CN213581107U - 一种高精度电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度电流传感器，包括具有穿线检测孔的绝缘外壳，绝缘外壳中设有集成电路板和具有气隙的矩形磁环，矩形磁环的部分环体上设有线圈，矩形磁环的气隙中设有霍尔芯片，线圈和霍尔芯片均与集成电路板连接，绝缘外壳中设有两个沿着穿线检测孔的轴线并列布置的第一环腔和第二环腔，集成电路板呈环状适配在第一环腔中，矩形磁环适配在第二环腔中，第二环腔的腔壁上设有横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩，绝缘外壳在靠近第一环腔一侧设有信号输出接口。本实用新型的器件组装精度高，可避免集成电路板侧的电磁干扰，磁屏蔽罩可将外界磁场与矩形磁环隔绝开，桥式驱动电路提高了驱动能力，实现对线圈的高效反馈驱动，信号输出响应快，精度高。

Description

一种高精度电流传感器

技术领域

本实用新型涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种高精度电流传感器。

背景技术

检测电流的技术在变频器、光伏逆变、新能源等方面被广泛的应用。一般检测方法有取样电阻法和电流—磁场转换法，通常使用的设备有阻抗性分流器、罗氏线圈、互感器、及霍尔传感器。其中阻抗性分流器通常是与负载串联在一起的，通过在被测电流直接采样进行测量，没有办法采用隔离测量；而互感器和罗氏线圈只能用于交流信号检测；霍尔传感器集合了它们的优点，既可以应用于电气隔离测量，又可以用于检测直流、交流、并且可以检测多种形态电流。正因为霍尔电流传感器的以上特点，其成为测量交、直流电流的最简单而行之有效的电流检测手段，在电流检测技术中得到了广泛的应用。

霍尔传感器的工作原理为：首先被测电流穿过磁芯，其转化的磁场通过磁芯缺口作用于置入其中的霍尔元件上，霍尔元件通过霍尔效应原理将磁场的信号转换为微弱的差分电压信号，然后再经过功率放大输出，输出的电流值反映了测量电流的情况。对于一些磁场环境良好的检测现场，其能够获得较好的检测精度，然而，对于一些电磁环境复杂的检测场地，其易受周围环境杂散磁场的影响，杂散磁场会使传感器产生较大的输出误差，影响电流测量结果的准确度。

实用新型内容

为了解决上述技术存在的缺陷，本实用新型提供一种高精度电流传感器。

本实用新型实现上述技术效果所采用的技术方案是：

一种高精度电流传感器，包括一具有穿线检测孔的绝缘外壳，所述绝缘外壳中设有集成电路板和一具有气隙的矩形磁环，所述矩形磁环的部分环体上设有线圈，所述矩形磁环的气隙中设有霍尔芯片，所述线圈和所述霍尔芯片均与所述集成电路板连接，其中，所述绝缘外壳中设有两个沿着所述穿线检测孔的轴线并列布置的第一环腔和第二环腔，所述集成电路板呈环状适配在所述第一环腔中，所述矩形磁环适配在所述第二环腔中，所述第二环腔的腔壁上设有横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩，所述绝缘外壳在靠近所述第一环腔的一侧设有信号输出接口。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述绝缘外壳的底部在对应所述第一环腔的位置设有圆柱形的插接固定脚柱，所述绝缘外壳的底部在靠近所述第二环腔的一侧设有向外水平延伸的固定座，所述固定座中设有螺丝孔。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述信号输出接口靠近所述绝缘外壳的底部，所述固定座的底部与所述绝缘外壳的底部持平在同一水平面上。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述固定座的上表面设有一马蹄形的下沉台阶，所述螺丝孔成型在所述下沉台阶上。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述穿线检测孔为一矩状的穿线检测孔。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述集成电路板上设有与所述霍尔芯片电连接的桥式驱动电路以及电压检测电路，所述线圈连接在所述桥式驱动电路和所述电压检测电路之间，所述桥式驱动电路一端与所述线圈的进线绕组接头连接，另一端与所述电压检测电路连接。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述桥式驱动电路包括第一反向比例放大电路和第二反向比例放大电路，所述第一反向比例放大电路包括运算放大器OP1，所述第二反向比例放大电路包括运算放大器OP2，所述运算放大器OP1的同相输入端连接一电阻R2，所述电阻R2与所述霍尔芯片的信号输出端连接，所述运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3接地，所述运算放大器 OP1的电源输入端接入工作电压VCC，所述运算放大器OP1的信号输出端经电阻R4与所述运算放大器OP2的信号输出端连接，所述运算放大器OP2的同相输入端经电阻R5接地，反向输入端经滤波电路接地，所述运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3与其信号输出端连接，所述运算放大器OP1的反向输入端经串联的电阻R3和电阻R7与所述运算放大器OP2的反向输入端连接，所述运算放大器OP2的反向输入端与其信号输出端连接。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述电压检测电路包括型号为 INA211的电流检测芯片，所述电流检测芯片INA211的IN+引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地，IN-引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地，IN+引脚与IN-引脚之间连接一采样电阻R。

优选地，在上述的高精度电流传感器中，所述霍尔芯片采样型号为DS－ CC6501的单端输出线性霍尔传感器芯片。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的高精度电流传感器通过在绝缘外壳内置布置两个分别用于放置矩形磁环和集成电路板的环腔，可以将集成电路板与矩形磁环隔绝开，实现了矩形磁环和集成电路板的分区布置，器件组装精度高，同时避免了集成电路板一侧的电磁干扰。通过在第二环腔的腔壁上设置横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩，可以进一步将外界磁场与矩形磁环隔绝开，桥式驱动电路提高了驱动能力，可以实现对线圈的高效反馈驱动，信号输出响应快，精度高。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型在另一视角的立体结构示意图；

图3为本实用新型的内部结构图；

图4为本实用新型的电路结构图；

图5为本实用新型所述桥式驱动电路的电路图；

图6为本实用新型所述电压检测电路的电路图。

具体实施方式

为使对本实用新型作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

本实用的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。

如图1至图4所示，为本实用新型实施例提出的一种高精度电流传感器。该电流传感器包括一具有穿线检测孔13的绝缘外壳1，绝缘外壳1中设有集成电路板3和一具有气隙20的矩形磁环2。矩形磁环2的部分环体上设有线圈8，矩形磁环2的气隙20中设有霍尔芯片7。线圈8和霍尔芯片7均与集成电路板 3连接。其中，作为本实用新型的一种改进，绝缘外壳1中设有两个沿着穿线检测孔13的轴线并列布置的第一环腔11和第二环腔12，集成电路板3呈环状适配在第一环腔11中，矩形磁环2适配在第二环腔12中。第二环腔12的腔壁上设有横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩4，绝缘外壳1在靠近第一环腔11的一侧设有信号输出接口5。如图3所示，绝缘外壳1的底部在对应第一环腔11的位置设有圆柱形的插接固定脚柱14，绝缘外壳1的底部在靠近第二环腔12的一侧设有向外水平延伸的固定座15，固定座15中设有螺丝孔151。

进一步地，在本实用新型的优选实施例中，如图1所示，信号输出接口5 靠近所述绝缘外壳1的底部，固定座15的底部与绝缘外壳1的底部持平在同一水平面上。如图2所示，固定座15的上表面设有一马蹄形的下沉台阶150，螺丝孔151成型在下沉台阶150上。通过插接固定脚柱14与固定座15可以将本实用新型的电流传感器在PCB板上进行固定，单螺丝孔结构可以减少在使用时的螺丝拧入操作，通过插接固定脚柱14即可快速完成一个孔位的固定。在本实用新型的优选实施例中，穿线检测孔13为一矩状的穿线检测孔。

进一步地，在本实用新型的优选实施例中，如图4所示，集成电路板3上设有与霍尔芯片7电连接的桥式驱动电路6以及电压检测电路9。线圈8连接在桥式驱动电路6和电压检测电路9之间，桥式驱动电路6一端与线圈8的进线绕组接头连接，另一端与电压检测电路9连接。具体地，如图5所示，桥式驱动电路6包括第一反向比例放大电路和第二反向比例放大电路，第一反向比例放大电路包括运算放大器OP1，第二反向比例放大电路包括运算放大器OP2。运算放大器OP1的同相输入端连接一电阻R2，电阻R2与霍尔芯片7的信号输出端连接，运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3接地。运算放大器OP1的电源输入端接入工作电压VCC，运算放大器OP1的信号输出端经电阻R4与运算放大器OP2的信号输出端连接。运算放大器OP2的同相输入端经电阻R5接地，反向输入端经滤波电路接地。运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3与其信号输出端连接，运算放大器OP1的反向输入端经串联的电阻R3和电阻R7与运算放大器OP2的反向输入端连接，运算放大器OP2的反向输入端与其信号输出端连接。如图6所示，电压检测电路9包括型号为INA211的电流检测芯片，电流检测芯片INA211的IN+引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地， IN-引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地，IN+引脚与IN-引脚之间连接一采样电阻R。在本实用新型的优选实施例中，霍尔芯片7采样型号为DS－ CC6501的单端输出线性霍尔传感器芯片。

综上所述，本实用新型的高精度电流传感器通过在绝缘外壳内置布置两个分别用于放置矩形磁环和集成电路板的环腔，可以将集成电路板与矩形磁环隔绝开，实现了矩形磁环和集成电路板的分区布置，器件组装精度高，同时避免了集成电路板一侧的电磁干扰。通过在第二环腔的腔壁上设置横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩，可以进一步将外界磁场与矩形磁环隔绝开，桥式驱动电路提高了驱动能力，可以实现对线圈的高效反馈驱动，信号输出响应快，精度高。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型的范围内，本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种高精度电流传感器，包括一具有穿线检测孔(13)的绝缘外壳(1)，所述绝缘外壳(1)中设有集成电路板(3)和一具有气隙(20)的矩形磁环(2)，所述矩形磁环(2)的部分环体上设有线圈(8)，所述矩形磁环(2)的气隙(20)中设有霍尔芯片(7)，所述线圈(8)和所述霍尔芯片(7)均与所述集成电路板(3)连接，其特征在于，所述绝缘外壳(1)中设有两个沿着所述穿线检测孔(13)的轴线并列布置的第一环腔(11)和第二环腔(12)，所述集成电路板(3)呈环状适配在所述第一环腔(11)中，所述矩形磁环(2)适配在所述第二环腔(12)中，所述第二环腔(12)的腔壁上设有横截面呈马蹄形的磁屏蔽罩(4)，所述绝缘外壳(1)在靠近所述第一环腔(11)的一侧设有信号输出接口(5)。

2.根据权利要求1所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述绝缘外壳(1)的底部在对应所述第一环腔(11)的位置设有圆柱形的插接固定脚柱(14)，所述绝缘外壳(1)的底部在靠近所述第二环腔(12)的一侧设有向外水平延伸的固定座(15)，所述固定座(15)中设有螺丝孔(151)。

3.根据权利要求2所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述信号输出接口(5)靠近所述绝缘外壳(1)的底部，所述固定座(15)的底部与所述绝缘外壳(1)的底部持平在同一水平面上。

4.根据权利要求3所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述固定座(15)的上表面设有一马蹄形的下沉台阶(150)，所述螺丝孔(151)成型在所述下沉台阶(150)上。

5.根据权利要求1所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述穿线检测孔(13)为一矩状的穿线检测孔。

6.根据权利要求1所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述集成电路板(3)上设有与所述霍尔芯片(7)电连接的桥式驱动电路(6)以及电压检测电路(9)，所述线圈(8)连接在所述桥式驱动电路(6)和所述电压检测电路(9)之间，所述桥式驱动电路(6)一端与所述线圈(8)的进线绕组接头连接，另一端与所述电压检测电路(9)连接。

7.根据权利要求6所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述桥式驱动电路(6)包括第一反向比例放大电路和第二反向比例放大电路，所述第一反向比例放大电路包括运算放大器OP1，所述第二反向比例放大电路包括运算放大器OP2，所述运算放大器OP1的同相输入端连接一电阻R2，所述电阻R2与所述霍尔芯片(7)的信号输出端连接，所述运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3接地，所述运算放大器OP1的电源输入端接入工作电压VCC，所述运算放大器OP1的信号输出端经电阻R4与所述运算放大器OP2的信号输出端连接，所述运算放大器OP2的同相输入端经电阻R5接地，反向输入端经滤波电路接地，所述运算放大器OP1的反向输入端经电阻R3与其信号输出端连接，所述运算放大器OP1的反向输入端经串联的电阻R3和电阻R7与所述运算放大器OP2的反向输入端连接，所述运算放大器OP2的反向输入端与其信号输出端连接。

8.根据权利要求6所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述电压检测电路(9)包括型号为INA211的电流检测芯片，所述电流检测芯片INA211的IN+引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地，IN-引脚经串联的电阻和电容构成的滤波电路接地，IN+引脚与IN-引脚之间连接一采样电阻R。

9.根据权利要求1所述的高精度电流传感器，其特征在于，所述霍尔芯片(7)采样型号为DS－CC6501的单端输出线性霍尔传感器芯片。

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