CN209432882U - 零磁通电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了零磁通电流传感器，包括电源电路、磁通门传感器电路、外围电路与输出电路；所述磁通门传感器电路包括主电路、磁通门传感器、磁环；所述磁环外绕有与主电路相连的用于补偿电流检测的补偿线圈；所述电源电路用于电源供电及电压调节；所述磁通门传感器、电源电路、输出电路均与主电路相连。本实用新型使用小型化电源管理芯片，能有效的减小传感器功耗节约能源；电路简单、电路体积小、驱动能力好、输入电压范围宽；有效抑制电源的低频波动；精度高线性度好能稳定、交流直流漏电流通用、工作电压宽广、输出模式可切换，适用于各种高精度电流检测场合。

Description

零磁通电流传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及电流传感器。

背景技术

目前传统的霍尔传感器检测电流，测试精度能够达到PPM级别，其失调电流以及温度漂移较大，测试精度往往受到影响。

零磁通电流传感器是一种能在原边、副边完全隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流传感器，它主要用于要求准确度高的计量检定和计量校准领域，以及要求高灵敏度、高稳定性和高可靠性的电能质量分析、功率分析仪、医疗、航空航天、导弹、舰艇等领域。

目前国内采用磁通门传感器的厂家很少，磁通门探头设计难度大，电路结构复杂，调试难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供零磁通电流传感器，包括电源电路、磁通门传感器电路、外围电路与输出电路；所述磁通门传感器电路包括主电路、磁通门传感器、磁环；所述磁环外绕有与主电路相连的用于补偿电流检测的补偿线圈；所述电源电路用于电源供电及电压调节；所述磁通门传感器、电源电路、输出电路均与主电路相连。

进一步的，所述电源电路包括依次相连的电源、电压转换电路与滤波电路。

进一步的，所述输出电路包括电流放大电路；所述电流放大电路包括依次相连的运算放大电路、稳压输出电路与输出接口；所述输出接口包括自锁开关。

进一步的，还包括负电源电路。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型的有益效果在于：使用小型化电源管理芯片，能有效的减小传感器功耗节约能源；电路简单、电路体积小、驱动能力好、输入电压范围宽；能有效抑制电源的低频波动；精度高线性度好能稳定、交流直流漏电流通用、工作电压宽广、输出模式可切换，适用于各种高精度电流检测场合。

附图说明

图1是零磁通电流传感器的系统原理图；

图2是外围电路的电路图；

图3是电源电路的电路图；

图4是电流放大电路的电路图；

图5是输出接口的电路图；

图6是负电源电路的电路图。

图中：1-补偿线圈；2-磁环；3-待测导体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如附图1所示，本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供零磁通电流传感器，包括电源电路、磁通门传感器电路、外围电路与输出电路；所述磁通门传感器电路包括主电路、磁通门传感器、磁环；所述磁环外绕有与主电路相连的用于补偿电流检测的补偿线圈；所述电源电路用于电源供电及电压调节；所述磁通门传感器、电源电路、输出电路均与主电路相连。

进一步的，所述电源电路包括依次相连的电源、电压转换电路与滤波电路。

进一步的，所述输出电路包括电流放大电路；所述电流放大电路包括依次相连的运算放大电路、稳压输出电路与输出接口；所述输出接口包括自锁开关。

如附图2所示，外围电路包括上拉电阻R5、R10、R12、R14、R16、R18，下拉电阻R11、R13、R15、R17、R19，限流电阻R7、R20，采样电阻R6，调试电阻R8，保护二极管D2、D3、D4、D5，发光二极管D6，保护二极管D7，驱动三极管Q1，线圈接口P1，输入输出插座P2，排针插座P3，输出模式切换开关S1。上拉电阻R5一端连接VDD另一端连接到排针插座P3第十五脚，上拉电阻R10、R12、R14、R16、R18分别与下拉电阻R11、R13、R15、R17、R19两两串联后并联到VDD与公共地GND再将每两个电阻之间的点分别连接到排针插座的第十五、十六、一、二、三脚；限流电阻R7一端连接到排针插座第十五脚另一端连接到三极管Q1的第二脚；限流电阻R20一端连接到VDD另一端连接到三家管Q1的第一脚；发光二极管D6正极连接到三极管Q1的第三脚另一端接地；保护二极管D2、D3串联后D2负极连接到VDD端；D3正极连接到GND；两个二极管的中间点连接到排针插座P3的第九脚，保护二极管D4、D5串联后D4负极连接到VDD端D5正极连接到GND；两个二极管的中间点连接到排针插座P3的第十二脚，线圈P1第一脚连接到排针插座P3的第十二脚，第二脚连接到排针插座P3的第九脚。

如附图3所示，电源电路包括电源转换电路，电源转换电路包括电源管理芯片，电能转换效率达90％以上，能有效降低传感器功耗，节约能源。使得传感器的供电电压在DC7V-DC24V之间，并且对电源的低频波动可以有效抑制。此外还具有电路简单、电路体积小、驱动能力好、输入电压范围宽的优点。

如附图4所示，电流放大电路包括集成运放U4，差分调试电阻R24、R25、R26、R27，放大调试电阻R28、R29，耦合电阻R30，平衡电阻R31，电流驱动对管Q2、Q3。电阻R24第一端连接到排针插座P3的第九脚，第二端连接运放U4的第三脚；电阻R25第一端连接到排针插座P3的第十二脚，第二端连接运放U4的第二脚；电阻R26两端分别连接到运放U4的第一和第二脚；电阻R27的两端分别连接到运放U4的第三脚和电源地；电阻R28第一端接地，第二端分别连接到运放U4的第七和第六脚；电阻R29的两端分别连接到运放U4的第6脚和电源地；电阻R30的两端分别连接到运放U4的第一和第五脚；运放U4的第四脚连接到-15V电源，第八脚连接到+15V电源；电阻R31的第一端连接到运放U4的第七脚，第二端连接到磁环插座P1的第二脚；三极管Q2的第一脚连接到运放U4的第七脚，第二脚连接到+15V电源，第三脚连接到磁环插座P1的第二脚；三极管Q3的第一脚连接到运放U4的第七脚第二脚连接到-15V网络，第三脚连接到磁环插座P1的第二脚。

如附图5所示，输出接口电路，保护二极管D7负端连接到电路+15V电源，正端连接到插座P2的第四脚；采样电阻R6第一端连接到开关S1的第一脚并且要连接到插座P3的第9脚，第二端连接到开关S1的第五脚；开关S1的第一脚连接到插座P2的第二脚，第三脚连接到插座P3的第六脚，第四脚连接到插座P3的第十和第十一脚；调试电阻R8的第一端连接到插座P2的第二脚，第二端连接到开关S1的第四脚，插座P2的第一脚连接到电源地。

如附图6所示，-15V电源电路包括负电源转换芯片U3，功率电感L2和L3，输出调试电阻R21、R22、R23，滤波电容C7、C9，耦合电容C8，保护二极管D8。

其中滤波电容C9一端连接地线一端连接-15V网络，R23、R21串联后一端连接到-15V一端连接到芯片U3第三脚，C7并联到R23与R21两端，R22一端连接到GND另一端连接到芯片U3的第三脚；保护二极管D8负极连接到GND，另一端连接到电感L3与C8第一端之间；电感L2一端连接到+15V另一端连接到芯片U3第一脚；电容C8的第二端连接到芯片U3第一脚，电感L3的另一脚连接到-15V网络，芯片U3的第二脚连接到电源地GND，第四、五脚连接到+15V网络。

磁通门传感器电路采用集成电路方案，传感器被插入到外部环形磁心的气隙中以测感测磁场。绕在磁芯周围的补偿线圈产生与由要测量的电流产生的磁场相反的磁场。

在直流和低频时，由待测导体中的电流感应的磁场在磁芯中产生磁通。磁通门传感器检测磁通量。绕在磁芯周围的补偿线圈产生与由要测量的电流产生的磁场相反的磁场。

在较高频率下，待测导体和补偿线圈之间的电感耦合会直接驱动电流通过补偿线圈。

补偿电流与初级电流成比例，其值使用公式1计算：补偿电流＝初级电流÷补偿线圈的绕组数。

补偿电流在外部分流电阻上产生电压降。使用具有4V/V固定增益的集成差动放大器来测量该电压，并产生一个以REFIN为参考且与初级电流成比例的输出电压。

外围电路：主要由一些电阻和电容以及接插件等构成，其主要功能是用于使探头正常工作和对输出信号的调节。

本实用新型零磁通电流传感器，精度高线性度好(可达万分之五)、性能稳定、交流直流漏电流通用、工作电压宽广、输出模式可切换，适用于各种高精度电流检测场合。

本实用新型零磁通电流传感器是一种能在原边、副边完全隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流传感器，它主要用于要求准确度高的计量检定和计量校准领域，以及要求高灵敏度、高稳定性和高可靠性的电能质量分析、功率分析仪、医疗、航空航天、导弹、舰艇等领域。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.零磁通电流传感器，其特征在于，包括电源电路、磁通门传感器电路、外围电路与输出电路；所述磁通门传感器电路包括主电路、磁通门传感器、磁环；所述磁环外绕有与主电路相连的用于补偿电流检测的补偿线圈；所述电源电路用于电源供电及电压调节；所述磁通门传感器、电源电路、输出电路均与主电路相连。

2.根据权利要求1所述零磁通电流传感器，其特征在于，所述电源电路包括依次相连的电源、电压转换电路与滤波电路。

3.根据权利要求1所述零磁通电流传感器，其特征在于，所述输出电路包括电流放大电路；所述电流放大电路包括依次相连的运算放大电路、稳压输出电路与输出接口；所述输出接口包括自锁开关。

4.根据权利要求1所述零磁通电流传感器，其特征在于，还包括负电源电路。