CN217156623U

CN217156623U - 磁通门电流传感器

Info

Publication number: CN217156623U
Application number: CN202123218466.3U
Authority: CN
Inventors: 刘海宁; 孙晓庆; 葛学伟; 吴静远; 吴玄辰
Original assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Current assignee: United Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2031-12-20

Abstract

本实用新型提供一种磁通门电流传感器，包括电感器和测量电路。其中，所述电感器包括磁芯和至少两个线圈，所述至少两个线圈分别缠绕于所述磁芯上。并且，所有所述线圈采用并联的方式，接入至所述测量电路中，从而在不改变线圈线径和总的线圈匝数的情况下，降低了所述电感器的阻值。同时，也无需改变供电电压，使得在供电电压不变的情况下，降低电感器的阻值，实现电流的增大。因此，本实用新型通过将单线圈拆分为多个小线圈并联接入测量电路，实现了在不增加线圈匝数、线圈线径和供电电压的情况下，降低电感器的阻值，提高电流，且不增加设备成本，不改变设备尺寸，适用范围广。

Description

磁通门电流传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种磁通门电流传感器。

背景技术

现在的动力电池用电流传感器主要有三种形式，霍尔电流传感器，分流器电流传感器以及磁通门电流传感器。其中，磁通门电流传感器是一种利用高磁导率易饱和的软磁材料在交变磁场的非线性饱和激励下，来测量环境中磁场强度的传感器。磁通门电流传感器利用直流电流和其在周围产生的磁场具有线性关系的特点，通过检测直流电流周围的磁通密度，从而实现对微小直流电流的测量。磁通门电流传感器的磁芯一直工作在周期性过饱和状态中，磁场偏移得到了有效抑制，保证了磁通门电流传感器较高的测量精度，磁芯中激励电路所产生的交变磁场和和待测磁场的叠加经感应线圈输出为电信号，对该电信号经过进一步的分析计算最终得到待测微小电流。

随着动力电池性能的提高，输出电流值逐渐增加，对电流传感器检测能力的要求也随之提高。其中，主要表现为电流传感器的测量范围的扩大，需要从之前的500A变为当前的1500A，甚至2000A。对此，现有的磁通门电流传感器往往采用增加线圈匝数或者提高供电电压的方式来提高量程。然而，针对单线圈的磁通门电流传感器，在线径不变的情况下，线圈匝数的增多会导致线圈电阻的增加，从而使产生的电流越小，反而可能降低检测范围。如果通过提高线径，降低电阻的方案，则产品尺寸会大幅度的增加。由于当前能量密度的要求，传感器的体积受到了极大限制，无法做到很大，只能沿用当前的空间边界尺寸，因此线圈的尺寸也受到了限制，无法增加。因此，想要提高电流检测范围，只能增加供电电压。但针对汽车动力电池的电流的检测，磁通门电流传感器的供电是由车上的蓄电池提供的，而当前蓄电池的电压无法增加。如果要满足使用需求，则需要在磁通门电流传感器的硬件电路增加升压模块，才能够实现检测更大电流的功能，比如增加直流变换器(Direct Current，DC/DC)。如此，不仅增加了成本，还增加了电路的复杂性，还会导致产品尺寸的增加。

因此，需要一种新的磁通门电流传感器，以实现在不增加尺寸和供电电压的前提下，满足电流检测量程增大的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁通门电流传感器，以解决如何在不增加线圈匝数、线圈线径和供电电压的情况下，满足电流检测量程增大的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种磁通门电流传感器，包括电感器和测量电路；其中，

所述电感器包括磁芯和至少两个线圈，所述至少两个线圈分别缠绕于所述磁芯上，且所有所述线圈并联接入至所述测量电路中。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述磁芯为环状，每一所述线圈以顺时针或逆时针的方向缠绕于所述磁芯上，以在通入电流时，所有所述线圈产生的磁场方向环绕所述磁芯。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述测量电路包括以H桥形式连接的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管；其中，所述第一晶体管和所述第三晶体管的连接端与所述电感器的一端相接，所述第二晶体管和所述第四晶体管的连接端与所述电感器的另一端相接。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为PMOS，所述第三晶体管和所述第四晶体管为NMOS。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的漏极与所述电感器的所述一端相接，所述第二晶体管的源极和所述第四晶体管的漏极与所述电感器的所述另一端相接。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所有所述线圈的一个引出端与所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的漏极相接，所有所述线圈的另一个引出端与所述第二晶体管的源极和所述第四晶体管的漏极相接。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述测量电路还包括电源，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极均与所述电源的正极相接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极均与所述电源的负极相接。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述电源为直流电源。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述测量电路还包括信号源，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极均与所述信号源相接，且所述第一晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极与所述信号源之间均接有反相器，或者所述第二晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极与所述信号源之间均接有反相器，以使在所述第一晶体管和所述第四晶体管导通时，所述第二晶体管和所述第三晶体管关闭，以及在所述第二晶体管和所述第三晶体管导通时，所述第一晶体管和所述第四晶体管关闭。

可选的，在所述的磁通门电流传感器中，所述信号源提供的信号为脉冲信号，以使所述第一晶体管和所述第二晶体管交替导通，以及所述第三晶体管和所述第四晶体管交替导通。

综上所述，本实用新型提供一种磁通门电流传感器，包括电感器和测量电路。其中，所述电感器包括磁芯和至少两个线圈，所述至少两个线圈分别缠绕于所述磁芯上。并且，所有所述线圈采用并联的方式，接入至所述测量电路中，从而在不改变线圈线径和总的线圈匝数的情况下，降低了所述电感器的阻值。同时，也无需改变供电电压，使得在供电电压不变的情况下，降低电感器的阻值，实现电流的增大。因此，本实用新型通过将单线圈拆分为多个小线圈并联接入测量电路，实现了在不增加线圈匝数、线圈线径和供电电压的情况下，降低电感器的阻值，提高电流，且不增加设备成本，不改变设备尺寸，适用范围广。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种电感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种磁通门电流传感器的电路示意图；

图3为现有技术中一种磁通门电流传感器的电路示意图；

图4为本实用新型实施例中一种磁通门电流传感器的电路示意图；

图5-6为本实用新型实施例中一种磁通门电流传感器的交变电流导通示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种磁通门电流传感器。请参阅图1-2，所述磁通门电流传感器包括电感器和测量电路。其中，所述电感器包括磁芯100和至少两个线圈101，所述至少两个线圈101分别缠绕于所述磁芯100上，且所有所述线圈101并联接入至所述测量电路中。

相对于现有的磁通门电流传感器，本实施例所提供的磁通门电流传感器将电感器中的单线圈拆分为多个小线圈101并联接入测量电路，实现了在不增加线圈匝数、线圈线径和供电电压的情况下，降低电感器的阻值，提高电流，且不增加设备成本，不改变设备尺寸，适用范围广。

进一步的，所述磁芯100为环状，可选的为圆环、矩形环或者三角形环等。本实施例对所述磁芯的形状不做限定，仅需满足为闭合的环形状即可。所述线圈101的数量可选的为2个、3个、4个或5个等。其中，每一所述线圈101以顺时针或逆时针的方向缠绕于所述磁芯100上，以在通入电流的情况下，所有所述线圈101产生的磁场方向环绕所述磁芯100。如图1所示，所述磁芯100上缠绕有两个所述线圈101，其中一个所述线圈101为顺时针缠绕至所述磁芯100上，另一个所述线圈101与逆时针缠绕至所述磁芯100上，在靠近的同一侧的引出端接入相同方向的电流，顺时针缠绕的所述线圈101产生的磁场方向向右，逆时针缠绕的所述线圈101产生的磁场方向向左，以使得相结合的磁场方向环绕所述磁芯100呈顺时针方向。当然，本实施例不限制所述线圈101的环绕方式，仅需在配合电流的方向下，所有线圈101产生的磁场方向相结合后环绕所述磁芯100，其中不产生相互抵触的磁场方向。例如，沿顺时针方向缠绕两个所述线圈101于所述磁芯100上，记为第一线圈和第二线圈。所述第一线圈的第一端接入电流，靠近所述第一线圈另一端的所述第二线圈的一端接入相同的电流，同样可以获得环绕所述磁芯100方向的磁场。

请参阅图2，所述测量电路为H桥电路，包括以H桥形式连接的第一晶体管P1、第二晶体管P2、第三晶体管N1和第四晶体管N2；其中，所述第一晶体管P1和所述第三晶体管N1的连接端与所述电感器L2的一端相接，所述第二晶体管P2和所述第四晶体管N2的连接端与所述电感器L2的另一端相接。其中，所述第一晶体管P1、第二晶体管P2、第三晶体管N1和第四晶体管N2均为开关管，可选的为MOS管或三极管等。本实施例对所述晶体管的种类不作限定，仅需满足H桥电路的正常导通即可。

进一步的，本实施例中以MOS管为例进行阐述所述测量电路的工作原理。其中，本实施例不限制各晶体管的具体类别，仅需满足所述测量电路的导通规则即可。以下示例为：所述第一晶体管P1和所述第二晶体管P2均为PMOS，所述第三晶体管N1和所述第四晶体管N2为NMOS。所述第一晶体管P1的源极和所述第三晶体管N1的漏极与所述电感器L2的所述一端相接，所述第二晶体管P2的源极和所述第四晶体管N2的漏极与所述电感器L2的所述另一端相接。因所有所述线圈101需并联至所述测量电路中，故所有所述线圈101的一个引出端与所述第一晶体管P1的源极和所述第三晶体管N1的漏极相接，所有所述线圈的另一个引出端与所述第二晶体管P2的源极和所述第四晶体管N2的漏极相接，从而能够将每一所述线圈101并联至所述测量电路中。其中，所述测量电路还包括电源，所述第一晶体管P1的源极和所述第二晶体管P2的源极均与所述电源的正极Vcc相接，所述第三晶体管N1的源极和所述第四晶体管N2的源极均与所述电源的负极GND相接。通常，在负极GND处还接有一个接地电阻Rg，以保证接地效果，保护所述磁通门电流传感器。进一步的，所述电源为直流电源，用于提供工作电压。

请参阅图1和3-4。其中，图3为现有技术中的磁通门电流传感器的测量电路图，电感器L1采用单线圈的设置方式。图4为本实施例所提供的磁通门电流传感器的测量电路图，电感器L2采用两个线圈并联的设置方式。

将待测的导线穿过磁芯，根据图3可得到：

I₀＝Vcc/R；

I_p＝N×I₀；

其中，Vcc是工作电压，R是线圈阻值，N为线圈总匝数；I_p为可检测的最大电流值，I₀为线圈内的电流值。

当图3和图4中的线圈总匝数N、线圈线径不变以及工作电压Vcc均相同的情况下，假设将N匝线圈分为两个N/2匝数的线圈101，则根据图4可得到：

R₀₁≈R₀₂＝R/2；

R₂＝1/(1/R₀₁+1/R₀₂)＝R/4；

I₂＝I₀₁+I₀₂＝Vcc/R₂＝4I₀；

I₀₁＝I₀₂＝2I₀；

I_P2＝N/2×I₀₁+N/2×I₀₁＝2I_p；

其中，R₀₁和R₀₂为两个所述线圈101的阻值，I₀₁和I₀₂为两个所述线圈101上的电流值，I₂为流经所述电感器L2的总电流，I_P2为可检测的最大电流值。

根据上述计算结果得知，在不更改线圈匝数和供电电压的情况下，本实施例提高的所述磁通门电流传感器可检测的电流范围增加到原来的两倍，实现更高电流范围的检测，无需改变尺寸，或增加成本。

进一步的，为满足磁通门电流传感器的工作要求，所述测量电路还包括信号源，所述第一晶体管P1、所述第二晶体管P2、所述第三晶体管N1和所述第四晶体管N2的栅极均与所述信号源相接，且所述第二晶体管P2的栅极和所述第四晶体管N2的栅极与所述信号源之间均接有反相器，或者所述第一晶体管P1的栅极和所述第三晶体管N1的栅极与所述信号源之间均接有反相器，以使在所述第一晶体管P1和所述第四晶体管N2导通时，所述第二晶体管P2和所述第三晶体管N1关闭，以及在所述第二晶体管P2和所述第三晶体管N1导通时，所述第一晶体管P1和所述第四晶体管N2关闭。其中，所述信号源提供的信号为脉冲信号，以使所述第一晶体管P1和所述第二晶体管P2交替导通，以及所述第三晶体管N1和所述第四晶体管N2交替导通，从而使得所述电感器L2接入的电流为周期性的交变电流，使得所述磁通门电流传感器的磁芯100一直工作在周期性过饱和状态中。

请参阅图5，假设所述第一晶体管P1的栅极和所述第三晶体管N1的栅极与所述信号源之间均接有反相器。当信号源提供一个高电平，所述第一晶体管P1接收到低电平信号，所述第一晶体管P1导通；所述第二晶体管P2接收到高电平信号，所述第二晶体管P2关闭；所述第三晶体管N1接收到低电平，所述第三晶体管N1关闭；所述第四晶体管N2接收到高电平，所述第四晶体管N2导通。因此，如图5所示，所述第一晶体管P1、所述电感器L2和所述第四晶体管N2形成通路，所述电感器L2产生顺时针环绕的磁场方向。

请参阅图6，当信号源提供一个低电平，所述第一晶体管P1接收到高电平信号，所述第一晶体管P1关系；所述第二晶体管P2接收到低电平信号，所述第二晶体管P2导通；所述第三晶体管N1接收到高电平，所述第三晶体管N1导通；所述第四晶体管N2接收到低电平，所述第四晶体管N2关闭。因此，如图5所示，所述第二晶体管P2、所述电感器L2和所述第三晶体管N1形成通路，所述电感器L2产生逆时针环绕的磁场方向。由此，所述磁芯100经受交流磁场而饱和，即以交替的方式使磁芯100饱和。

综上所述，本实施例提供一种磁通门电流传感器，包括电感器L2和测量电路。其中，所述电感器L2包括磁芯100和至少两个线圈101，所述至少两个线圈101分别缠绕于所述磁芯100上。并且，所有所述线圈101采用并联的方式，接入至所述测量电路中，从而在不改变线圈线径和总的线圈匝数的情况下，降低了所述电感器的阻值。同时，也无需改变供电电压，使得在供电电压不变的情况下，降低电感器的阻值，实现电流的增大。因此，本实施例提供的所述磁通门电流传感器通过将单线圈拆分为多个小线圈101并联接入测量电路，实现了在不增加线圈匝数、线圈线径和供电电压的情况下，降低电感器的阻值，提高电流，且不增加设备成本，不改变设备尺寸，适用范围广。

此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims

1.一种磁通门电流传感器，其特征在于，包括电感器和测量电路；其中，

2.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述磁芯为环状，每一所述线圈以顺时针或逆时针的方向缠绕于所述磁芯上，以在通入电流时，所有所述线圈产生的磁场方向环绕所述磁芯。

3.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述测量电路包括以H桥形式连接的第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管；其中，所述第一晶体管和所述第三晶体管的连接端与所述电感器的一端相接，所述第二晶体管和所述第四晶体管的连接端与所述电感器的另一端相接。

4.根据权利要求3所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为PMOS，所述第三晶体管和所述第四晶体管为NMOS。

5.根据权利要求4所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的漏极与所述电感器的所述一端相接，所述第二晶体管的源极和所述第四晶体管的漏极与所述电感器的所述另一端相接。

6.根据权利要求5所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所有所述线圈的一个引出端与所述第一晶体管的源极和所述第三晶体管的漏极相接，所有所述线圈的另一个引出端与所述第二晶体管的源极和所述第四晶体管的漏极相接。

7.根据权利要求4所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述测量电路还包括电源，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极均与所述电源的正极相接，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极均与所述电源的负极相接。

8.根据权利要求7所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述电源为直流电源。

9.根据权利要求4所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述测量电路还包括信号源，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极均与所述信号源相接，且所述第一晶体管的栅极和所述第三晶体管的栅极与所述信号源之间均接有反相器，或者所述第二晶体管的栅极和所述第四晶体管的栅极与所述信号源之间均接有反相器，以使在所述第一晶体管和所述第四晶体管导通时，所述第二晶体管和所述第三晶体管关闭，以及在所述第二晶体管和所述第三晶体管导通时，所述第一晶体管和所述第四晶体管关闭。

10.根据权利要求9所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述信号源提供的信号为脉冲信号，以使所述第一晶体管和所述第二晶体管交替导通，以及所述第三晶体管和所述第四晶体管交替导通。