CN109507474A - 用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术，它涉及电流采样技术领域。包括CPLD芯片、激励信号电路和电流传感器电路，CPLD芯片的98脚和99脚与磁通门的激励信号电路相连，CPLD芯片的100脚与施密特触发器74AV14相连，CPLD芯片的100脚与磁通门的电流传感器电路相连；所述的CPLD芯片采用EPM240芯片。本发明基于磁通门原理，采用独特的结构方式和控制算法，实现对激励信号、采集信号的全闭环数字控制，轻松实现不高于十万分之一精度的数字控制。

Description

用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术
技术领域
本发明涉及的是电流采样技术领域，具体涉及一种用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术。
背景技术
目前现有的电流采样技术有：分流电阻方式；霍尔元件检测；隧道磁阻（TMR）检测。半导体霍尔器件以其简单的结构，只需提供±12V的电源就可以测量各种波形电流的优点目前仍处于主流地位，但其本身存在的灵敏度低、易受应力和温度影响、响应频率低以及功耗大的缺点，使其主导地位正不断受到磁电阻传感器的冲击。TMR作为磁传感器中的佼佼者，具有灵敏度高、低成本、体积小、功耗低、高度集成、高响应频率的优点。
综上所述，本发明设计了一种用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术，基于磁通门原理，采用独特的结构方式和控制算法，实现对激励信号、采集信号的全闭环数字控制，轻松实现不高于十万分之一精度的数字控制。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术，包括CPLD芯片、激励信号电路和电流传感器电路，CPLD芯片的98脚和99脚与磁通门的激励信号电路相连，CPLD芯片的100脚与施密特触发器74AV14相连，CPLD芯片的100脚与磁通门的电流传感器电路相连；所述的CPLD芯片采用EPM240芯片。
作为优选，所述的磁通门的磁环采用非金磁环和铁氧体磁环。
作为优选，所述的电流传感器电路工作时，激励线圈中加载一固定频率（3kHZ）、固定波形（方波）的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化达到饱和。在不存在外在电流所产生的被测磁场时，则检测线圈输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称。当存在直流外在被测磁场时，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使激励场使磁芯提前达到饱和，而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和。因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线中出现振幅差。该振幅差与被测电流所产生的磁场成正比，因此可以利用振幅差来检测磁环中所通过的电流。
作为优选，所述的电流传感器电路中的电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过运算放大电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
本发明具有以下有益效果：
1、精度高；2、一致性好；3、温度特性优良；4、自动校正；5、成本可控，在0.1%-0.001%精度范围内，仅需对放大器部分器件进行选料；6、接口简单，单双电源供电均可。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术，包括CPLD芯片1、激励信号电路2和电流传感器电路3，CPLD芯片1的98脚和99脚与磁通门的激励信号电路2相连，CPLD芯片1的100脚与施密特触发器74AV14相连，CPLD芯片1的100脚与磁通门的电流传感器3电路相连；所述的CPLD芯片1采用EPM240芯片。
值得注意的是，所述的磁通门的磁环采用非金磁环和铁氧体磁环。
值得注意的是，所述的电流传感器电路3工作时，激励线圈中加载一固定频率（3kHZ）、固定波形（方波）的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化达到饱和。在不存在外在电流所产生的被测磁场时，则检测线圈输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称。当存在直流外在被测磁场时，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使激励场使磁芯提前达到饱和，而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和。因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线中出现振幅差。该振幅差与被测电流所产生的磁场成正比，因此可以利用振幅差来检测磁环中所通过的电流。
此外，所述的电流传感器电路3中的电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过运算放大电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
本具体实施方式的磁通门传感器是利用被测磁场中高 导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道“门”，通过这道“门”，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。本具体实施方式采用的是双绕组磁通门。环形磁芯上绕有线圈，此双绕组即作为激励绕组又同时作为测量绕组，所测电流从磁环中间穿过。
本具体实施方式基于磁通门原理，采用独特的结构方式和控制算法，实现对激励信号、采集信号的全闭环数字控制，轻松实现不高于十万分之一精度的数字控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.用数控磁通门实现超高精度高低压电流采样技术，其特征在于，包括CPLD芯片(1)、激励信号电路(2)和电流传感器电路(3)，CPLD芯片(1)的98脚和99脚与磁通门的激励信号电路(2)相连，CPLD芯片(1)的100脚与施密特触发器74AV14相连，CPLD芯片(1)的100脚与磁通门的电流传感器(3)电路相连；所述的CPLD芯片(1)采用EPM240芯片。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的磁通门的磁环采用非金磁环和铁氧体磁环。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的电流传感器电路(3)工作时，激励线圈中加载3kHZ的固定频率、固定方波的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化达到饱和；在不存在外在电流所产生的被测磁场时，则检测线圈输出的感应电动势只含有激励波形的奇次谐波，波形正负上下对称；当存在直流外在被测磁场时，则磁芯中同时存在直流磁场和激励交变磁场，直流被测磁场在前半周期内促使激励场使磁芯提前达到饱和，而在另外半个周期内使磁芯延迟饱和;因此，造成激励周期内正负半周不对称，从而使输出电压曲线中出现振幅差,该振幅差与被测电流所产生的磁场成正比，因此可以利用振幅差来检测磁环中所通过的电流。
4.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述的电流传感器电路(3)中的电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过运算放大电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
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