CN217133253U - 一种无磁芯开合式电流检测电路及电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种无磁芯开合式电流检测电路及电流传感器，包括：多个TMR单元，沿被测电流导线环形等距排列组成环形磁阵列，其中，所述环形磁阵列为开合式结构，由第一半环和第二半环组成，所述第一半环和第二半环包含的TMR单元数量相等；放大器，输入端与所述环形磁阵列电连接；模拟信号处理电路，与所述放大器的输出端电连接。避免了传统开环式电流传感器磁芯容易饱和的问题，且增强了抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种无磁芯开合式电流检测电路及电流传感器。
背景技术
目前关于检测闭合导体回路中电流的传感器有闭合式电流传感器以及开合式电流传感器，而闭合式电流传感器在检测闭合导体回路中的电流时往往需要穿过导体，采用侵入式测量。闭合导体回路出于安全性和其他目的综合考虑，不允许拆卸或者打断现有闭合导体回路，需要安装配套的传统电流检测模块对闭合导体回路中的电流进行检测，不仅在使用时不方便，而且维护难度大。
针对闭合式电流传感器的缺陷，开合式电流传感器解决了上述问题。对于基于磁传感器阵列的开合式电流传感器用于闭合导体回路中电流检测的研究相对较少，但在实际应用中，又存在迫切检测闭合导体回路中的电流的需求。在测量大电流时，传统的开合式电流传感器均带有磁芯，磁芯容易饱和，导致电流传感器的输出非线性，影响测试精度。传统的带磁芯的开合式电流传感器，通过分离磁芯为两个部分而形成开合式电流传感器，其优点是电流传感器可以测量闭合导体回路中的电流，而无需打开和拆卸闭合导体回路。然而，传统的带磁芯的开合式电流传感器从未达到类似罗氏线圈的机械灵活性，而且存在重量大、体积大、容易磁饱和磁滞大等问题。由罗氏线圈的基本工作原理可知，每个罗氏线圈模块在生产制造时需要进行单独校准和补偿，成本高，限制了其大规模应用。因而传统的带磁芯的电流检测方法和配套的电流传感器不能满足闭合导体中电流的在线检测需求。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决现有技术中测量大电流时，磁芯容易饱和的技术问题，从而提供一种无磁芯开合式电流检测电路及电流传感器。
根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，包括：多个TMR单元，沿被测电流导线环形等距排列组成环形磁阵列，其中，所述环形磁阵列为开合式结构，由第一半环和第二半环组成，所述第一半环和第二半环包含的TMR单元数量相等；
放大器，输入端与所述环形磁阵列电连接；
模拟信号处理电路，与所述放大器的输出端电连接。
可选地，所述第一半环和所述第二半环采用吸附式连接。
可选地，所述TMR单元包括：4个磁电阻组成的惠斯通电桥。
可选地，每个所述TMR单元包括第一端和第二端，每个TMR单元的第一端与所述放大器的同相输入端电连接；每个TMR的第二端与所述放大器的反相输入端电连接。
可选地，所述环形磁阵列包括第一环形导线和第二环形导线，其中，每个所述TMR单元的第一端与所述第一环形导线电连接，每个所述TMR单元的第二端与所述第二环形导线电连接，所述第一环形导线与所述放大器的同向输入端电连接，所述第二环形导线与所述放大器的反相输出端电连接。
可选地，所述放大器采用可编辑运算放大器。
根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种无磁芯开合式电流传感器，包括：上述任一项所述的无磁芯开合式电流检测电路。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1、本实施例中，采用了N-1-1简单拓扑方案，即仅采用N个TMR单元、一个放大器与一个模拟输出通道，即可直接输出以满足被测电流导线上电流测量的要求。具有元器件少，PCB面积小，重量轻，功耗低，性能优等特点。采用相对简单的无磁芯开合式电流检测电路，即可获得很好的电流检测效果，具有开合式结构，采用非侵入式方式，可用于闭合导体回路中电流的检测。避免了传统开环式电流传感器磁芯容易饱和的问题。且本实施例采用的无磁芯开合式电流检测电路增强了抗干扰能力，提高了测量精度，还避免了单个TMR单元容易受到附近外部磁场的干扰，导致测量存在偏差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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1中一种无磁芯开合式电流检测电路的一个具体示例的结构图；
图2为本实用新型实施例1中TMR单元的一个具体示例的分布图；
图3为本实用新型实施例2中一种无磁芯开合式电流传感器的一个具体示例的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种无磁芯开合式电流检测电路，该电流检测电路用于需要对电流导线进行电流检测的场合，具体电路模块组成结构，如图1所示，包括：
多个TMR单元，沿被测电流导线环形等距排列组成环形磁阵列，其中，所述环形磁阵列为开合式结构，由第一半环和第二半环组成，所述第一半环和第二半环包含的TMR单元数量相等；
放大器13，输入端与所述环形磁阵列电连接；
模拟信号处理电路(图中未示出)，与所述放大器的输出端电连接。
本实施例中，所述多个TMR单元的数量为偶数，偶数个TMR单元沿被测电流导线环形等距排列组成环形磁阵列，所述被测电流导线可以是铁路受流承力索、供电传输电缆等。
环形磁阵列为开合式环形磁阵列，包括两个半环，分别为第一半环和第二半环，两个半环可以拼合为所述环形磁阵列，具体拼合连接方式可以是吸附式电连接。其中每个半环包含的TMR单元数量相等，用于产生环形磁场，以检测被测电流导线流通的电流大小。如图2所示，其中第一半环可以包括TMR2-TMR7，第二半环可以包括TMR9-TMR14，其中，可根据实际工作中外壳结构尺寸进行配备。
本实施例中，电流检测电路还包括放大器与模拟信号处理电路。其中，输入端与环形磁阵列电连接，模拟信号处理电路与放大器的输出端电连接。电流检测电路不仅可以检测到被测电流导线的信息，还能够将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
作为一种可选实施方式，本实用新型实施例中，所述TMR单元包括：4个磁电阻组成的惠斯通电桥。
根据TMR单元的工作原理可知，TMR单元的阻值在平行于其灵敏度方向磁流密度作用下发生变化，而在垂直于其灵敏度方向磁流密度作用下其阻值基本不变化。每个TMR单元包括4个磁电阻，4个磁电阻组成惠斯通电桥。将每个TMR单元并联连接，TMR芯片数量用i代表，其中i＝1,2,…,n。则n个TMR单元并联后的输出ΔV为：
其中，ΔV为输出电压，n为TMR芯片数量，Bi w为磁流密度，Vcc为工作电压，S为灵敏度。
n个TMR单元并联后经过放大器处理后，n个TMR单元并联组成的电流传感器的总输出电压为：
其中，
为总输出电压，
为放大倍数。
作为一种可选实施方式，本实用新型实施例中，每个所述TMR单元包括第一端11和第二端12，每个TMR单元的第一端与所述放大器的同相输入端电连接；每个TMR的第二端与所述放大器的反相输入端电连接。
如图1所示，每个TMR单元的第一端V+与放大器的同相输入端电连接，每个TMR单元的第二端V-与放大器的反相输入端电连接。
作为一种可选实施方式，本实用新型实施例中，所述环形磁阵列包括第一环形导线111和第二环形导线112，其中，每个所述TMR单元的第一端与所述第一环形导线电连接，每个所述TMR单元的第二端与所述第二环形导线电连接，所述第一环形导线与所述放大器的同向输入端电连接，所述第二环形导线与所述放大器的反相输出端电连接。
如图1所示，每个TMR单元的第一端V+与第一环形导线电连接，第一环形导线与放大器的同相输入端电连接，每个TMR单元的第二端V-与第二环形导线电连接，第二环形导线与放大器的反相输入端电连接。
作为一种可选实施方式，本实用新型实施例中，所述放大器采用可编辑运算放大器。
本实施例中，采用了N-1-1简单拓扑方案，即仅采用N个TMR单元、一个可编程放大器(PGA)与一个模拟输出通道，即可直接输出以满足被测电流导线上电流测量的要求。具有元器件少，PCB面积小，重量轻，功耗低，性能优等特点。采用相对简单的无磁芯开合式电流检测电路，即可获得很好的电流检测效果，具有开合式结构，采用非侵入式方式，可用于闭合导体回路中电流的检测。避免了传统开环式电流传感器磁芯容易饱和的问题。且本实施例采用的无磁芯开合式电流检测电路增强了抗干扰能力，提高了测量精度，还避免了单个TMR单元容易受到附近外部磁场的干扰，导致测量存在偏差的问题。
实施例2
本实施例提供一种无磁芯开合式电流传感器，该电流传感器包括上述实施例1中的无磁芯开合式电流检测电路，该电流传感器可以设用于检测被测电流导线，如图3所示。
本实施例中，当环形上的TMR单元数量足够多时，TMR单元环形磁阵列电流传感器的测量结果和被测电流导线的位置无关，而且外部任何干扰电流或者磁场对TMR环形磁阵列电流传感器的干扰为零，即无磁芯开合式电流传感器具有很好的抗外界干扰的能力。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，包括：
多个TMR单元，沿被测电流导线环形等距排列组成环形磁阵列，其中，所述环形磁阵列为开合式结构，由第一半环和第二半环组成，所述第一半环和第二半环包含的TMR单元数量相等；
放大器，输入端与所述环形磁阵列电连接；
模拟信号处理电路，与所述放大器的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，所述第一半环和所述第二半环采用吸附式连接。
3.根据权利要求1所述的无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，所述TMR单元包括：4个磁电阻组成的惠斯通电桥。
4.根据权利要求3所述的无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，每个所述TMR单元包括第一端和第二端，每个TMR单元的第一端与所述放大器的同相输入端电连接；每个TMR的第二端与所述放大器的反相输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，所述环形磁阵列包括第一环形导线和第二环形导线，其中，每个所述TMR单元的第一端与所述第一环形导线电连接，每个所述TMR单元的第二端与所述第二环形导线电连接，所述第一环形导线与所述放大器的同向输入端电连接，所述第二环形导线与所述放大器的反相输出端电连接。
6.根据权利要求1所述的无磁芯开合式电流检测电路，其特征在于，所述放大器采用可编辑运算放大器。
7.一种无磁芯开合式电流传感器，其特征在于，包括：权利要求1-6任一项所述的无磁芯开合式电流检测电路。
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| CN202123456694.4U CN217133253U (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种无磁芯开合式电流检测电路及电流传感器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116298466A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-06-23 | 驭芯科技（上海）有限公司 | 无铁芯霍尔式电流传感器 |
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2021
- 2021-12-31 CN CN202123456694.4U patent/CN217133253U/zh active Active
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