CN217332594U - 一种电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电流测量装置，电流测量装置包括：隧道磁阻传感器芯片以及信号调理电路；隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和第二输出端分别与差分放大电路的第一输入端和第二输入端相连；差分放大电路的输出端与第一电压跟随器的输入端相连；隧道磁阻传感器芯片的输出信号经过差分放大电路和第一电压跟随器处理后输出。本申请实施例提供的电流测量装置，隧道磁阻传感器芯片感应待测电流所产生的磁场变化，输出相应的电压信号，所产生的电压信号经过差分放大电路和电压跟随器处理后更加稳定，后续可以得到更加准确的电流值。

Description

一种电流测量装置

技术领域

本申请实施例涉及电流计量技术领域，具体涉及一种电流测量装置。

背景技术

电流测量大多数都是采用接触式或者非接触式的测量方法。其中，接触式测量由于需要和被测量导体进行电气连接，不仅破坏了原有的线路结构，而且线路也会存在安全风险，与之相比，非接触式测量方法具有更好的安全性。

目前，比较常见的非接触式测量方法有基于TMR(Tunnel Magneto Resistance，隧道磁阻)技术的电流传感器，该电流传感器通过感应待测电流所产生的磁场变化来生成对应的电信号，以便于用户基于生成的电信号确定待测电流的大小。然而，在实际应用过程中发现，电流传感器所产生的电信号不够稳定，影响后续的电流计算的精度。

实用新型内容

本申请实施例提供一种电流测量装置，旨在解决现有技术中基于隧道磁阻技术的电流传感器存在的产生的电信号不够稳定，影响后续电流计算精度的技术问题。

一方面，本申请实施例提供一种电流测量装置，包括：隧道磁阻传感器芯片、差分放大电路以及第一电压跟随器；

所述差分放大电路的第一输入端和第二输入端分别和所述隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和第二输出端相连；

所述差分放大电路的输出端与所述第一电压跟随器的输入端相连；

所述隧道磁阻传感器芯片的输出信号经过所述差分放大电路和所述第一电压跟随器处理后输出。

作为本申请的一种可选实施例，所述电流测量装置还包括第二电压跟随器；

所述隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和所述第二电压跟随器的输入端相连；

所述第二电压跟随器的输出端和所述差分放大电路的第一输入端相连。

在上述一种可选实施例的基础上，作为本申请进一步的可选实施例，所述电流测量装置还包括第三电压跟随器；

所述隧道磁阻传感器芯片的第二输出端和所述第三电压跟随器的输入端相连；

所述第三电压跟随器的输出端和所述差分放大电路的第二输入端相连。

作为本申请的另一种可选实施例，所述电流测量装置还包括恒流源电路；

所述恒流源电路与所述隧道磁阻传感器芯片的电源接口端相连；

所述恒流源电路用于实现对所述隧道磁阻传感器芯片的供电。

在上述另一种可选实施例的基础上，作为本申请进一步的可选实施例，所述恒流源电路为三极管恒流源电路。

作为本申请更进一步的可选实施例，所述三极管恒流源电路中包括电压芯片、稳压管以及三极管。

作为本申请的又一种可选实施例，所述电流测量装置还包括有控制器；

所述第一电压跟随器的输出端与所述控制器相连；

所述第一电压跟随器的输出信号经过所述控制器处理后输出。

在上述又一种可选实施例的基础上，作为本申请进一步的可选实施例，所述控制器与所述隧道磁阻传感器芯片中的存储单元相连。

在上述又一种可选实施例的基础上，作为本申请进一步的可选实施例，所述电流测量装置还包括有温度传感器；所述温度传感器与所述控制器相连。

作为本申请更进一步的可选实施例，所述温度传感器与电压芯片相连；所述电压芯片用于给所述温度传感器供电。

本申请实施例提供的电流测量装置，通过利用隧道磁阻传感器芯片感应待测电流所产生的磁场变化，输出相应的电压信号，所产生的电压信号经过差分放大电路和电压跟随器处理后更加稳定，后续可以利用处理后的电压信号可以得到更加准确的电流值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种电流测量装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种电流测量装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的二级差分信号调理电路的完整电路示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种电流测量装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种恒流源电路的电路示意图；

图6为本申请实施例提供的再一种电流测量装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的还一种电流测量装置的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种电流测量装置的完整结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型包含的范围。

在本申请实施例中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请实施例中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本实用新型，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本实用新型。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本实用新型的描述变得晦涩。因此，本实用新型并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请实施例所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本申请实施例中提供一种电流测量装置，以下分别进行详细说明。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的一种电流测量装置的结构示意图，包括隧道磁阻传感器芯片100、差分放大电路200以及第一电压跟随器300。其中，隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和第二输出端分别与差分放大电路的第一输入端和第二输入端相连，差分放大电路的输出端与第一电压跟随器的输入端相连，隧道磁阻传感器芯片的输出信号经过差分放大电路和第一电压跟随器处理后输出。

具体的，将隧道磁阻传感器芯片靠近待测电流，例如载流导线，载流导线上流过的电流会产生磁场，从而影响到隧道磁阻传感器芯片的电阻，并在隧道磁阻传感器芯片的两端上产生可变的模拟电信号，该模拟电信号分别通过隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和第二输出端，流入差分放大电路的第一输入端和第二输入端，经过差分放大电路处理后，信号被输入至电压跟随器作进一步的处理，并输出得到用于计量电流的数字信号。

进一步的，作为本申请的可选实施例，可以在隧道磁阻传感器芯片和差分放大电路之间设置电压跟随器，从而有效地增大输入阻抗，减小输出信号的误差。具体的，隧道磁阻传感器芯片和差分放大电路之间设置的电压跟随器可以只设置有单个，也就是设置在隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和差分放大电路的第一输入端之间，当然，作为进一步的可选实施例，隧道磁阻传感器芯片和差分放大电路之间设置的电压跟随器设置有两个，分别对应的设置在隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和差分放大电路的第一输入端之间，以及隧道磁阻传感器芯片的第二输出端和差分放大电路的第二输入端。此时，电流测量装置的具体结构请参阅后续图2及其解释说明的内容。

为了使隧道磁阻传感器芯片正常工作，需要利用外加电源给隧道磁阻传感器芯片进行供电，通常情况下，为了降低电流测量装置的整体体积，是通过电压芯片作为电源对隧道磁阻传感器芯片供电。然而，在实际应用过程中发现，此时，隧道磁阻传感器芯片产生的模拟电信号的再现性不好。作为本申请的另一种可选实施例，是通过恒流源电路来实现对隧道磁阻传感器芯片的供电。具体的，恒流源电路与隧道磁阻传感器芯片的电源接口端相连，此时，电流测量装置的具体结构请参阅后续图4及其解释说明的内容。

结合前述可知，差分放大电路和第一电压跟随器会将隧道磁阻传感器芯片输出的模拟电信号转化为数字信号，进一步的，为实现将数字信号转化为对应的电流值，可以在第一电压跟随器之后连接控制器。其中，控制器可以根据已知的数字信号与测试电流之间的映射关系将数字信号转化为对应的电流值。具体的，数字信号与测试电流之间的映射关系可以是在测试过程中，统计不同测试电流下输出的数字信号得到。此外，考虑到实际过程中隧道磁阻传感器芯片会受到外界环境因素的干扰，从而产生零漂等现象，为了消除这种漂移现象所带来的误差，还可以通过统计测试过程中的一些数据，得到校准参数。

在此基础上，数字信号与测试电流之间的映射关系以及校准参数可以是储存在隧道磁阻传感器芯片中的存储单元中，此时，通过将控制器和隧道磁阻传感器芯片中的存储单元通讯相连，能够使控制器从存储单元中读取得到数字信号和电流之间的对应关系，以及校准参数，从而直接输出最终的准确电流结果。具体的，此时电流测量装置的具体结构请参阅后续图6及其解释说明的内容。

此外，考虑到在实际应用过程中，隧道磁阻传感器芯片还会受到温度的干扰，从而产生温漂现象。作为本申请的可选实施例，电流测量装置还包括温度传感器，具体的，温度传感器与控制器相连，也就是温度传感器所采集的温度信号会输入至控制器中，通过在测试阶段得到不同温度对隧道磁阻传感器芯片输出信号的干扰关系，从而确定相应的温漂校准参数，从而便于后续应用过程中根据温度传感器输出的温度信号以及相应的温漂校准参数纠正得到更准确的电流测量结果。进一步的，温度传感器可以通过电压芯片供电。具体的，此时电流测量装置的具体结构请参阅后续图7及其解释说明的内容。

本申请实施例提供的电流测量装置，通过利用隧道磁阻传感器芯片感应待测电流所产生的磁场变化，输出相应的模拟电信号，所产生的模拟电信号经过差分放大电路和电压跟随器处理后更加稳定，后续利用处理后的信号可以得到更加准确的电流量。

如图2所示，图2为本申请实施例提供的另一种电流测量装置的结构示意图。具体的，与图1示出的电流测量装置的区别在于，在隧道磁阻传感器芯片100和差分放大电路之间，还设置有第二电压跟随器201以及第三电压跟随器202。

具体的，第二电压跟随器201的输入端和隧道磁阻传感器芯片的第一输出端相连，其输出端和差分放大电路的第一输入端相连；第三电压跟随器202的输入端和隧道磁阻传感器芯片的第二输出端相连，其输出端和差分放大电路的第二输入端相连。

本申请实施例提供的电流测量装置，通过在隧道磁阻传感器芯片和差分放大电路之间设置额外的电压跟随器，从而与后续的差分放大电路、第一电压跟随器构成完成的二级差分信号调理电路，通过增大输入阻抗，能够进一步的有效减小输出信号的误差，提高电流值的测量精度。

为了更清楚本申请实施例提供的电流测量装置中各电路单元之间的连接关系。具体的，图3为本申请实施例中由第二电压跟随器、第三电压跟随器、差分放大电路以及第一电压跟随器所构成的二级差分信号调理电路的完整电路示意图。

本申请实施例中，隧道磁阻传感器芯片的正向输出电压信号和负向输出电压信号分别通过V⁺和V^-输入至第二电压跟随器中的运算放大器U3A和第三电压跟随器中的运算放大器U3B中。经过第二电压跟随器和第三电压跟随器处理后的信号分别经过保护电阻R4和R6后，以差分的形式，输入至差分放大电路中的运算放大器U6中，经过运算放大器处理后的信号再次输入至第一电压跟随器中的运算放大器U5中，并输出最终的电压信号V_out。具体的，作为一种可行的实现方案，运算放大器U3A和运算放大器U3B的型号可以选用SGM8592，而运算放大器U5和运算放大器U6的型号可以选用SGM8591，当然，选用其他型号的运算方法器也是可行的，本申请在此不再赘述。

此外，关于电路中其他常见元器件，例如电阻、电容的选择，也通过相应的参数标注出，例如，R4和R6需要选用阻值为1kΩ，且误差不超过1％的电阻。本领域技术人员结合本领域的公知常识能够得到各元器件的具体规格，本申请实施例在此不再赘述。当然，上述元器件的选择仅仅属于本申请技术方案提供的一种可行实施例，本领域技术人员在该电路的基础上进行等效替换所得到的其他电路，也均在本申请要求保护的范围之内。

如图4所示，图4为本申请实施例提供的又一种电流测量装置的结构示意图。具体的，与图1示出的电流测量装置的区别在于，还包括有恒流源电路400，其中恒流源电路与隧道磁阻传感器芯片的电源接口端相连。

本申请实施例中，恒流源电路主要用于实现对隧道磁阻传感器芯片的供电，而相比于使用电压芯片进行供电，恒流源电路可以提供更稳定的电压，减小供电电压不稳定带来的误差，使测量更精准。

关于恒流源电路的具体电路结构有很多种，本申请在此不再赘述。例如，作为一种可行的实现方案，恒流源电路为三极管恒流源电路，具体的，三极管恒流源电路由电压芯片、稳压管以及三极管构成，具体电路图可以参阅图5及其解释说明的内容。

如图5所示，图5为本申请实施例提供的一种恒流源电路的电路示意图。

本申请实施例中，U1为电压芯片，R2为保护电阻，C5～C8为储能滤波电容器，Q1为三极管，U4为稳压器。具体的，作为一种可行的实现方案，U4的型号可以选用TL431，U1的型号可以选用NCV4264，Q1的型号可以选用MMBTA42。当然，选用其他型号的电压芯片、稳压器以及三极管也是可行的，本申请实施例在此不再赘述。

此外，关于电路中其他常见元器件，例如电阻、电容的选择，也通过相应的参数标注出，例如，C5～C8所选用的电容器的容值为10μF，耐压值为25V。本领域技术人员结合本领域的公知常识能够得到各元器件的具体规格，本申请实施例在此不再赘述。当然，上述元器件的选择仅仅属于本申请技术方案提供的一种可行实施例，本领域技术人员在该电路的基础上进行等效替换所得到的其他电路，也均在本申请要求保护的范围之内。

如图6所示，图6为本申请实施例提供的再一种电流测量装置的结构示意图。具体的，与图1示出的电流测量装置的区别在于，还包括有控制器600；其中，第一电压跟随器的输出端与所述控制器相连，此外，控制器还与隧道磁阻传感器芯片100中的存储单元101相连。

具体的，在测量过程中，控制器通过对不同电流下测得的数据进行整理分析，然后将隧道磁阻传感器芯片的校准参数、数字信号与测试电流之间的映射关系，存入隧道磁阻传感器芯片的存储单元中，从而便于后续隧道磁阻传感器芯片与控制器配套使用，也就是控制器可以通过通讯协议从隧道磁阻传感器芯片的存储单元中读取存储的校准参数以及数字信号与测试电流之间的映射关系，完成对电流值的补偿，无需再执行额外的矫正操作。

如图7所示，图7为本申请实施例提供的还一种电流测量装置的结构示意图。具体的，与图6示出的电流测量装置的区别在于，还包括有温度传感器700；其中，温度传感器与控制器600相连。

具体的，考虑到隧道磁阻传感器芯片还会受到温度的干扰，从而产生温漂现象，通过在测试过程中，对控制器采集得到的不同温度下隧道磁阻传感器芯片的测试数据进行统计，可以得到与温度对隧道磁阻传感器芯片输出信号的干扰相关的温漂校准参数，并与其他校准参数一同存入隧道磁阻传感器芯片的存储单元中。从而便于后续在应用过程中，可以直接利用温度传感器采集的温度信号完成对输出信号的温度纠偏，从而输出更准确的电流值。

进一步的，温度传感器通常需要外加电源供电。作为本申请的可选实施例，温度传感器是通过电压芯片进行供电，具体的，电压芯片可以是前述图4所示出的恒流源电路中的电压芯片，以节约成本，当然也可以是额外设置的电压芯片，本申请实施例在此不再赘述。

为了清楚本申请实施例提供的电流测量装置的完整结构图，如图8所示，图8为本申请实施例提供的一种电流测量装置的完整结构示意图。

具体的，本申请实施例中，是利用由电压芯片401、稳压管402以及三极管403组成的恒流源电路400完成对隧道磁阻传感器芯片100的供电，同时电压芯片401额外与温度传感器700相连，以完成对温度传感器700的供电。此外，隧道磁阻传感器芯片100的正向输出信号和反向输出信号分别通过第二电压跟随器201和第三电压跟随器202处理后，以差分的形式输入至差分放大电路200中，处理后的信号进一步输入至第一电压跟随器300处理，得到数字信号，数字信号和温度传感器产生的温度信号再次输入至控制器700当中，控制器700通过从隧道磁阻传感器芯片100的存储单元中读取得到相应的存储数据，例如数字信号与测试电流之间的映射关系、校准参数后，完成对数字信息的处理，从而输出准确的电流值。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。

具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本申请实施例所提供的一种电流测量装置方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括：隧道磁阻传感器芯片、差分放大电路以及第一电压跟随器；

所述隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和第二输出端分别与所述差分放大电路的第一输入端和第二输入端相连；

所述差分放大电路的输出端与所述第一电压跟随器的输入端相连；

所述隧道磁阻传感器芯片的输出信号经过所述差分放大电路和所述第一电压跟随器处理后输出。

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括第二电压跟随器；

所述隧道磁阻传感器芯片的第一输出端和所述第二电压跟随器的输入端相连；

所述第二电压跟随器的输出端和所述差分放大电路的第一输入端相连。

3.根据权利要求2所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括第三电压跟随器；

所述隧道磁阻传感器芯片的第二输出端和所述第三电压跟随器的输入端相连；

所述第三电压跟随器的输出端和所述差分放大电路的第二输入端相连。

4.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括恒流源电路；

所述恒流源电路与所述隧道磁阻传感器芯片的电源接口端相连；

所述恒流源电路用于实现对所述隧道磁阻传感器芯片的供电。

5.根据权利要求4所述的电流测量装置，其特征在于，所述恒流源电路为三极管恒流源电路。

6.根据权利要求5所述的电流测量装置，其特征在于，所述三极管恒流源电路中包括电压芯片、稳压管以及三极管。

7.根据权利要求1～6任一所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括有控制器；

所述第一电压跟随器的输出端与所述控制器相连；

所述第一电压跟随器的输出信号经过所述控制器处理后输出。

8.根据权利要求7所述的电流测量装置，其特征在于，所述控制器与所述隧道磁阻传感器芯片中的存储单元相连。

9.根据权利要求7所述的电流测量装置，其特征在于，所述电流测量装置还包括有温度传感器；所述温度传感器与所述控制器相连。

10.根据权利要求9所述的电流测量装置，其特征在于，所述温度传感器与电压芯片相连；所述电压芯片用于给所述温度传感器供电。

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