CN108732403A - 一种电流传感器及其磁通平衡电路 - Google Patents

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Abstract

一种电流传感器及其磁通平衡电路，适用于电子技术领域。一种电流传感器及其磁通平衡电路，用于平衡所述电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场。其中，磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；当电流传感器对待测电路中的电流进行检测时，补偿激磁检测单元检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号发送给信号调节单元；信号调节单元根据目标信号生成补偿磁场激励信号，信号调节单元将补偿磁场激励信号发送给补偿磁场生成单元，进而触发补偿磁场生成单元在激磁单元周围产生补偿磁场，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。降低了电流传感器的生产成本。

Description

一种电流传感器及其磁通平衡电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电流传感器及其磁通平衡电路。
背景技术
电流传感器是一种用于精密检测待测电路中直流电流信息的器件，被广泛应用于电力、电子、逆变装置、开关电源、交流变频调速以及航空航天等诸多领域。磁调制电流传感器对直流大电流或微电流进行精密转换，得到相应的容易测量的电流信号或电压信号。
现有的电流传感器是通过检测磁场与直流电流之间的对应关系实现对待测电路中的直流电流进行检测时，存在部分干扰电磁场。虽然现有技术中可通过在电流传感器内部的模块之间增加屏蔽结构，进而屏蔽干扰电磁场，但由于屏蔽结构的设计过于复杂，且需要增加屏蔽铁芯及其外部结构实现，导致电流传感器的生产成本过高。
发明内容
本发明实施例提供了一种电流传感器及其磁通平衡电路，旨在解决现有的电流传感器生产成本过高的问题。
本发明的目的在于提供一种磁通平衡电路，设于电流传感器中，用于平衡所述电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场；所述激磁单元包括激磁振荡器、与所述激磁振荡器相连的磁场生成电路，所述激磁振荡器向所述磁场生成电路输出方波信号，使得所述磁场生成电路中的第一绕组与第二绕组分别生成第一目标磁场与第二目标磁场，所述第一目标磁场用于感应待测电路中的直流电流所产生的偏置磁场，当所述第二目标磁场与第一目标磁场形成第一叠加磁场时，所述第二目标磁场抵消了所述第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的部分磁通量，并形成所述干扰磁场，所述磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；
当所述电流传感器对所述待测电路中的电流进行检测时，所述补偿激磁检测单元检测所述干扰磁场，并根据所述干扰磁场生成目标信号发送给所述信号调节单元；
所述信号调节单元根据所述目标信号生成补偿磁场激励信号，所述信号调节单元将所述补偿磁场激励信号发送给所述补偿磁场生成单元，进而触发所述补偿磁场生成单元在所述激磁单元周围产生补偿磁场，所述补偿磁场与所述干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。
本发明的另一目的在于提供一种电流传感器，用于检测待测电路中的电流，所述电流传感器包括比例补偿绕组与激磁单元，所述电流传感器包括如上所述的磁通平衡电路。
本发明提供的一种电流传感器及其磁通平衡电路，用于平衡所述电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场。其中，磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；当电流传感器对待测电路中的电流进行检测时，补偿激磁检测单元检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号发送给信号调节单元；信号调节单元根据目标信号生成补偿磁场激励信号，信号调节单元将补偿磁场激励信号发送给补偿磁场生成单元，进而触发补偿磁场生成单元在激磁单元周围产生补偿磁场，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。降低了电流传感器的生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种磁通平衡电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种磁通平衡电路的具体电路图；
图3是本发明实施例提供的一种电流传感器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种电流传感器及其磁通平衡电路，旨在实现对电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场进行平衡处理，以提高电流传感器的抗干扰能力，降低成本。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
图1示出了本发明实施例一种磁通平衡电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，一种磁通平衡电路100，设于电流传感器200中，用于平衡电流传感器200中的激磁单元230产生的干扰磁场。其中，激磁单元230包括激磁振荡器231、与激磁振荡器231相连的磁场生成电路232，激磁振荡器231向磁场生成电路232输出方波信号，使得磁场生成电路232中的第一绕组Na与第二绕组Nb分别生成第一目标磁场与第二目标磁场，第一目标磁场用于感应待测电路110的电流Id所产生的磁场，当第二目标磁场与第一目标磁场形成第一叠加磁场时，第二目标磁场抵消了第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的部分或全部磁通量，并形成干扰磁场。
需要说明的是，在本发明的所有实施例中，第一目标磁场的磁感应线与第二目标磁场的磁感应线相互平行，且第一目标磁场与第二目标磁场的方向相反。当第一目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量大于第二目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量时，第二目标磁场抵消了第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的部分磁通量，形成的干扰磁场的方向与第一目标磁场的方向相同。当第一目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量小于第二目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量时，第二目标磁场抵消了第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的全部磁通量，形成的干扰磁场的方向与第二目标磁场的方向相同。
如图1所示，磁通平衡电路100包括：补偿激磁检测单元10、信号调节单元20以及补偿磁场生成单元30。
当电流传感器200对待测电路110中的电流进行检测时，补偿激磁检测单元10检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号发送给信号调节单元20。
信号调节单元20根据目标信号生成补偿磁场激励信号，信号调节单元20将补偿磁场激励信号发送给补偿磁场生成单元30，进而触发补偿磁场生成单元30在激磁单元230周围产生补偿磁场，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。
进一步地，补偿激磁检测单元10的输出端与信号调节单元20的信号输入端相连，信号调节单元20的输出端与补偿磁场生成单元30的信号输入端相连。
可以理解的是，在本发明的所有实施例中，补偿磁场与干扰磁场之间磁场强度相等，磁场方向相反或磁感应线方向相反。补偿磁场的磁感应线与干扰磁场的磁感应线均匀分布于第二叠加磁场中。
本实施例提供的一种磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；当电流传感器对待测电路中的电流进行检测时，补偿激磁检测单元检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号发送给信号调节单元；信号调节单元根据目标信号生成补偿磁场激励信号，信号调节单元将补偿磁场激励信号发送给补偿磁场生成单元，进而触发补偿磁场生成单元在激磁单元周围产生补偿磁场，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。降低了电流传感器的生产成本，提高了电流传感器的抗干扰能力。
图2示出了本发明实施例一种磁通平衡电路的具体电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图2所示，补偿激磁检测单元10包括：检测绕组N1和磁通检测器Q1。
检测绕组N1的第一端接地，检测绕组N1的第二端接磁通检测器Q1的输入端，磁通检测器Q1的输出端为补偿激磁检测单元10的输出端。
信号调节单元20包括放大器U1，放大器U1的第一输入端为信号调节单元20信号输入端，放大器U1的第二输入端接地，放大器U1的放大信号输出端为信号调节单元20的输出端。
补偿磁场生成单元30包括第一铁芯T2与绕在第一铁芯T2上的补偿绕组N2。
补偿绕组N2的第一端为补偿磁场生成单元30的信号输入端，补偿绕组N2的第二端接地。
进一步地，检测绕组N1的第一端为同名端，检测绕组N1的第二端为异名端。
进一步地，放大器U1为比例积分放大器U1，比例积分放大器U1的正向信号输入端+IN为放大器U1的第一输入端，比例积分放大器U1的负向信号输入端-IN为放大器U1的第二输入端，比例积分放大器的输出端OUT为放大器U1的放大信号输出端。
以下结合图1与图2对本发明提供的一种磁通平衡电路进行工作原理说明。
如图1所示，磁通平衡电路100设于电流传感器200中，当电流传感器200工作时，激磁单元230中的激磁振荡器231同时向磁场生成电路232中的第一绕组Na和第二绕组Nb输出固定频率的方波信号。第一绕组Na与第二绕组Nb根据方波信号分别生成第一目标磁场与第二目标磁场，其中，第一目标磁场用于感应待测电路110中的直流电流所产生的偏置磁场，并通过直流偏置磁场检测电阻R1的电压进行描述。直流偏置磁场检测电阻R1用于向磁调制电路220提供直流偏置磁场信号，该直流偏置磁场信号为电压信号。绕组Nd用于示意待测电路110，即待测电路11相当于匝数为1的绕组Nd，流经该绕组Nd的电流为Id。磁调制电路220根据直流偏置磁场检测电阻R1检测到的直流偏置磁场信号，控制比例绕组电路210在待测电路110周围产生补偿磁场，并使得待测电路110的磁动势与比例绕组电路210的磁动势相等，即Id×Wd＝Ic×Wc，其中，Wd为绕组Nd的匝数，Wc为比例绕组Nc的匝数，Wc与Wd均为已知量，Ic为比例绕组电路121中的比例绕组Nc上的电流，可通过测量电阻RL得到。因此可以通过关系式Id×Wd＝Ic×Wc得到待测电路110中的电流Id。
如图1所示，激磁振荡器231在向磁场生成电路232中的第一绕组Na与第二绕组Nb发送固定频率的方波信号时，第一绕组Na根据该方波信号生成第一目标磁场，第二绕组Nb根据该方波信号生成第二目标磁场。由于第一绕组Na与第二绕组Nb的阻抗不可能完全相同，且绕组Na缠绕的铁芯Ta与绕组Nb缠绕的铁芯Tb也不可能完全相同，因此，当第一目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量大于第二目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量时，第二目标磁场抵消了第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的部分磁通量，形成的干扰磁场的方向与第一目标磁场的方向相同。当第一目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量小于第二目标磁场磁感应线垂直方向上的单位区域的磁通量时，第二目标磁场抵消了第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的全部磁通量，形成的干扰磁场的方向与第二目标磁场的方向相同。
如图2所示，检测绕组N1通过检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号，且将该目标信号发送给比例积分放大器U1的正向信号输入端+IN，比例积分放大器U1根据目标信号生成补偿磁场激励信号，比例积分放大器U1通过其输出端OUT将该补偿磁场激励信号发送给补偿绕组N2，触发补偿绕组N2在激磁单元230周围产生补偿磁场，其中，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。
需要说明的是，在本发明实施例中，检测绕组N1同时缠绕在铁芯Ta、铁芯Tb以及第一铁芯T2上，实现对干扰磁场的检测。
本发明的目的还在于提供一种电流传感器200，如图3所示，电流传感器200包括如上述实施例中的磁通平衡电路100。
由于本实施例中所提供的一种电流传感器与本发明有关的具体实施方式和工作原理在上述实施例中以及详细阐述，因此，此处不再赘述。
本实施例提供的一种电流传感器及其磁通平衡电路，用于平衡所述电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场。其中，磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；当电流传感器对待测电路中的电流进行检测时，补偿激磁检测单元检测干扰磁场，并根据干扰磁场生成目标信号发送给信号调节单元；信号调节单元根据目标信号生成补偿磁场激励信号，信号调节单元将补偿磁场激励信号发送给补偿磁场生成单元，进而触发补偿磁场生成单元在激磁单元周围产生补偿磁场，补偿磁场与干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。降低了电流传感器的生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁通平衡电路，设于电流传感器中，用于平衡所述电流传感器中的激磁单元产生的干扰磁场；所述激磁单元包括激磁振荡器、与所述激磁振荡器相连的磁场生成电路，所述激磁振荡器向所述磁场生成电路输出方波信号，使得所述磁场生成电路中的第一绕组与第二绕组分别生成第一目标磁场与第二目标磁场，所述第一目标磁场用于感应待测电路中的直流电流所产生的偏置磁场，当所述第二目标磁场与第一目标磁场形成第一叠加磁场时，所述第二目标磁场抵消了所述第一目标磁场的磁感应线垂直方向上单位区域内的部分或全部磁通量，并形成所述干扰磁场，其特征在于，所述磁通平衡电路包括：补偿激磁检测单元、信号调节单元以及补偿磁场生成单元；
当所述电流传感器对所述待测电路中的电流进行检测时，所述补偿激磁检测单元检测所述干扰磁场，并根据所述干扰磁场生成目标信号发送给所述信号调节单元；
所述信号调节单元根据所述目标信号生成补偿磁场激励信号，所述信号调节单元将所述补偿磁场激励信号发送给所述补偿磁场生成单元，进而触发所述补偿磁场生成单元在所述激磁单元周围产生补偿磁场，所述补偿磁场与所述干扰磁场相互叠加，进而形成磁感线垂直方向单位区域内磁通量为0的第二叠加磁场。
2.如权利要求1所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述补偿激磁检测单元的输出端与所述信号调节单元的信号输入端相连，所述信号调节单元的输出端与所述补偿磁场生成单元的信号输入端相连。
3.如权利要求2所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述补偿激磁检测单元包括：检测绕组和磁通检测器；
所述检测绕组的第一端接地，所述检测绕组的第二端接所述磁通检测器的输入端，所述磁通检测器的输出端为所述补偿激磁检测单元的输出端。
4.如权利要求1所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述信号调节单元包括放大器，所述放大器的第一输入端为所述信号调节单元信号输入端，所述放大器的第二输入端接地，所述放大器的放大信号输出端为所述信号调节单元的输出端。
5.如权利要求1所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述补偿磁场生成单元包括第一铁芯与绕在所述第一铁芯上的补偿绕组；
所述补偿绕组的第一端为所述补偿磁场生成单元的信号输入端，所述补偿绕组的第二端接地。
6.如权利要求3所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述检测绕组的第一端为同名端，所述检测绕组的第二端为异名端。
7.如权利要求4所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述放大器为比例积分放大器，所述比例积分放大器的正向信号输入端为所述放大器的第一输入端，所述比例积分放大器的负向信号输入端为所述放大器的第二输入端，所述比例积分放大器的输出端为所述放大器的放大信号输出端。
8.如权利要求5所述的磁通平衡电路，其特征在于，所述补偿绕组的第一端为异名端，所述补偿绕组的第二端为同名端。
9.一种电流传感器，用于检测待测电路中的电流，所述电流传感器包括比例补偿绕组与激磁单元，其特征在于，所述电流传感器包括如权利要求1至8任一项所述的磁通平衡电路。
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