用於電流測量的緊湊分流器的製造方法
2023-05-08 03:06:26 2
用於電流測量的緊湊分流器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及用於電流測量的緊湊分流器。導電帶被堆疊、絕緣、摺疊、並形成為提供低電阻、低電感分流器的幾何形狀，其中該幾何形狀能容易地實現冷卻以減少因自加熱效應引起的電阻的變化。一種這樣的幾何形狀是通過將導電帶纏繞成螺旋形來獲得。另一幾何形狀是像波形的形狀。兩個幾何形狀都允許通過引導來自風扇的空氣流穿過它們的表面部分來冷卻。響應於分流器的測量溫度或響應於通過分流器的電流的測量控制可變速度冷卻風扇。藉助響應於分流器的測量溫度改變橫過分流器的不同部分的空氣流的量的差別冷卻可被採用。
【專利說明】用於電流測量的緊湊分流器
【技術領域】
[0001 ] 本發明總體涉及用於測量電流的分流器，並且更具體地涉及適合在以高頻率使用的低電阻分流器。
【背景技術】
[0002]本領域已知的分流器的示例是同軸分流器。如名稱暗示的，同軸分流器包括兩個同心的圓柱體，其中電流沿著內圓柱體流動並經由外圓柱體返回。這種結構提供了低電感，因為在空間中的同一位置兩個電流幾乎方向地流動。不過，同軸分流器表現出某些缺點。例如，它們生產相對昂貴。它們往往體積大，並且它們難以冷卻。
[0003]第二個現有技術分流器是平坦分流器。平坦分流器包括長金屬條，在一半處被摺疊，薄絕緣層被放置在被摺疊的部分之間。這種布置提供了低電感，但是它也是體積大並且甚至比同軸分流器更加難以冷卻。
[0004]所需要的是一種用於電流測量的分流器布置，其表現出由電流引起的自加熱產生的低電阻變化(例如，最小溫度升高)，和低電感以維持在寬頻率範圍上的平坦響應。
【發明內容】
[0005]根據本發明，導電條可被絕緣、摺疊、並形成為提供低電阻、低電感分流器的幾何形狀，其中該幾何形狀的輪廓設計為能更容易地實現冷卻措施以減少因自加熱效應引起的電阻的變化。一種這樣的幾何形狀是通過將導電條纏繞成螺旋形來獲得。另一個這種幾何形狀是通過將導電條鬆散地摺疊成類似波形的形狀來獲得。這兩個幾何形狀都允許通過例如從風扇引導空氣流橫過每個形狀的表面部分來冷卻。本發明的另一實施例包括響應於分流器的測量溫度使用可變速度冷卻風扇。本發明的又一實施例是藉助響應於分流器的測量溫度改變橫過分流器的各個部分的空氣流的量的差別冷卻。在本發明的又一分流器中，響應於對通過分流器的電流的測量控制可變速度風扇、或者可變空氣流。
[0006]從下面對本發明的優選實施例的具體描述並參照附圖能更容易地理解本發明的前述的和其它的目的、特徵和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是根據本發明的實施例的三個導電條的平面圖。
[0008]圖2是根據本發明的實施例的分流器的構造中的一個步驟的側視圖。
[0009]圖3是根據本發明的實施例的分流器的構造中的另一個步驟的側視圖。
[0010]圖4是將圖3的分流器構造纏繞成螺旋形幾何形狀的側視圖。
[0011]圖5是圖4的纏繞成螺旋形幾何形狀的實施例的透視圖。
[0012]圖6是將圖3的分流器構造形成波形幾何形狀的側視圖。
[0013]圖7A、7B和7C是本發明的分流器的冷卻結構的三個實施例的框圖。【具體實施方式】
[0014]圖1 一 3示出了根據如圖4 - 6示出的本發明的分流器的各種實施例的構造中的初始步驟。
[0015]圖1示出了 Manganin?導電材料100、110、120的三個條。這種示例導電材料包括大約86%的銅、12%的錳和2%的鎳。每個條約30mm寬、185mm長和0.1mm厚。條100和120由1.25英寸寬的Kapton?帶條105、125在所述條的兩側都被絕緣，在每個端上留出了暴露的約5mm的裸金屬。帶條被居中地應用到所述條。
[0016]參照圖2，導電條100、110、120被堆疊在一起，但是彼此之間縱向地逐步錯開約
1.5mm。該堆此後被用一圈12mm的Kapton帶條230束縛在一起,該帶條230位於距頂部條的一端約90mm。
[0017]圖3示出了導電條100、110、120在Kapton帶條230被應用處的中點處在2mm的杆335上被摺疊的組裝。為了清楚起見，Kapton帶條230未在圖3中示出，但是其應位於由點框330a圍封的區域內。
[0018]此時，在一個實施例中，條可用手鬆散地纏繞，但是優選地在夾具中被鬆散地纏繞，成螺旋形狀400，如圖4中所示。所得到的螺旋形狀具有圓柱形部分，該部分具有約
21.5mm的主(即，水平)軸線402，和21mm的次(即，豎直)軸線404。包括圓柱形部分408和「腿」410、412的布置具有約31mm的整體高度406。圖4的螺旋形布置具有兩個端，440和440a。每一端440、440a包括導體100、110、120的相應的相對端。所有三個導體100、110、120現在在每個端440、440a被錫焊在一起。如上形成的分流器展示了 9.375πιΩ (毫歐姆)的電阻。優選地，螺旋形被鬆散地纏繞，使得空氣能從圈之間流過。
[0019]圖5示出了圖4的螺旋形實施例的透視圖。如上所述，該布置的整體高度406是約31mm。該布置的圓柱形部分的縱向軸線的長度414是約30mm (S卩，導電條100、110、120的寬度)。如上所述，導電條100、110、120的裸端在點450、450a處暴露並且被錫焊在一起並且能分別被聯接到電路的輸入/輸出引線。預想的是，空氣流將沿著圓柱體的長度414引導。
[0020]參照圖6，這裡認識到其它的幾何形狀也可被使用，例如圖示的波形形式600，以維持一致的溫度梯度。構造主要包括如上描述的步驟，並且因此這些步驟無需再被描述。與圖5的實施例類似，導電條100、110、120的裸端在點640、640a處暴露並在每一端被錫焊在一起。此時，雙堆疊被形成為所示的波形輪廓。
[0021]這些獨特的實施例中的每一個提供了低電感的優點，因為電流在空間中的幾乎同一位置流過和返回。所展示的低電感允許以相對更高的頻率(即，若干MHz)操作。兩者都採用緊湊構造。兩者都易於通過對流流動或通過小風扇向螺旋形或波形之間吹空氣來冷卻。兩個實施例都製造起來不昂貴同時提供了高性能。冷卻容易是重要的，因為電路中的分流器可能經歷100A的峰值電流和30ARMS的持續電流。優選地，分流器要被保持在低於60攝氏度(140華氏度)。
[0022]關於分流器的冷卻以減少由於自加熱的電阻變化，當對流在低電流水平下可能就足夠時，使用冷卻風扇可能是優選的。如所述，這兩種幾何形狀都允許從風扇引導空氣流穿過圖7A、7B和7C中示出的每個形狀的表面部分來冷卻。本發明的另一實施例包括使用可變速度冷卻風扇702。在本發明的一個實施例中，該風扇的速度由控制器704響應於分流器的測量溫度706控制，例如微處理器等。本發明的又一實施例，在圖7B中示出，採用了藉助響應於分流器的測量溫度差708改變移動橫過分流器的各個部分的空氣流的量的差別冷卻。來自風扇712的空氣流的這種改變可例如通過可移動的風扇百葉窗710實現，其中風扇百葉窗位置由微處理器714控制。在本發明的又一實施例中，在圖7C中所示，可變速度風扇702，或者可變空氣流(見710)，響應於對通過分流器的電流的測量而被控制。也就是，在本文中認識到感測716流過分流器的電流的量可以是實際溫度測量的有用的代用品，因為所產生的熱是「1-R2」(電流-電阻)加熱(加上周圍溫度效應)。因此，所產生的熱與流過分流器的電流量相關。
[0023]雖然9.375mQ的分流器在上面被描述，但是其它的電阻值可被使用，例如0.6Ω，並且這種其它的值被認為包括在本發明內。雖然前面的示例使用了三個導電條的堆疊，但是可以使用其它數量的多個層，例如2或4層。
[0024]已經描述並圖示了本發明的優選實施例中的本發明原理，應理解，本發明在布置和細節上可被修改而不脫離這個原理。我們要求保護落入下面權利要求精神和範圍內的全部改變和變化。
【權利要求】
1.一種用於電路中的低電感電分流器，包括: 多個細長的導電條，其被以交疊的關係堆疊以形成導電層疊； 在多個條中的至少一個上的絕緣層，使得被堆疊的導電條中的每一個都彼此電絕緣；以及 在細長的導電條中每一個上的暴露相對端； 堆疊的導電條在大約長度中點處被摺疊成雙堆疊；以及 導電條的雙堆疊沿著長度尺寸外形設計獨特，使得空氣流能從導電條的雙堆疊上穿過以實現冷卻。
2.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中導電條的雙堆疊外形設計為螺旋形。
3.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中導電條的雙堆疊外形設計為波形。
4.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中多個細長的導電條基本上是同樣長度。
5.如權利要求4所述的低電感電分流器，其中多個細長的導電條在長度方向被定位成使得它們的端部在長度方向上逐漸錯開。
6.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中多個細長的導電條的一端的暴露端部被聯接在一起。
7.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中多個細長的導電條的相對端中每一個被聯接到電路，使得電流流入相對端中的第一組，並流出相對端中的第二組，電流沿相反方向流過雙堆疊以使通過分流器的電感呈中性。
8.如權利要求1所述的低電感電分流器，其中導電層堆包括第一、第二和第三導電階梯。
9.如權利要求1所述的低電感電分流器，包括冷卻風扇，用於引導空氣流在外形設計獨特的導電條的雙堆疊上流過。
10.如權利要求9所述的低電感電分流器，包括鄰近外形設計獨特的導電條的雙堆疊的溫度傳感器以檢測其溫度，以及聯接到冷卻風扇以響應於分流器的測量溫度改變空氣流的控制器。
11.如權利要求9所述的低電感電分流器，包括緊鄰分流器的不同部分的兩個溫度傳感器和用於響應於分流器的不同測量溫度控制穿過分流器的不同部分的空氣流的量的裝置。
12.如權利要求9所述的低電感電分流器，包括聯接到外形設計獨特的導電條的雙堆疊以檢測流過分流器的電流量的電流傳感器和聯接到冷卻風扇以響應於流過分流器的測量電流改變空氣流的控制器。
【文檔編號】G01R15/00GK103969485SQ201310211394
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年5月31日 優先權日:2013年1月25日
【發明者】A.J.特德, J.S.福德, L.印德 申請人:特克特朗尼克公司