每一個組成單元的第一線圈的線匝的繞線平面垂直于雙面PCB表面， 繞線圍成的截面位于PCB的橫截面上，繞線的布線路徑在垂直于雙面PCB表面的方向上重 合。每一個組成單元的第二線圈的線匝的繞線平面垂直于雙面PCB表面，繞線圍成的截面 位于雙面PCB的橫截面上，繞線的布線路徑在垂直于雙面PCB表面的方向上重合。
10. 根據權利要求2所述的兩塊雙面PCB開口羅氏線圈，其特征在于：所述的兩塊雙面 PCB開口羅氏線圈的所有組成單元的第一線圈的線匝的繞線截面方向近似為通過該繞線截 面中心的磁力線法線方向，第一線圈的線匝的繞線截面和通過該繞線截面中心的磁力線切 線方向（即磁場強度方向）近似垂直。所有組成單元的第二線圈的線匝的繞線截面方向近 似為通過該繞線截面中心的磁力線法線方向，第二線圈的線匝的繞線截面和通過該繞線截 面中心的磁力線切線方向（即磁場強度方向）近似垂直。
【文檔編號】H05K3/00GK104349595SQ201310318279
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】唐先武, 張建良 申請人:北京映翰通網絡技術股份有限公司