CN212723050U - 一种闭环式交直流电流传感器 - Google Patents
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Abstract
一种闭环式交直流电流传感器，包括：磁传感芯片以及平面线圈；所述磁传感芯片设置于所述平面线圈的中心，所述磁传感芯片的感磁方向和所述平面线圈所在平面相垂直。本实用新型采用平面线圈替代了传统电流传感器中绕制在铁芯上的二次线圈进行负反馈，而且无需使用铁芯作为聚磁材料，可以在很大程度上减少传感器的成本，以及尺寸和重量，平面线圈以及磁传感芯片的使用可以实现电流传感器的微型、轻量化设计，具有便于安装、价格低廉的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电流测量技术领域，具体涉及一种闭环式交直流电流传感器。
背景技术
闭环式电流传感器由于具有较高的测量精度和使用可靠性，在交直流电流测量领域被广泛使用。闭环式电流传感器的反馈补偿方式主要有磁调制式和磁传感芯片式，结构都是使用铁芯(聚磁材料)对被测量进行聚磁，通过电子线路或者霍尔芯片对铁芯内的磁场进行调制和解调，然后经后级的信号处理单元进行处理后，再通过绕制在铁芯上的反馈线圈完成负反馈，从而达到高精度的测量。传统的闭环式电流传感器中使用铁芯作为聚磁材料，并在铁芯外围绕制漆包线作为反馈线圈，铁芯和漆包线的成本较高，一般情况下可以占整个传感器成本的1/2～2/3，因此传感器成本也较高，而且铁芯和漆包线尺寸和重量都比较大，无法实现电流传感器的小型轻量化设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种成本低、体积小、质量轻的闭环式交直流电流传感器。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种闭环式交直流电流传感器，包括：磁传感芯片以及平面线圈；所述磁传感芯片设置于所述平面线圈的中心，所述磁传感芯片的感磁方向和所述平面线圈所在平面相垂直。
进一步的，所述平面线圈为平面PCB线圈，其包括电路板，所述平面线圈设置于所述电路板上，所述电路板上设置有芯片安装槽，所述芯片安装槽位于所述平面线圈的中心，所述磁传感芯片设置于芯片安装槽内。
进一步的，所述平面线圈为平面螺旋线圈。
进一步的，所述磁传感芯片的中心线位于所述平面线圈所在平面上。
进一步的，所述磁传感芯片为TMR芯片。
进一步的，还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号采集电路、信号处理电路、反馈电路和输出电路；所述信号采集电路的输入端与所述磁传感芯片的输出端相连，所述信号处理电路的输入端与所述信号采集电路的输出端相连，所述反馈电路的输入端与所述信号处理电路的输出端相连，所述反馈电路的输出端与所述平面线圈的输入端相连，所述平面线圈的输出端与所述输出电路的输入端相连。
进一步的，所述信号采集电路包括第一运算放大器，所述磁传感芯片的输出端口的第一引脚与所述第一运算放大器的反相输入端相连，第二引脚与所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，同相输入端接地，输出端与所述信号处理电路的输入端相连。
进一步的，所述信号处理电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述信号采集电路的输出端相连，反相输入端接地并同时与所述第二运算放大器的输出端相连，输出端与所述反馈电路的输入端相连。
进一步的，所述反馈电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端与所述信号处理电路的输出端相连、并与所述第三运算放大器的输出端相连，同相输入端接地，输出端与所述平面线圈的输入端相连。
更进一步的，所述第三运算放大器的反相输入端经反馈电阻及电容与所述第三运算放大器的输出端相连。
进一步的，所述输出电路包括二次电阻，所述二次电阻的一端与所述平面线圈的输出端相连，另一端接地。
由以上技术方案可知，本实用新型采用平面线圈替代了传统电流传感器中绕制在铁芯上的二次线圈进行负反馈，而且无需使用铁芯作为聚磁材料，可以在很大程度上减少传感器的成本，以及尺寸和重量，平面线圈以及磁传感芯片的使用可以实现电流传感器的微型、轻量化设计，具有便于安装、价格低廉的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例信号处理单元的电路图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
如图1所示，本实用新型的闭环式交直流电流传感器包括磁传感芯片1、平面线圈2以及信号处理单元，平面线圈2作为电流传感器的反馈线圈。本实施例的磁传感芯片1为TMR芯片。平面线圈2可采用印刷电路板制作工艺刻蚀于电路板上，即平面线圈2为平面PCB线圈。本实施例平面线圈2形成于电路板2-1上，平面线圈2可以是平面螺旋线圈，本实施例的平面线圈2为单臂圆形螺旋结构，在其他的实施例中也可以为矩形螺旋结构或其他的平面螺旋结构。在电路板2-1上设置有一芯片安装槽2-1a，芯片安装槽2-1a位于平面线圈2的中心，磁传感芯片1设置于芯片安装槽2-1a位置处，磁传感芯片1的感磁方向和平面线圈2所在平面相垂直。当磁传感芯片1的中心线远离线圈所在平面时会降低传感器的性能，因此优选的，将磁传感芯片1设置为磁传感芯片1的中心线位于平面线圈2所在平面上，以获得更好的检测效果。
磁传感芯片1的输出端与信号处理单元相连，如图2所示，本实施例的信号处理单元包括信号采集电路A、信号处理电路B、反馈电路C和输出电路D。其中，信号采集电路A的输入端与磁传感芯片1的输出端相连，信号处理电路 B的输入端与信号采集电路A的输出端相连，反馈电路C的输入端与信号处理电路B的输出端相连，反馈电路C的输出端与平面线圈2的输入端相连，平面线圈2的输出端与输出电路D的输入端相连，输出电路D输出最终的检测值。
信号采集电路A用于采集TMR芯片(磁传感芯片1)调制解调后的电压信号。如图2所示，本实施例的信号采集电路A包括第一运算放大器U1A，磁传感芯片1的输出端口P8的两个引脚中，第一引脚1经电阻R1与第一运算放大器U1A的反相输入端相连，第二引脚2经电阻R2与第一运算放大器U1A的同相输入端相连，第一运算放大器U1A的反相输入端同时经反馈电阻R3与第一运算放大器U1A的输出端相连，第一运算放大器U1A的同相输入端同时经接地电阻R4接地，第一运算放大器U1A的输出端与信号处理电路B的输入端相连。
信号处理电路B用于对信号采集电路A采集的信号进行放大处理。如图2 所示，本实施例的信号处理电路B包括第二运算放大器U2B，第二运算放大器 U2B的同相输入端经电阻R6与信号采集电路A的输出端相连，反相输入端经接地电阻R8接地，同时经反馈电阻R7与第二运算放大器U2B的输出端相连，第二运算放大器U2B的输出端与反馈电路C的输入端相连。
反馈电路C用于将信号处理电路B处理过的信号输出给平面线圈2。如图 2所示，反馈电路C包括第三运算放大器U1C，第三运算放大器U1C的反相输入端经电阻R9与信号处理电路B的输出端相连，同时经反馈电阻R11及电容 C1与第三运算放大器U1C的输出端相连，同相输入端经接地电阻R10接地，第三运算放大器U1C的输出端与平面线圈2的输入端相连。
输出电路D包括二次电阻R12，二次电阻R12的一端与平面线圈2(L1) 的输出端相连，另一端接地，通过测量二次电阻R12的电压输出电流传感器的检测值。
下面结合图1对本实用新型电流传感器的测量过程进行说明：
在传感器外壳(未图示)内设置有预留的卡线槽，用于放置待测电流线，如图1所示，待测电流线100围绕在平面线圈2的外围，待测电流线100内有电流通过时，磁传感芯片1可以感应到通过待测电流线100的电流所产生的磁场，并将检测到信号发送至信号处理单元，信号处理单元对磁传感芯片1发送过来的信号进行采集、放大等处理后反馈至平面线圈2，当达到零磁通时，测量输出电路中二次电阻的电压值即可得到待测电流值。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。
Claims (11)
1.一种闭环式交直流电流传感器，其特征在于，包括：磁传感芯片以及平面线圈；所述磁传感芯片设置于所述平面线圈的中心，所述磁传感芯片的感磁方向和所述平面线圈所在平面相垂直。
2.如权利要求1所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述平面线圈为平面PCB线圈，其包括电路板，所述平面线圈设置于所述电路板上，所述电路板上设置有芯片安装槽，所述芯片安装槽位于所述平面线圈的中心，所述磁传感芯片设置于芯片安装槽内。
3.如权利要求1所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述平面线圈为平面螺旋线圈。
4.如权利要求1所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述磁传感芯片的中心线位于所述平面线圈所在平面上。
5.如权利要求1所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述磁传感芯片为TMR芯片。
6.如权利要求1所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：还包括信号处理单元，所述信号处理单元包括信号采集电路、信号处理电路、反馈电路和输出电路；
所述信号采集电路的输入端与所述磁传感芯片的输出端相连，所述信号处理电路的输入端与所述信号采集电路的输出端相连，所述反馈电路的输入端与所述信号处理电路的输出端相连，所述反馈电路的输出端与所述平面线圈的输入端相连，所述平面线圈的输出端与所述输出电路的输入端相连。
7.如权利要求6所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述信号采集电路包括第一运算放大器，所述磁传感芯片的输出端口的第一引脚与所述第一运算放大器的反相输入端相连，第二引脚与所述第一运算放大器的同相输入端相连，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，同相输入端接地，输出端与所述信号处理电路的输入端相连。
8.如权利要求6所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述信号处理电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述信号采集电路的输出端相连，反相输入端接地并同时与所述第二运算放大器的输出端相连，输出端与所述反馈电路的输入端相连。
9.如权利要求6所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述反馈电路包括第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端与所述信号处理电路的输出端相连、并与所述第三运算放大器的输出端相连，同相输入端接地，输出端与所述平面线圈的输入端相连。
10.如权利要求9所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述第三运算放大器的反相输入端经反馈电阻及电容与所述第三运算放大器的输出端相连。
11.如权利要求6所述的闭环式交直流电流传感器，其特征在于：所述输出电路包括二次电阻，所述二次电阻的一端与所述平面线圈的输出端相连，另一端接地。
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| CN202020982719.0U CN212723050U (zh) | 2020-06-02 | 2020-06-02 | 一种闭环式交直流电流传感器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111650416A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-11 | 珠海多创科技有限公司 | 闭环式交直流电流传感器 |
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2020
- 2020-06-02 CN CN202020982719.0U patent/CN212723050U/zh active Active
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