CN116125135A - 温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备 - Google Patents

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CN116125135A CN202310404694.4A CN202310404694A CN116125135A CN 116125135 A CN116125135 A CN 116125135A CN 202310404694 A CN202310404694 A CN 202310404694A CN 116125135 A CN116125135 A CN 116125135A
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Abstract

本申请涉及一种温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备。该温度自补偿隧穿磁阻电流传感器包括：TMR芯片模块，用于感应目标导体产生的磁场，输出初始电压；补偿电压生成模块，用于获取第一电压和第二电压，根据环境温度对所述电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压；温度补偿计算模块，其输入端与TMR芯片模块、补偿电压生成模块的输出端连接，用于根据温度补偿电压对初始电压进行补偿运算，得到用于确定目标导体对应电流的目标电压。本申请通过补偿电压生成模块输出的温度补偿电压对TMR芯片输出的初始电压进行温度补偿，消除了环境温度对TMR芯片输出电压的影响，有效提高了应用TMR芯片的电流传感器的测量精度。

Description

温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备
技术领域
本发明涉及电力测量技术领域，特别是涉及一种温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备。
背景技术
新一代智能电网中，为了便于对电力系统中的电流进行实时测量，一般采用非接触式的电流传感器，对电网系统中的电流进行实时测量。
目前，非接触式的电流传感器的传感芯片会采用隧穿磁阻（TunnelMagnetoresistance，TMR）芯片。其中，TMR芯片内部通常由四个磁电阻组成，同一桥臂上两个磁电阻与外加磁场在一定磁场范围内呈线性关系，因此，可以直接使用TMR芯片的输出电压计算TMR芯片对应的被测导体处的磁场；根据安培环路定理，使用磁场测量值可以得到被测导体的电流值。
但是，电力系统中被测导体所处的环境温度变化范围较大，而TMR芯片中的磁电阻的阻值会随环境温度变化而变化，导致应用TMR芯片的电流传感器的测量精度较差。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现提高测量精度的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备。
第一方面，本申请提供了一种温度自补偿隧穿磁阻电流传感器。该温度自补偿隧穿磁阻电流传感器包括：
TMR芯片模块，用于感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压；
补偿电压生成模块，用于获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压，目标位置为目标导体所在的位置；
温度补偿计算模块，温度补偿计算模块的输入端与TMR芯片模块的输出端连接，以及与补偿电压生成模块的输出端连接，用于根据温度补偿电压对初始电压进行补偿运算，得到目标电压，目标电压用于确定目标导体对应的电流。
在其中一个实施例中，补偿电压生成模块包括：
第一补偿电压生成子模块，用于获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对第一电压和第二电压进行第一跟随相加处理，得到第一补偿电压；第一跟随相加处理与TMR芯片模块中的第一温度系数相关；
第二补偿电压生成子模块，用于获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对第一电压和第二电压进行第二跟随相加处理，得到第二补偿电压；第二跟随相加处理与TMR芯片模块中的第二温度系数相关。
在其中一个实施例中，第一补偿电压生成子模块包括：
第一反向跟随电路，用于获取第一电压，并根据环境温度对第一电压进行跟随处理，得到第一跟随电压；
第一同向加法电路，用于获取第二电压和第一跟随电压，并根据第一温度系数对第二电压和第一跟随电压进行跟随相加处理，得到第一补偿电压。
在其中一个实施例中，第二补偿电压生成子模块包括：
第二反向跟随电路，用于获取第一电压，并根据环境温度对第一电压进行跟随处理，得到第二跟随电压；
第二同向加法电路，用于获取第二电压和第二跟随电压，并根据第二温度系数对第二电压和第二跟随电压进行跟随相加处理，得到第二补偿电压。
在其中一个实施例中，温度补偿计算模块包括：
第一温度补偿计算子模块，第一温度补偿计算子模块的输入端与第一补偿电压生成子模块的输出端连接，以及与TMR芯片模块的输出端连接，用于对第一补偿电压和初始电压按照预设除法系数进行除法运算，得到除后电压；
第二温度补偿计算子模块，第二温度补偿计算子模块的输入端与第二补偿电压生成子模块的输出端连接，以及与第一温度补偿计算子模块的输出端连接，用于对除后电压和第二补偿电压按照预设乘法系数进行乘法运算，得到目标电压。
在其中一个实施例中，预设除法系数与预设乘法系数的乘积等于第一温度系数与第二温度系数的比值。
在其中一个实施例中，第一温度补偿计算子模块包括：
第一运算放大器，第一运算放大器的正相输入端通过电阻R1接地，第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2连接TMR芯片模块的输出端；
第一乘法器，第一乘法器的输入端与第一运算放大器的输出端、以及与第一补偿电压生成子模块的输出端连接，第一乘法器的输出端通过电阻R3连接至第一运算放大器的反相输入端；
其中，预设除法系数通过以下公式确定：
 ，
其中，D表示预设除法系数，R2是电阻R2的阻值，R3是电阻R3的阻值，F1是第一乘法器的放大参数。
在其中一个实施例中，第二温度补偿计算子模块包括：
第二乘法器，第二乘法器的输入端与第一温度补偿计算子模块的输出端以及第二补偿电压生成子模块的输出端连接，第二乘法器的输出端作为温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的输出端。
第二方面，本申请提供了一种电流测量方法，该方法应用于本申请第一方面提供的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器中，该方法包括：
感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压；
获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压，目标位置为目标导体所在的位置；
根据温度补偿电压对初始电压进行补偿运算，得到目标电压，该目标电压用于确定目标导体对应的电流。
第三方面，本申请提供了一种电流测量设备，该设备包括如本申请第一方面提供的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器。
上述温度自补偿隧穿磁阻电流传感器、电流测量方法及设备，通过TMR芯片模块感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压，利用补偿电压生成模块获取第一电压和第二电压，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压，将温度补偿计算模块的输入端与TMR芯片模块的输出端连接，以及与补偿电压生成模块的输出端连接，利用温度补偿计算模块根据温度补偿电压对初始电压进行补偿运算，得到目标电压；目标电压用于确定目标导体对应的电流。这样，上述温度自补偿隧穿磁阻电流传感器通过补偿电压生成模块，根据目标导体所在位置的环境温度生成温度补偿电压，基于温度补偿计算模块利用温度补偿电压对TMR芯片模块输出的初始电压进行温度补偿，得到消除了环境温度对初始电压影响的目标电压，根据目标电压确定目标导体对应的电流，避免了传统的电流传感器直接使用TMR芯片模块输出的初始电压确定目标导体电流，TMR芯片模块中的磁电阻阻值受目标导体所在位置的环境温度的影响发生变化导致TMR芯片模块输出的初始电压与室温温度下的输出电压之间存在误差，进而导致目标导体电流测量值存在误差，测量精度较差的问题，有效提高了应用TMR芯片的电流传感器的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1为一实施例的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的结构示意图；
图2为图1中TMR芯片模块内部的一种示例性结构示意图；
图3为图1中补偿电压生成模块的一种示例性结构示意图；
图4为图3中第一补偿电压生成子模块的一种示例性结构示意图；
图5为图1中温度补偿计算模块的一种示例性结构示意图；
图6为图1中温度补偿计算模块的一种示例性结构示意图；
图7为图6中第一温度补偿计算子模块的一种示例性结构示意图；
图8为另一实施例的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的结构示意图；
图9为一实施例的电流测量方法流程示意图。
附图标记说明：
100-TMR芯片模块，110-TMR芯片电路，120-第六运算放大器，200-补偿电压生成模块，210-第一补偿电压生成子模块，211-第一反向跟随电路，2111-第二运算放大器，212-第一同向加法电路，2121-第三运算放大器，220-第二补偿电压生成子模块，221-第二反向跟随电路，2211-第四运算放大器，222-第二同向加法电路，2221-第五运算放大器，300-温度补偿计算模块，310-第一温度补偿计算子模块，311-第一运算放大器，312-第一乘法器，320-第二温度补偿计算子模块，321-第二乘法器，701-集成运算放大器，702-第三乘法器。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
如图1所示，一实施例的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器包括TMR芯片模块100、补偿电压生成模块200和温度补偿计算模块300。
TMR芯片模块100用于感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压VX1。其中，请参考图2，为本实施例中提供的TMR芯片模块100的内部结构示意图。如图2所示，TMR芯片模块100内部的磁电阻RM1和磁电阻RM2的阻值受温度变化影响，在本申请实施例中使用第一温度系数k1表示第一磁电阻RM1的电阻温度系数，第二温度系数k2表示第二磁电阻RM2的电阻温度系数，磁电阻RM1和磁电阻RM2的阻值随温度变化情况可以表示为：
；
。
其中，RM1(T0)和RM2(T0)表示在参考温度T0时第一磁电阻RM1和第二磁电阻RM2的阻值，T表示目标导体所在位置的环境温度。示例性的，参考温度T0为25℃。
TMR芯片模块100在环境温度T时输出的初始电压VX1可以通过如下公式表示为：
,
其中，VS为芯片的外接电源，数值上等于VSP-VSN。
用V0表示在参考温度T0下，TMR芯片模块100输出的初始电压，V0可以表示为：
，
因此，TMR芯片模块100在环境温度T时输出的初始电压VX1可以进一步表示为：
    ，
其中，b1、b2、b3是与TMR芯片模块100对应的第一温度系数k1、第二温度系数k2有关的常数：
。
可见，TMR芯片模块100输出的初始电压VX1中包括与目标位置环境温度T相关的误差项，因此，本申请实施例通过补偿电压生成模块200构造与目标位置环境温度T相关的温度补偿电压Vc以便对TMR芯片模块输出的初始电压VX1进行温度补偿。
补偿电压生成模块200用于获取固定的外部输入电压第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度T对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行跟随相加处理，得到温度补偿电压Vc，跟随相加处理过程可以表示为：
，
其中，A(T)为目标导体所在位置的环境温度T变化的比例函数，B为与第一温度系数k1和第二温度系数k2有关的常数。
由于温度补偿电压Vc根据测量环境温度变化而变化，与TMR芯片模块100测量过程中同样因环境温度变化而产生的误差相对应，因此构造特定参数时能够有效消除测量环境温度T对TMR芯片模块100输出的初始电压VX1的影响。
温度补偿计算模块300的输入端与TMR芯片模块100的输出端连接，以及与补偿电压生成模块200的输出端连接，用于根据温度补偿电压Vc对初始电压VX1进行补偿运算，得到用于确定目标导体对应的电流的目标电压VO。
上述实施例提供的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器通过TMR芯片模块100以非接触的方式，将目标导体产生的磁场转换为电压信号，输出与磁场对应的初始电压VX1；补偿电压生成模块200基于目标导体所在位置环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行跟随相加处理生成温度补偿电压Vc，再由温度补偿计算模块300根据温度补偿电压Vc对初始电压VX1进行补偿运算，得到用于确定目标导体对应电流的目标电压VO。TMR芯片模块100输出初始电压VX1中的误差项可以通过加和/或减和/或乘和/或除等运算抵消，补偿电压生成模块200能够构造起与误差项对应的温度补偿电压Vc，温度补偿计算模块300对初始电压VX1和温度补偿电压Vc进行运算以抵消初始电压VX1中的误差项，消除由于环境温度T变化对TMR芯片模块100的输出电压信号带来的影响，提高温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的测量精度。
如图3所示，一实施例的补偿电压生成模块200包括第一补偿电压生成子模块210以及第二补偿电压生成子模块220。
第一补偿电压生成子模块210用于获取第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第一跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1，第一跟随相加处理与TMR芯片模块100中的第一温度系数k1相关。
第二补偿电压生成子模块220用于获取第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第二跟随相加处理，得到第二补偿电压Vc2，第二跟随相加处理与TMR芯片模块100中的第二温度系数k2相关。
在其中一个实施例中，参考图3，第一补偿电压生成子模块210包括：第一反向跟随电路211，用于获取第一电压Vr1，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第一跟随电压Vf1；第一同向加法电路212，用于获取第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1，并根据第一温度系数k1对第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1进行跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1。
第二补偿电压生成子模块220包括：第二反向跟随电路221，用于获取第一电压Vr1，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第二跟随电压Vf2；第二同向加法电路222，用于获取第二电压Vr2和第二跟随电压Vf2，并根据第二温度系数k2对第二电压Vr2和第二跟随电压Vf2进行跟随相加处理，得到第二补偿电压Vc2。
示例性的，TMR芯片模块100获取的初始电压VX1随环境温度变化而变化，可以表示为：
，
其中，V0表示参考温度下TMR芯片模块的输出电压，b1、b2、b3是与TMR芯片第一温度系数k1、第二温度系数k2有关的常数，T表示测量时环境温度。
第一补偿电压生成子模块210中根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第一跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1，可以表示为：
，
其中，A1(T)为目标导体所在位置的环境温度T变化的比例函数，B1为与第一温度系数k1有关的常数。
构造参数，当A1(T)的比例系数为-k1b2/Vr1，B1为k1/Vr2时，Vc1可以重新表示为：
。
第二补偿电压生成子模块220用于获取第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第二跟随相加处理，得到第二补偿电压Vc2，可以表示为：
，
其中，A2(T)为目标导体所在位置的环境温度T变化的比例函数，B2为与第二温度系数k2有关的常数。
构造参数，当A2(T)的比例系数为-k2b3/Vr1，B2为k2/Vr2时，Vc2可以重新表示为：
 。
可以理解，将第一补偿电压Vc1与初始电压VX1进行除法运算，可以消除初始电压VX1中的(1-b2T)项，第二补偿电压Vc2与初始电压VX1进行乘法运算，可以消除初始电压VX1中的(1-b3T)项。因此，通过设置第一补偿电压生成子模块210和第二补偿电压生成子模块220，可以以乘法或除法运算的方式消除初始电压VX1中与环境温度T有关的项。
在一种可能的实施方式中，如图4所示，第一补偿电压生成子模块210包括：第一反向跟随电路211，用于获取第一电压Vr1，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第一跟随电压Vf1；第一同向加法电路212，用于获取第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1，并根据第一温度系数k1对第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1进行跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1。
其中，第一反向跟随电路211包括：第二运算放大器2111，第二运算放大器2111的反相输入端通过电阻R4连接第一电压Vr1，第二运算放大器2111的正相输入端通过电阻R5接地，热敏电阻RT跨接在第二运算放大器2111的输出端和反相输入端之间作为第二运算放大器2111的负反馈。
第一同向加法电路212包括：第三运算放大器2121，第三运算放大器2121的正相输入端通过电阻R6连接第一反向跟随电路211的输出端，同时通过电阻R7连接第二电压Vr2，同时通过电阻R8接地，第三运算放大器2121的反相输入端通过电阻R9接地，同时接入电阻R10作为负反馈，第三运算放大器2121的输出电压为第一补偿电压Vc1。
这样，第一反向跟随电路211输出的第一跟随电压Vf1、第一同向加法电路212输出的第一补偿电压Vc1分别可以表示为：
，
，
其中，R4、R6、R7、R10、RT分别表示电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R10以及热敏电阻RT的阻值。
示例性的，TMR芯片模块100获取的初始电压VX1随环境温度变化而变化，可以表示为：
   ，
其中，V0表示参考温度下TMR芯片模块的输出电压，b1、b2、b3是与TMR芯片第一温度系数k1、第二温度系数k2有关的常数，T表示测量时环境温度。
调整各电阻参数使得：
第一补偿电压Vc1可以重新表示为：
。
可以理解，将第一补偿电压Vc1与初始电压VX1进行除法运算，可以消除初始电压VX1中与测量环境温度T有关的(1-b2T)项，从而有效消除测量环境温度T对TMR芯片模块100输出的初始电压VX1的影响。
如图5所示，一实施例的温度补偿计算模块300包括：第一温度补偿计算子模块310和第二温度补偿计算子模块320。
第一温度补偿计算子模块310的输入端与第一补偿电压生成子模块210的输出端连接，以及与TMR芯片模块100的输出端连接，用于对第一补偿电压Vc1和初始电压VX1按照预设除法系数D进行除法运算，得到除后电压VO1。
第二温度补偿计算子模块320的输入端与第二补偿电压生成子模块220的输出端连接，以及与第一温度补偿计算子模块310的输出端连接，用于对第一温度补偿计算子模块310输出的除后电压VO1和第二补偿电压Vc2按照预设乘法系数M进行乘法运算，得到目标电压VO。
其中，预设除法系数D与预设乘法系数M的乘积等于第一温度系数k1与第二温度系数k2的比值。
这样，第一温度补偿计算子模块310输出的除后电压VO1可以表示为：
。
第二温度补偿计算子模块320输出的目标电压VO可以表示为：
。
可以理解，当能够抵消初始电压VX1中与温度相关的项时，VO即为消除了环境温度对初始电压VX1影响的目标电压，能够更加准确地测算出目标导体的电流。
如图6所示，一实施例中温度补偿计算模块300的第一温度补偿计算子模块310包括：第一运算放大器311，第一运算放大器311的正相输入端通过电阻R1接地，第一运算放大器311的反相输入端通过电阻R2连接TMR芯片模块的输出端（即初始电压VX1）；第一乘法器312，第一乘法器312的输入端与第一运算放大器311的输出端、以及与第一补偿电压生成子模块210的输出端连接，第一乘法器312的输出端通过电阻R3连接至第一运算放大器311的反相输入端，预设除法系数D通过以下公式确定：
，
其中，R2、R3是电阻R2、电阻R3的阻值，F1是第一乘法器312的放大参数。
这样，第一温度补偿计算子模块310输出的除后电压VO1可以表示为：
。
第二温度补偿计算子模块320包括：第二乘法器321，第二乘法器321的输入端与第一温度补偿计算子模块310的输出端以及第二补偿电压生成子模块220的输出端连接，第二乘法器321的输出端作为温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的输出端，预设乘法系数M等于第二乘法器321的放大参数F2。
第二温度补偿计算子模块320输出的目标电压VO可以表示为：
。
可以理解，当能够抵消初始电压VX1中与温度相关的项时，VO即为消除了环境温度对初始电压VX1影响的目标电压，能够更加准确地测算出目标导体的电流。
示例性的，第一温度补偿计算子模块310还可以由集成运算放大器701和第三乘法器702构成，如图7所示，包括：集成运算放大器701，集成运算放大器701的正相输入端通过电阻RA接地，反向输入端连接初始电压Vx1；第三乘法器702的输入端与集成运算放大器701的输出端、以及与第一补偿电压生成子模块210的输出端连接，第一乘法器312的输出端通过电阻R2连接至集成运算放大器701的正相输入端。其中，预设除法系数D通过以下公式确定：
。
其中，RB、RA为电阻RB、电阻RA的阻值，F7为第三乘法器702的放大参数。
可以理解，进行温度补偿计算还可以采用其他形式，而不限于上述实施例已经提到的形式，只要其能够达到消除TMR芯片模块100输出的初始电压VX1中与测量环境温度T相关的误差项的功能即可。
如图8所示，一实施例的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器包括TMR芯片模块100、补偿电压生成模块200和温度补偿计算模块300。
TMR芯片模块100用于感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压VX1。可选的，TMR芯片模块100包括TMR芯片电路110和第六运算放大器120，TMR芯片电路110用于将感应到的磁场转化为电压信号，第六运算放大器120用于将TMR芯片电路110产生的电压信号耦合至温度补偿计算模块300。TMR芯片电路110的输出端分别与第六运算放大器120的正相输入端和反向输入端连接。
补偿电压生成模块200包括第一补偿电压生成子模块210以及第二补偿电压生成子模块220。第一补偿电压生成子模块210用于获取第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第一跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1，第一跟随相加处理与TMR芯片模块100中的第一温度系数k1相关；第二补偿电压生成子模块220用于获取第一电压Vr1和第二电压Vr2，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1和第二电压Vr2进行第二跟随相加处理，得到第二补偿电压Vc2，第二跟随相加处理与TMR芯片模块100中的第二温度系数k2相关。
其中，第一补偿电压生成子模块210包括：第一反向跟随电路211，用于获取第一电压Vr1，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第一跟随电压Vf1；第一同向加法电路212，用于获取第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1，并根据第一温度系数k1对第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1进行跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1。
其中，第一反向跟随电路211包括第二运算放大器2111，第二运算放大器2111的反相输入端通过电阻R4连接第一电压Vr1，第二运算放大器2111的正相输入端通过电阻R5接地，热敏电阻RT跨接在第二运算放大器2111输出端和反相输入端之间作为第二运算放大器2111的负反馈；第一同向加法电路212包括：第三运算放大器2121，第三运算放大器2121的正相输入端通过电阻R6连接第一反向跟随电路211的输出的第一跟随电压Vf1，同时通过电阻R7连接第二电压Vr2，同时通过电阻R8接地，第三运算放大器2121的反相输入端通过电阻R9接地，同时接入电阻R10作为负反馈；第三运算放大器2121的输出电压为第一补偿电压Vc1。
第二补偿电压生成子模块220包括：第二反向跟随电路221，用于获取第一电压Vr1，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第二跟随电压Vf2；第二同向加法电路222，用于获取第二电压Vr2和第二跟随电压Vf2，并根据第二温度系数k2对第二电压Vr2和第二跟随电压Vf2进行跟随相加处理，得到第二补偿电压Vc2。
其中，第二反向跟随电路221包括第四运算放大器2211，第四运算放大器2211的反相输入端通过电阻R4'连接第一电压Vr1，第四运算放大器2211的正相输入端通过电阻R5'接地，热敏电阻RT'跨接在第四运算放大器2211输出端和反相输入端之间作为第四运算放大器2211的负反馈；
第二同向加法电路222包括：第五运算放大器2221，第五运算放大器2221的正相输入端通过电阻R6'连接第二反向跟随电路221的输出的第二跟随电压Vf2，同时通过电阻R7'连接第二电压Vr2，同时通过电阻R8'接地；第五运算放大器2221的反相输入端通过电阻R9'接地，同时接入电阻R10'作为负反馈；第五运算放大器2221的输出电压为第二补偿电压Vc2。
温度补偿计算模块300包括：第一温度补偿计算子模块310，第一温度补偿计算子模块310的输入端与第一补偿电压生成子模块210中的第一同向加法电路输出的第一补偿电压Vc1连接，以及与TMR芯片模块100输出的初始电压VX1连接，用于对第一补偿电压Vc1和初始电压VX1按照预设除法系数D进行除法运算，得到除后电压Vo1；第二温度补偿计算子模块320，第二温度补偿计算子模块320的输入端与第二补偿电压生成子模块220输出的第二补偿电压Vc2连接，以及与第一温度补偿计算子模块310输出的除后电压Vo1连接，用于对除后电压Vo1和第二补偿电压Vc2按照预设乘法系数M进行乘法运算，得到目标电压VO。
其中，第一温度补偿计算子模块310包括：第一运算放大器311，第一运算放大器311的正相输入端通过电阻R1接地，反相输入端通过电阻R2连接初始电压VX1；第一乘法器312，第一乘法器312的输入端与第一运算放大器311的输出端、以及与第一补偿电压生成子模块210的输出端连接，第一乘法器312的输出端通过电阻R3连接至第一运算放大器311的反相输入端；
其中，预设除法系数D可以表示为：
，
其中，F1是第一乘法器312的放大参数。
第二温度补偿计算子模块320包括：第二乘法器321，第二乘法器321的输入端与第一温度补偿计算子模块310输出的除后电压Vo1以及第二补偿电压生成子模块220输出的第二补偿电压Vc2端连接，第二乘法器321的输出端作为温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的输出端，输出目标电压VO。
其中，预设乘法系数M等于第二乘法器的放大参数F2，预设除法系数D与预设乘法系数M的乘积等于第一温度系数k1与第二温度系数k2的比值。
运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，设有正相输入端Vin(+)（又称同相输入端）、反相输入端Vin(-)和输出端Vout。当正相输入端Vin(+)的电压大于反相输入端Vin(-)的电压时，输出端Vout正向放大输出。当反相输入端Vin(-)的电压大于正相输入端Vin(+)的电压时，输出端Vout负向放大输出。
一般而言，常用的运算放大器有通用型运算放大器（如μA741、LM358和LM324等）、高阻型运算放大器（如LF355、CA3130和CA3140等）、低温漂型运算放大器（如OP07、OP27等AD508）、高速型运算放大器（如LM318、μA715等）、低功耗型运算放大器（如TL-022C、TL-060C等）、高压大功率型运算放大器（如D41）和可编程控制型（如PGA103A）等。本申请采用的运算放大器可以为以上任意类型的运算放大器，在此不做具体限定。
以下结合图8所示实施例中的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，对温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的实现原理进行说明。
TMR芯片模块100获取的初始电压VX1随环境温度变化而变化，可以表示为：
，
其中，V0表示参考温度下TMR芯片模块的输出电压，b1、b2、b3是与TMR芯片第一温度系数k1、第二温度系数k2有关的常数，T表示测量时环境温度。
补偿电压生成模块200中的反向跟随电路是运算放大器的一种应用电路，具有放大输入信号并反相输出的功能，第一反向跟随电路211和第二反向跟随电路221分别利用热敏电阻RT、热敏电阻RT'获取环境温度，对第一电压Vr1进行跟随处理，得到第一跟随电压Vf1、第二跟随电压Vf2，分别可以表示为：
，
，
其中，R4、R4'、RT、RT'分别为电阻R4、电阻R4'、热敏电阻RT、热敏电阻RT'的阻值。
同向加法电路属于运算放大器正相放大电路，具有放大输入信号并正相输出的功能，第一同向加法电路212和第二同向加法电路222分别根据第一温度系数k1和第二温度系数k2对第二电压Vr2和第一跟随电压Vf1、第二跟随电压Vf2进行跟随相加处理，得到第一补偿电压Vc1和第二补偿电压Vc2，分别可以表示为：
；
。
构造参数使得第一补偿电压Vc1和第二补偿电压Vc2分别重新表示为：
；
，
其中，
，
。
温度补偿计算模块300中的第一温度补偿计算子模块310基于第一乘法器312和第一运算放大器311能够实现除法功能，对第一补偿电压Vc1和初始电压VX1按照预设除法系数D进行除法运算得到除后电压Vo1，根据电路特性，除后电压Vo1与第一补偿电压Vc1、初始电压VX1的关系可以表示为：
。
温度补偿计算模块300中的第二温度补偿计算子模块320采用放大参数为F2的第二乘法器321实现乘法功能得到目标电压VO，对除后电压Vo1和第二补偿电压Vc2进行乘法运算，根据电路特性，目标电压VO与除后电压Vo1、第二补偿电压Vc2的关系可以表示为：
。
预设乘法系数M等于第二乘法器321的放大参数F2，预设除法系数D与预设乘法系数M的乘积等于第一温度系数k1与第二温度系数k2的比值，因此目标电压VO可以表示为：
。
因此，选择合适的电路元器件使得预设除法系数D、预设乘法系数M与第一温度系数k1、第二温度系数k2之间的关系同时满足上述条件时，第一温度补偿计算子模块310能够消除初始电压VX1中的（1-b2T）项，第二温度补偿计算子模块320能够消除初始电压VX1中的（1-b3T）项，输出的目标电压VO与测量环境温度无关，消除了TMR芯片模块100输出的初始电压VX1受温度影响的部分，有效提高了应用TMR芯片的电流传感器的测量精度。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种电流测量方法，该电流测量方法应用于上述实施例提供的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器中。参照图9，在一个实施例中，电流测量方法包括：
步骤902，感应目标导体产生的磁场，输出与磁场对应的初始电压；
步骤904，获取第一电压和第二电压，并根据目标导体所在位置的环境温度对第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压；
步骤906，根据温度补偿电压对初始电压进行补偿运算，得到目标电压，该目标电压用于确定目标导体对应的电流。
本申请实施例还提供一种电流测量设备，该电流测量设备包括上述实施例提供的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器。在一种可能的实施方式中，该电流测量设备还包括电流计算电路，用于根据温度自补偿隧穿磁阻电流传感器输出的目标电压计算得到目标导体的电流。在一种可能的实施方式中，该电流测量设备还包括稳压提供装置；稳压提供装置用于提供第一电压和第二电压。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，包括：
TMR芯片模块，用于感应目标导体产生的磁场，输出与所述磁场对应的初始电压；
补偿电压生成模块，用于获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对所述第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压，所述目标位置为所述目标导体所在的位置；
温度补偿计算模块，所述温度补偿计算模块的输入端与所述TMR芯片模块的输出端连接，以及与所述补偿电压生成模块的输出端连接，用于根据所述温度补偿电压对所述初始电压进行补偿运算，得到目标电压，所述目标电压用于确定所述目标导体对应的电流。
2.根据权利要求1所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述补偿电压生成模块包括：
第一补偿电压生成子模块，用于获取所述第一电压和所述第二电压，并根据所述目标位置的环境温度对所述第一电压和所述第二电压进行第一跟随相加处理，得到第一补偿电压；所述第一跟随相加处理与所述TMR芯片模块中的第一温度系数相关；
第二补偿电压生成子模块，用于获取所述第一电压和所述第二电压，并根据所述目标位置的环境温度对所述第一电压和所述第二电压进行第二跟随相加处理，得到第二补偿电压；所述第二跟随相加处理与所述TMR芯片模块中的第二温度系数相关。
3.根据权利要求2所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述第一补偿电压生成子模块包括：
第一反向跟随电路，用于获取所述第一电压，并根据所述环境温度对所述第一电压进行跟随处理，得到第一跟随电压；
第一同向加法电路，用于获取所述第二电压和所述第一跟随电压，并根据所述第一温度系数对所述第二电压和所述第一跟随电压进行跟随相加处理，得到第一补偿电压。
4.根据权利要求2所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述第二补偿电压生成子模块包括：
第二反向跟随电路，用于获取所述第一电压，并根据所述环境温度对所述第一电压进行跟随处理，得到第二跟随电压；
第二同向加法电路，用于获取所述第二电压和所述第二跟随电压，并根据所述第二温度系数对所述第二电压和所述第二跟随电压进行跟随相加处理，得到第二补偿电压。
5.根据权利要求2所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述温度补偿计算模块，包括：
第一温度补偿计算子模块，所述第一温度补偿计算子模块的输入端与所述第一补偿电压生成子模块的输出端连接，以及与所述TMR芯片模块的输出端连接，用于对所述第一补偿电压和所述初始电压按照预设除法系数进行除法运算，得到除后电压；
第二温度补偿计算子模块，所述第二温度补偿计算子模块的输入端与所述第二补偿电压生成子模块的输出端连接，以及与所述第一温度补偿计算子模块的输出端连接，用于对所述除后电压和所述第二补偿电压按照预设乘法系数进行乘法运算，得到目标电压。
6.根据权利要求5所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述预设除法系数与所述预设乘法系数的乘积等于所述第一温度系数与所述第二温度系数的比值。
7.根据权利要求5所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述第一温度补偿计算子模块包括：
第一运算放大器，所述第一运算放大器的正相输入端通过电阻R1接地，所述第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2连接所述TMR芯片模块的输出端；
第一乘法器，所述第一乘法器的输入端与所述第一运算放大器的输出端、以及与第一补偿电压生成子模块的输出端连接，所述第一乘法器的输出端通过电阻R3连接至所述第一运算放大器的反相输入端；
其中，所述预设除法系数通过以下公式确定：
，
其中，D表示所述预设除法系数，R2是所述电阻R2的阻值，R3是所述电阻R3的阻值，F1是所述第一乘法器的放大参数。
8.根据权利要求5所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，其特征在于，所述第二温度补偿计算子模块包括：
第二乘法器，所述第二乘法器的输入端与所述第一温度补偿计算子模块的输出端以及所述第二补偿电压生成子模块的输出端连接，所述第二乘法器的输出端作为所述温度自补偿隧穿磁阻电流传感器的输出端。
9.一种电流测量方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8中任一项所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器，所述方法包括以下步骤：
感应目标导体产生的磁场，输出与所述磁场对应的初始电压；
获取第一电压和第二电压，并根据目标位置的环境温度对所述第一电压和第二电压进行跟随相加处理，得到温度补偿电压，所述目标位置为所述目标导体所在的位置；
根据所述温度补偿电压对所述初始电压进行补偿运算，得到目标电压，所述目标电压用于确定所述目标导体对应的电流。
10.一种电流测量设备，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的温度自补偿隧穿磁阻电流传感器。
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