CN111273079B - 一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路及方法，传感器电路包括自激振荡电路；脉宽整形电路，与自激振荡电路连接；脉宽测量微控制单元，与脉宽整形电路连接并对脉宽检测；所述脉宽测量微控制单元具有第一信号线和第二信号线，第一信号线输入第一信号至脉宽测量微控制单元内，第二信号线输入第二信号至脉宽测量微控制单元内；所述第一信号线通过所述脉宽整形电路与第一连接点连接，所述第二信号线通过所述脉宽整形电路与第二连接点连接。本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的传感器原边电流直接数字化检测，减少中间环节，提高产品原边电流的数字化结果精度。

Description

一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路及方法
技术领域
本发明属于基于开环磁通门的技术领域，具体涉及一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路及方法。
技术背景
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。
磁通门电流传感器因其响应时间快(可小于1us)、温度特性好(小于100PPM)，灵敏度高(uA级)，可同时测量直流和交流电流，且测量范围宽(mA级～几kA级)，在高性能的电流测量领域有着重要的地位。目前的磁通门电流传感器产品大多以集成磁通门控制芯片为基础设计，通常为电流输出型的闭环产品，如要进行数字化处理，则需外接电流采样电阻，把产品输出的电流转为电压，再对此电压进行AD模数转换处理。以此过程中，其转换精度会受到很多因素影响，如电流采样电阻的精度、电流采样电阻的温漂特性、AD采样精度及相关的电噪声等，从而使检测精度大打折扣。
发明内容
本发明提供一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路及方法，采用直接数字化检测的磁通门电流传感器电路，规避常规电流采样电机及相关AD转换的中间环节，可大大提高产品的数字化结果精度。
本发明提供一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其包括：
第一正电源；
第一负电源或设置的参考零点；
自激振荡电路，包括第一H桥开关管、第二H桥开关管、第三H桥开关管、第四H桥开关管、磁场检测线圈、限流电阻、第一加速起振电阻以及第二加速起振电阻；其中所述第一H桥开关管的源极和第二H桥开关管的源极连接并均与第一正电源连接，第三H桥开关管的源极和第四H桥开关管的源极连接并均通过限流电阻连接到第一负电源或设置的参考零点，第一H桥开关管的漏极和第三H桥开关管的漏极连接且连接点为第一连接点，第二H桥开关管的漏极和第四H桥开关管的漏极连接且连接点为第二连接点，磁场检测线圈连接在第一连接点和第二连接点之间，第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极连接在一起并与第二连接点连通，第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极连接在一起并第一连接点连通，第一加速起振电阻和第二加速起振电阻并联，第一加速起振电阻的一端与第一正电源连接，第一加速起振电阻的另一端与第二连接点连接，第二加速起振电阻的一端也与第一正电源连接，第二加速起振电阻的另一端与第一连接点连接；
脉宽整形电路，与自激振荡电路连接；
脉宽测量微控制单元，与脉宽整形电路连接并对脉宽检测；所述脉宽测量微控制单元具有第一信号线和第二信号线，第一信号线输入第一信号至脉宽测量微控制单元内，第二信号线输入第二信号至脉宽测量微控制单元内；所述第一信号线通过所述脉宽整形电路与第一连接点连接，所述第二信号线通过所述脉宽整形电路与第二连接点连接。
本发明还提供一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的自激振荡方法，包括如下步骤：
S1：通电时，假设第一H桥开关管先开通，当第一H桥开关管开通时，第一连接点为高电平；
S2：第一连接点的高电平加到第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极上，使第二H桥开关管关断和第四H桥开关管开通，使第二连接点为低电平；
S3：第二连接点的低电平作用于第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极，使第一H桥开关管开通和第三H桥开关管关断，也即此时建立了第一连接点(为高电平、第二连接点为低电平的电路状态；
S4：建立的第一连接点为高电平和第二连接点为低电平的电压会加到磁场检测线圈上，第一连接点和第二连接点上的电压会使磁场检测线圈上的电流不断增大，此时定义从第一连接点到第二连接点的电流为正电流，此电流会流过限流电阻，使限流电阻上的电压也不断增加，从而导致第二连接点电压也不断升高；
S5：当磁场检测线圈上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻上的电压和第二连接点电压也跟着迅速上升；
S6：当第二连接点电压大于某一阀值时，第三H桥开关管导通和第一H桥开关管关断第一连接点为低电平，此低电压作用于第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极，使第二H桥开关管导通和第四H桥开关管关断，第二连接点为高电平，也即此时建立了第一连接点为低电平、第二连接点为高电平的电路状态；这时第一连接点为低电平和第二连接点为高电平的电压会加到磁场检测线圈上，由于磁场检测线圈为一电感元件，故第二连接点和第一连接点上的电压会使磁场检测线圈上的电流反方向不断增大，此时定义从第二连接点到第一连接点的电流为负电流，此电流会流过限流电阻，使限流电阻上的电压也不断增加，从而导致第一连接点电压也不断升高；
S7：当磁场检测线圈上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻上的电压和第一连接点电压也跟着迅速上升；
S8：当第一连接点电压大于某一阀值时，第四H桥开关管导通和第二H桥开关管关断，第二连接点为低电平，此低电压作用于第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极，使第一H桥开关管导通和第三H桥开关管关断，第一连接点为高电平，也即此时建立了第一连接点为高电平，第二连接点为低电平的电路状态。
本发明又提供一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的电流测量及校准方法，包括如下步骤：
S1：在无原边电流时，脉宽测量微控制单元测量出第一连接点和第二连接点的脉宽占空比第一连接点的占空比值记为DA0，第二连接点的占空比值为DB0；
S2：在原边通入一已知的标准电流IN，并由脉宽测量微控制单元测量出第一信号和第二信号的脉宽占空比,其值分别记为DAN和DBN；
其中，DA0、DB0、IN、DAN和DBN经校准确定后会永久保存在脉宽测量微控制单元MCU的内部；此后脉宽测量微控制单元会实时测量出第一信号和第二信号点的脉宽占空比,其值分别记为DA和DB，则原边电流IP计算如下：
Figure BDA0001891522510000031
其中：
Figure BDA0001891522510000041
Figure BDA0001891522510000042
本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的传感器原边电流直接数字化检测，减少中间环节，提高产品原边电流的数字化结果精度。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。
图1为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第一实施例的电路示意图；
图2为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第二实施例的电路示意图；
图3为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第三实施例的电路示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
本发明揭示一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，本发明实际是基于磁场检测线圈(又叫磁探头线圈)自激振荡电路和双脉宽测量的开环磁通门直流电流传感器电路。
本发明基于开环磁通门检测原理，传感器原边电流直接数字化检测，减少中间环节，提高产品原边电流的数字化结果精度。
如图1所示为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第一实施例的电路图，本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路由双电源供电，即第一电源VCC1和第二电源VCC2。
基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路包括：第一正电源VCC1、第一负电源(负电源根据设计的需要，可以有也可以没有)或设置的参考零点、第二正电源VCC2、第二负电源(负电源根据设计的需要，可以有也可以没有)或设置的参考零点、与第一电源VCC1连接的自激振荡电路以及与自激振荡电路连接的脉宽整形电路以及与脉宽整形电路连接的脉宽测量微控制单元MCU；其中脉宽测量微控制单元MCU对脉宽检测。
当基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路设有第一负电源和第二负电源时，自激振荡电路设置在第一正电源和第一负电源之间，脉宽整形电路设置在第二正电源和第二负电源之间；当基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路没有设有第一负电源和第二负电源时，自激振荡电路设置在第一正电源和设置的参考零点之间，脉宽整形电路设置在第二正电源和设置的参考零点之间。
其中，自激振荡电路包括第一H桥开关管Q1、第二H桥开关管Q2、第三H桥开关管Q3、第四H桥开关管Q4、磁场检测线圈LS、限流电阻R1、第一加速起振电阻R2以及第二加速起振电阻R3；其中磁场检测线圈LS为一可饱和电感，其线圈内部的磁材通常由那些高初始磁导率、低饱和磁感应强度的磁性材料构成；所述可饱和电感是指当电感中的电流大于某一阀值时，其电感量会迅速减小，电流会快速上升，表示为电感饱和。
第一H桥开关管Q1和第二H桥开关管Q2为P型MOS管，第三H桥开关管Q3和第四H桥开关管Q4为N型MOS管。
脉宽整形电路包括第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第四电阻R4、第五电阻R5、第五H桥开关管Q5、第六H桥开关管Q6、第六电阻R6以及第七电阻R7。
其中，第五H桥开关管Q5和第六H桥开关管Q6均为P型MOS管。
其中第一加速起振电阻R2、第二加速起振电阻R3、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第四电阻R4和第五电阻R5为可选元件。
在自激振荡电路中：第一H桥开关管Q1的源极和第二H桥开关管Q2的源极连接并均与第一正电源VCC1连接；第三H桥开关管Q3的源极和第四H桥开关管Q4的源极连接并均通过限流电阻R1连接到第一负电源或设置的参考零点；第一H桥开关管Q1的漏极和第三H桥开关管Q3的漏极连接且连接点为图1所示的A点(即第一连接点)；第二H桥开关管Q2的漏极和第四H桥开关管Q4的漏极连接且连接点为图1所示的B点(即第二连接点)；磁场检测线圈LS连接在第一H桥开关管Q1的漏极和第三H桥开关管Q3的漏极的连接点与第二H桥开关管Q2的漏极和第四H桥开关管Q4的漏极的连接点之间(即磁场检测线圈LS连接在A点和B点之间，图1所示实施例)；第一H桥开关管Q1的栅极和第三H桥开关管Q3的栅极连接在一起并与第二连接点(即B点)连通(可直接连通，也可通过电阻连通)；第二H桥开关管Q2的栅极和第四H桥开关管Q4的栅极连接在一起并第一连接点(即A点)连通(可直接连通，也可通过电阻连通)。
第一加速起振电阻R2和第二加速起振电阻R3并联，第一加速起振电阻R2的一端与第一正电源VCC1连接，第一加速起振电阻R2的另一端与第二连接点(即B点)连接，第二加速起振电阻R3的一端也与第一正电源VCC1连接，第二加速起振电阻R3的另一端与第一连接点(即A点)连接。
在脉宽整形电路中，第一稳压二极管Z1的负极与第二连接点(即B点)连接，第一稳压二极管Z1的正极与第五电阻R5串联连接后并与设置的参考零点连接；第二稳压二极管Z2的负极与第一连接点(即A点)连接，第二稳压二极管Z2的正极与第四电阻R4串联连接后并与设置的参考零点连接；第五H桥开关管Q5的源极、第六电阻R6、第二正电源VCC2、第七电阻R7以及第六H桥开关管Q6的源极串联连接，第五H桥开关管Q5的栅极与第一稳压二极管Z1的正极连接，第六H桥开关管Q6的栅极与第二稳压二极管Z2的正极连接，第五H桥开关管Q5的漏极和第六H桥开关管Q6的漏极连接且连接至第二负电源或设置的参考零点。
其中，脉宽测量微控制单元MCU具有第一信号线和第二信号线，第一信号线输入第一信号PWM1至脉宽测量微控制单元MCU内，第二信号线输入第二信号PWM2至脉宽测量微控制单元MCU内。脉宽测量微控制单元MCU的第一信号线连接在第五H桥开关管Q6的源极和第七电阻R7之间，脉宽测量微控制单元MCU的第二信号线连接在第五H桥开关管Q5的源极和第六电阻R6之间，即所述第一信号线通过所述脉宽整形电路与第一连接点连接，所述第二信号线通过所述脉宽整形电路与第二连接点连接。
基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的自激振荡方法，包括如下步骤：
在刚上电时，第一H桥开关管Q1、第二H桥开关管Q2、第三H桥开关管Q3和第四H桥开关管Q4会因器件参数的不完全一致性，势必会造成其中的一个H桥开关管优先开通(在图1中在图1中的第一加速起振电阻R2和第二加速起振电阻R3会加速这开通过程)；
S1：通电时，假设第一H桥开关管Q1先开通(在刚通电时，第一H桥开关管Q1、第二H桥开关管Q2、第三H桥开关管Q3和第四H桥开关管Q4会因器件参数的不完全一致性，势必会造成其中的一个H桥开关管优先开通(在图1中在图1中的第一加速起振电阻R2和第二加速起振电阻R3会加速这开通过程)，当第一H桥开关管Q1开通时，第一连接点(即A点)为高电平；
S2：第一连接点(即A点)的高电平加到第二H桥开关管Q2的栅极和第四H桥开关管Q4的栅极上，使第二H桥开关管Q2关断和第四H桥开关管Q4开通，使第二连接点(即B点)为低电平；
S3：第二连接点(即B点)的低电平作用于第一H桥开关管Q1的栅极和第三H桥开关管Q3的栅极，使第一H桥开关管Q1开通和第三H桥开关管Q3关断，也即此时建立了第一连接点(即A点)为高电平、第二连接点(即B点)为低电平的电路状态；
S4：建立的第一连接点(即A点)为高电平和第二连接点(即B点)为低电平的电压会加到磁场检测线圈LS上(或磁场检测线圈LS和第一加速起振电阻R2上)，由于磁场检测线圈LS为一电感元件，其电流不能突变，故第一连接点(即A点)和第二连接点(即B点)上的电压会使磁场检测线圈LS上的电流不断增大(此时定义从第一连接点(即A点)到第二连接点(即B点)的电流为正电流)，此电流会流过限流电阻R1，使限流电阻R1上的电压也不断增加，从而导致第二连接点(即B点)电压也不断升高；
S5：当磁场检测线圈LS上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈LS电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻R1上的电压和第二连接点(即B点)电压也跟着迅速上升；
S6：当第二连接点(即B点)电压大于某一阀值时，第三H桥开关管Q3导通和第一H桥开关管Q1关断第一连接点(即A点)为低电平，此低电压作用于第二H桥开关管Q2的栅极和第四H桥开关管Q4的栅极，使第二H桥开关管Q2导通和第四H桥开关管Q4关断，第二连接点(即B点)为高电平，也即此时建立了第一连接点(即A点)为低电平、第二连接点(即B点)为高电平的电路状态；这时第一连接点(即A点)为低电平和第二连接点(即B点)为高电平的电压会加到磁场检测线圈LS上(或磁场检测线圈LS和第一加速起振电阻R2上)，由于磁场检测线圈LS为一电感元件，其电流不能突变，故第二连接点(即B点)和第一连接点(即A点)上的电压会使磁场检测线圈LS上的电流反方向不断增大(此时定义从第二连接点(即B点)到第一连接点(即A点)的电流为负电流)，此电流会流过限流电阻R1，使限流电阻R1上的电压也不断增加，从而导致第一连接点(即A点)电压也不断升高；
S7：当磁场检测线圈LS上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈LS电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻R1上的电压和第一连接点(即A点)电压也跟着迅速上升；
S8：当第一连接点(即A点)电压大于某一阀值时，第四H桥开关管Q4导通和第二H桥开关管Q2关断，第二连接点(即B点)为低电平，此低电压作用于第一H桥开关管Q1的栅极和第三H桥开关管Q3的栅极，使第一H桥开关管Q1导通和第三H桥开关管Q3关断，第一连接点(即A点)为高电平，也即此时建立了第一连接点(即A点)为高电平，第二连接点(即B点)为低电平的电路状态。
本发明通过如此不断反复振荡，其振荡频率与电源电压、磁场检测线圈LS的电感量、限流电阻R1和第一加速起振电阻R2的参数有关。
本发明磁场检测线圈LS通过选择合适的磁材和绕制恰当的圈数，同时设计合适的限流电阻R1参数，使磁场检测线圈LS工作于正反磁场饱和状态(称之为磁通门)，正常情况下磁通门正反对称，在无外部磁场影响下，其第一连接点(即A点)和第二连接点(即B点)的波形完全一致，相位相差180度，其脉宽或占空比是一样的。
当有外部磁场影响时(电流传感器通常为原边电流的磁场)，磁通门的正反对称性会被打破，此时第一连接点(即A点)和第二连接点(即B点)的波形变化，其脉宽或占空比会一个变大，另一个变小，此变化量的大小与外部磁场成正比，通过检测此脉宽变化的大小，从而计算出原边电流的大小。
由于本发明的磁通门为单电源工作其对称性不受电源影响，从而保证电路具有极高的灵敏度和检测精度。
基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的电流测量及校准方法，包括如下步骤：
S1：在无原边电流时，由脉宽测量微控制单元MCU测量出第一连接点(即A点)和第二连接点(即B点)的脉宽占空比(第一连接点(即A点)对应脉宽整形电路的第一信号PW1的占空比，第二连接点(即B点)对应脉宽整形电流的第二信号PW2的占空比)，第一连接点(即A点)的占空比值记为DA0，第二连接点(即B点)的占空比值为DB0；
S2：在原边通入一已知的标准电流IN，并由脉宽测量微控制单元MCU测量出第一信号PWM1和第二信号PWM2点的脉宽占空比,其值分别记为DAN和DBN；
其中DA0、DB0、IN、DAN和DBN经校准确定后会永久保存在脉宽测量微控制单元MCU的内部；此后脉宽测量微控制单元MCU会实时测量出第一信号PWM1和第二信号PWM2点的脉宽占空比,其值分别记为DA和DB，则原边电流IP计算如下：
Figure BDA0001891522510000091
其中：
Figure BDA0001891522510000092
Figure BDA0001891522510000093
如图2所示为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第二实施例的电路图，第二实施例与上述第一实施例的区别是：自激振荡电路还包括第七H桥开关管Q7和比较器U1，其中第七H桥开关管Q7为N型MOS管。
第七H桥开关管Q7的源极连接在第三H桥开关管Q3的漏极和第四H桥开关管Q4的漏极之间，第七H桥开关管Q7的栅极与比较器U1的输出端连接，比较器U1的正向输入端输入参考电压VREF，第七H桥开关管Q7的漏极和比较器U1的负向输入端并联连接后与限流电阻R1串联连接并连接至第一负电源或设置的参考零点。
当限流电阻R1上的电压小于输入参考电压VREF时，比较器U1输出高电平，第七H桥开关管Q7导通，当限流电阻R1上的电压大于输入参考电压VREF时，比较器U1输出低电平，强制关断第七H桥开关管Q7，使自激振荡电路翻转。
如图3所示为本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路第三实施例的电路图，第三实施例与上述第一实施例的区别是：自激振荡电路还包括第七H桥开关管Q7，其中第七H桥开关管Q7为P型MOS管。
第七H桥开关管Q7的源极连接在第三H桥开关管Q3的漏极和第四H桥开关管Q4的漏极之间，第七H桥开关管Q7的栅极和第七H桥开关管Q7的漏极均与脉宽测量微控制单元MCU连接，第七H桥开关管Q7的漏极也与限流电阻R1串联连接并连接至第一负电源或设置的参考零点。
脉宽测量微控制单元MCU实时检测限流电阻R1上的电压，当限流电阻R1上的电压小于某值时，脉宽测量微控制单元MCU输出高电平，第七H桥开关管Q7导通，当当限流电阻R1上的电压大于某值时，由脉宽测量微控制单元MCU发出低电平，强制关断第七H桥开关管Q7，使自激振荡电路翻转。
本发明基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的传感器原边电流直接数字化检测，减少中间环节，提高产品原边电流的数字化结果精度。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明的技术构思范围内，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些改进、润饰和等同变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于，其包括：
第一正电源；
第一负电源或设置的参考零点；
自激振荡电路，包括第一H桥开关管、第二H桥开关管、第三H桥开关管、第四H桥开关管、磁场检测线圈、限流电阻、第一加速起振电阻以及第二加速起振电阻；其中所述第一H桥开关管的源极和第二H桥开关管的源极连接并均与第一正电源连接，第三H桥开关管的源极和第四H桥开关管的源极连接并均通过限流电阻连接到第一负电源或设置的参考零点，第一H桥开关管的漏极和第三H桥开关管的漏极连接且连接点为第一连接点，第二H桥开关管的漏极和第四H桥开关管的漏极连接且连接点为第二连接点，磁场检测线圈连接在第一连接点和第二连接点之间，第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极连接在一起并与第二连接点连通，第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极连接在一起并第一连接点连通，第一加速起振电阻和第二加速起振电阻并联，第一加速起振电阻的一端与第一正电源连接，第一加速起振电阻的另一端与第二连接点连接，第二加速起振电阻的一端也与第一正电源连接，第二加速起振电阻的另一端与第一连接点连接；
脉宽整形电路，与自激振荡电路连接；
脉宽测量微控制单元，与脉宽整形电路连接并对脉宽检测；所述脉宽测量微控制单元具有第一信号线和第二信号线，第一信号线输入第一信号至脉宽测量微控制单元内，第二信号线输入第二信号至脉宽测量微控制单元内；所述第一信号线通过所述脉宽整形电路与第一连接点连接，所述第二信号线通过所述脉宽整形电路与第二连接点连接；
所述第一H桥开关管和第二H桥开关管为P型MOS管，第三H桥开关管和第四H桥开关管为N型MOS管。
2.根据权利要求1所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：所述磁场检测线圈为一可饱和电感。
3.根据权利要求1所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：还包括第二正电源、第二负电源或设置的参考零点；所述脉宽整形电路包括第一稳压二极管、第二稳压二极管、第四电阻、第五电阻、第五H桥开关管、第六H桥开关管、第六电阻以及第七电阻；其中第一稳压二极管的负极与第二连接点连接，第一稳压二极管的正极与第五电阻串联连接后并与设置的参考零点连接；第二稳压二极管的负极与第一连接点连接，第二稳压二极管的正极与第四电阻串联连接后并与设置的参考零点连接；第五H桥开关管的源极、第六电阻、第二正电源、第七电阻以及第六H桥开关管的源极串联连接，第五H桥开关管的栅极与第一稳压二极管的正极连接，第六H桥开关管的栅极与第二稳压二极管的正极连接，第五H桥开关管的漏极和第六H桥开关管的漏极连接且连接至第二负电源或设置的参考零点。
4.根据权利要求3所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：所述第一信号线连接在第五H桥开关管的源极和第七电阻之间，所述第二信号线连接在第五H桥开关管的源极和第六电阻之间。
5.根据权利要求3所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：第五H桥开关管和第六H桥开关管均为P型MOS管。
6.根据权利要求1所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：所述自激振荡电路还包括第七H桥开关管和比较器；其中第七H桥开关管的源极连接在第三H桥开关管的漏极和第四H桥开关管的漏极之间，第七H桥开关管的栅极与比较器的输出端连接，比较器的正向输入端输入参考电压VREF，第七H桥开关管的漏极和比较器的负向输入端并联连接后与限流电阻串联连接并连接至第一负电源或设置的参考零点。
7.根据权利要求1所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路，其特征在于：所述自激振荡电路还包括第七H桥开关管；其中第七H桥开关管的源极连接在第三H桥开关管的漏极和第四H桥开关管的漏极之间，第七H桥开关管的栅极和第七H桥开关管的漏极均与脉宽测量微控制单元连接，第七H桥开关管的漏极也与限流电阻串联连接并连接至第一负电源或设置的参考零点。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的自激振荡方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通电时，假设第一H桥开关管先开通，当第一H桥开关管开通时，第一连接点为高电平；
S2：第一连接点的高电平加到第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极上，使第二H桥开关管关断和第四H桥开关管开通，使第二连接点为低电平；
S3：第二连接点的低电平作用于第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极，使第一H桥开关管开通和第三H桥开关管关断，也即此时建立了第一连接点为高电平、第二连接点为低电平的电路状态；
S4：建立的第一连接点为高电平和第二连接点为低电平的电压会加到磁场检测线圈上，第一连接点和第二连接点上的电压会使磁场检测线圈上的电流不断增大，此时定义从第一连接点到第二连接点的电流为正电流，此电流会流过限流电阻，使限流电阻上的电压也不断增加，从而导致第二连接点电压也不断升高；
S5：当磁场检测线圈上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻上的电压和第二连接点电压也跟着迅速上升；
S6：当第二连接点电压大于某一阀值时，第三H桥开关管导通和第一H桥开关管关断第一连接点为低电平，此低电压作用于第二H桥开关管的栅极和第四H桥开关管的栅极，使第二H桥开关管导通和第四H桥开关管关断，第二连接点为高电平，也即此时建立了第一连接点为低电平、第二连接点为高电平的电路状态；这时第一连接点为低电平和第二连接点为高电平的电压会加到磁场检测线圈上，由于磁场检测线圈为一电感元件，故第二连接点和第一连接点上的电压会使磁场检测线圈上的电流反方向不断增大，此时定义从第二连接点到第一连接点的电流为负电流，此电流会流过限流电阻，使限流电阻上的电压也不断增加，从而导致第一连接点电压也不断升高；
S7：当磁场检测线圈上的电流大于某一阀值时，磁场检测线圈电感饱和，其电流迅速上升，限流电阻上的电压和第一连接点电压也跟着迅速上升；
S8：当第一连接点电压大于某一阀值时，第四H桥开关管导通和第二H桥开关管关断，第二连接点为低电平，此低电压作用于第一H桥开关管的栅极和第三H桥开关管的栅极，使第一H桥开关管导通和第三H桥开关管关断，第一连接点为高电平，也即此时建立了第一连接点为高电平，第二连接点为低电平的电路状态。
9.根据权利要求1-7任一所述基于双脉宽测量的磁通门直流电流传感器电路的电流测量及校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在无原边电流时，脉宽测量微控制单元测量出第一连接点和第二连接点的脉宽占空比第一连接点的占空比值记为DA0，第二连接点的占空比值为DB0；
S2：在原边通入一已知的标准电流IN，并由脉宽测量微控制单元测量出第一信号和第二信号的脉宽占空比,其值分别记为DAN和DBN；
其中，DA0、DB0、IN、DAN和DBN经校准确定后会永久保存在脉宽测量微控制单元MCU的内部；此后脉宽测量微控制单元会实时测量出第一信号和第二信号点的脉宽占空比,其值分别记为DA和DB，则原边电流IP计算如下：
Figure FDA0003326289090000041
其中：
Figure FDA0003326289090000042
Figure FDA0003326289090000043
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