CN107860959A - 一种基于磁通门芯片的开环电流传感器 - Google Patents

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徐东海
朱胜平
倪大成
王飞
郑华雄
王臻
任浩
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Abstract

本发明涉及一种基于磁通门芯片的开环电流传感器，包括母排、电路板和两个磁通门芯片，母排的上开设有开孔。沿母排的宽度方向，开孔的孔心距离母排两侧边缘的距离相等。电路板垂直于母排插设在开孔内，并且母排的长度轴线与电路板的板面相平行，两个磁通门芯片对称连接在电路板的两侧并位于开孔内。该基于磁通门芯片的开环电流传感器直接在原边母排上开设开孔，则母排开孔中心两侧会产生磁场，该磁场的大小与原边母排中的电流成正比，进而磁通门芯片通过感应原边母排的磁场强度后进行信号放大输出，该结构中无需使用铁芯，有效消除了铁芯带来的干扰影响。不仅可以提高传感器的精度和线性度，还具有剩磁小、温漂性能好、成本低、体积小等优点。

Description

一种基于磁通门芯片的开环电流传感器
技术领域
本发明涉及电流传感器技术领域，特别涉及一种基于磁通门芯片的开环电流传感器。
背景技术
现有通用的开环式霍尔电流传感器的工作原理是原边电流所产生的磁场，通过磁极磁路的铁芯聚集后使安放在铁芯气隙中的线性霍尔元件感应出一个电势，并通过磁极电路的运放放大后输出电压信号。当原边回路有一个大电流通过时，在导线周围产生一个强的磁场，这一磁场被传感器的铁芯所聚集，并感应霍尔元件。使其有一个信号输出，这一输出信号经运放放大而输出电压，从而检测出原边电流的数值。
如授权公告号为CN203672938U(申请号为CN201320695222.0)的中国实用新型专利《一种交直流通用的漏电流传感器》，其中公开的电流传感器则采用磁芯绕组结构，利用铁芯对磁场进行聚集，而铁芯本身比较容易饱和，剩磁较大，铁芯气隙受温度影响较大，高低温时铁芯参数及尺寸容易发生变化，容易导致传感器零漂及温漂性能较差，直接影响电流传感器整体精度和线性度。此外，在电路上，该结构的电流传感器需要进行零点调试及基本误差调试，传感器的检测一致性较差。并且采用磁芯绕组结构后，整个电流传感器的体积较大，成本较高，无法满足传感器市场领域低成本、微型化的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种在不使用铁芯的基础上能够提高精度和线性度，并且剩磁小、温漂性能好、成本低、体积小的基于磁通门芯片的开环电流传感器。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：包括母排、电路板和两个磁通门芯片，所述母排的上开设有开孔；
沿所述母排的宽度方向，所述开孔的孔心距离所述母排两侧边缘的距离相等；
所述电路板垂直于所述母排插设在所述开孔内，并且所述母排的长度轴线与所述电路板的板面相平行，两个磁通门芯片对称连接在所述电路板的两侧并位于所述开孔内。
为了有效区域外界干扰，每个磁通门芯片中包括有磁电感应电路、与所述磁电感应电路相连接的放大电路以及与所述放大电路相连接的差分电路。
为了实现零点免调试，所述电路板上设置有稳压电路，所述稳压电路分别与两个磁通门芯片相连接。
优选地，所述稳压电路包括与外部供电电源相连接的电源防护电路、与所述电源防护电路相连接的电压转换电路。
优选地，所述开孔开设在所述母排的中心。
可选择地，所述开孔为圆形孔或者正多边形孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该基于磁通门芯片的开环电流传感器直接在原边母排上开设开孔，则母排开孔中心两侧会产生磁场，该磁场的大小与原边母排中的电流成正比，进而磁通门芯片通过感应原边母排的磁场强度后进行信号放大输出，该结构中无需使用铁芯，有效消除了铁芯带来的干扰影响。不仅可以提高传感器的精度和线性度，还具有剩磁小、温漂性能好、成本低、体积小等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中基于磁通门芯片的开环电流传感器的立体图。
图2为本发明实施例中基于磁通门芯片的开环电流传感器的俯视图。
图3为本发明实施例中基于磁通门芯片的开环电流传感器的工作原理图。
图4为本发明实施例中外界干扰源对基于磁通门芯片的开环电流传感器影响的原理图。
图5为基于磁通门芯片的开环电流传感器的电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1和图2所示，本实施例中的基于磁通门芯片的开环电流传感器，包括母排1、电路板2和两个磁通门芯片3。
其中母排1即为待检测对象，该基于磁通门芯片的开环电流传感器即用来检测母排1中通入电流的大小。该母排1的中心开设有开孔11，则沿母排1的宽度方向，开孔11的孔心距离母排1两侧边缘的距离相等。其中开孔11根据需要可以开设为圆形孔或者正多边形孔。
电路板2垂直于母排1插设在开孔11内，并且母排1的长度轴线与电路板2的板面相平行，两个磁通门芯片3对称连接在电路板2的两侧并位于开孔11内。
如图5所示，电路板2上设置有稳压电路，稳压电路包括与外部供电电源相连接的电源防护电路21、与电源防护电路21相连接的电压转换电路22。电压转换电路22的输出端分别与两个磁通门芯片3相连接。该稳压电路可以保证磁通门芯片3的基准电压，可实现磁通门芯片3的零点的免调试，可有效提高该基于磁通门芯片的开环电流传感器的生产效率，相应降低生产成本。
每个磁通门芯片3上包括磁电感应电路31、与磁电感应电路31相连接的放大电路32以及与放大电路32相连接的差分电路33。
工作时，原边母排1电流I在电路板2两侧生成磁场的磁感应强度BR及BL随着原边母排1电流I的增大线性增大，两个磁通门芯片3中的磁电感应电路31分别感应原边母排1电流I生成磁场的磁感应强度BR及BL，从而生成电流信号，放大电路32对生成的电流信号进行放大处理，放大处理后的电流限号经过差分电路33的处理后，最后输出至电路板2的外围电路上，外围电路对两个磁通门芯片3中输出的信号经过处理后，最终形成电流传感器输出信号。磁通门芯片3中的差分电路33对信号进行处理后可以有效滤除外界无用及干扰信号，提高了该基于磁通门芯片的开环电流传感器的抗干扰能力。
由电磁感应定律知，当原边电流为I时，则其周围磁感应强度大小B＝μ0I/2πr；其中μ0为真空导磁率，r为磁感应线到通电母排1的距离。
如图3所示，左半部分母排1电流I/2在第一磁通门芯片3处产生的磁感应强为BL1，在第二磁通门芯片3处产生的磁感应强度为BL2。右半部分母排1电流I/2在第一磁通门芯片3处产生的磁感应强为BR2，在第二磁通门芯片3处产生的磁感应强度为BR1，则有：
第一磁通芯片上感应获取的磁感应强度为B1＝BL1-BR2；
第二磁通片上感应获取的磁感应强度为B2＝BR1-BL2；
B＝B1+B2＝BL1-BR2+BR1-BL2。
由于母排1上的开孔11位于中心位置，左半部分与右半部分母排1完全对称，电流I及半径r一致，故有BL1＝BR1，BL2＝BR2，则
B＝BL1-BR2+BR1-BL2＝2*(BL1-BL2)＝2*(μ0I/4πr1-μ0I/4πr2)＝μ0I(1/2πr1-1/2πr2)。
显然，因为半径r1，r2不变，故B的大小与原边电流I成正比，当I逐渐增大时，B也同步线性增大。
当传感器外部有一个电流源干扰且与原边母排1平行时，如图4所示，假设外部干扰电流源I0距离两个磁通门芯片3的距离分别为r1和r2，则第一磁通门芯片3处的干扰磁感应强度B10＝-μ0I0/4πr1B芯片，则第二磁通门芯片3处的干扰磁感应强度B20＝μ0I0/4πr2，则总干扰磁感应强度B0＝B10+B20＝μ0I0/4π(1/r2-1/r1)。
由于两个磁通门芯片3距离外界干扰电流之间距离d远远大于两个磁通门芯片3之间的距离，故r1与r2比较接近，基本可近似认为两者相等，则B0≈0。
当传感器外部有一个与原边母排1垂直的电流干扰源时，显然其干扰磁感线不穿过磁通门芯片3的感应面，故此时干扰磁感应强度B0＝0。由此可见该基于磁通门芯片的开环电流传感器具有极强的抗外界干扰的能力。

Claims (6)

1.一种基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：包括母排、电路板和两个磁通门芯片，所述母排的上开设有开孔；
沿所述母排的宽度方向，所述开孔的孔心距离所述母排两侧边缘的距离相等；
所述电路板垂直于所述母排插设在所述开孔内，并且所述母排的长度轴线与所述电路板的板面相平行，两个磁通门芯片对称连接在所述电路板的两侧并位于所述开孔内。
2.根据权利要求1所述的基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：每个磁通门芯片中包括有磁电感应电路、与所述磁电感应电路相连接的放大电路以及与所述放大电路相连接的差分电路。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：所述电路板上设置有稳压电路，所述稳压电路分别与两个磁通门芯片相连接。
4.根据权利要求3所述的基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：所述稳压电路包括与外部供电电源相连接的电源防护电路、与所述电源防护电路相连接的电压转换电路。
5.根据权利要求1或2所述的基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：所述开孔开设在所述母排的中心。
6.根据权利要求1或2所述的基于磁通门芯片的开环电流传感器，其特征在于：所述开孔为圆形孔或者正多边形孔。
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