[實用新型]巨磁阻效應電流傳感器

有效

• 申請號: 201320670708.9
• 申請日: 2013-10-29
• 公開（公告）號: CN203535102U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 楊曉光;解存福;李元園
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

技術領域

本實用新型的技術方案涉及用于測量電流的裝置，具體地說是巨磁阻效應電流傳感器。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，高性能緊湊型電流傳感器的需求逐漸增大。傳統的電流檢測方法包括分流器、電流互感器、羅氏線圈和霍爾傳感器；新型電流檢測技術包括磁通門傳感器、巨磁阻效應電流傳感器和光纖傳感器。相比之下，巨磁阻效應電流傳感器有其自身突出的優勢性能，具有獨特的磁感應能力。巨磁阻效應電流傳感器具有對施加磁場高靈敏度、高工作帶寬范圍、溫度穩定性極佳、低功耗和小型化等特點。

然而，由于巨磁阻對磁場的高度敏感特性，使得它們同時易受外界雜散磁場的影響。這些雜散磁場的場源包括電機和變壓器等電器設備，或者傳感器周圍的載流導體等等。雜散磁場會引起傳感器產生較大的輸出誤差，影響了電流測量結果的準確度。同時，當被測磁場較弱且正負交替變化時，由于巨磁電阻相鄰鐵磁層間較弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片表現出明顯的磁滯效應。另外現有技術中所用的巨磁阻芯片為單極性輸出特性，當被測量為交流電流時，輸出波形類似于全波整流輸出，這樣輸出的波形容易失真，引起較大的輸出誤差。

CN102043083A公開了一種巨磁阻陣列電流傳感器，以實現交直流的同時測量，并能完成信息的數字化傳輸、存儲。然而該傳感器的不足之處在于：①該傳感器探頭需要8個巨磁阻芯片和16個條形的鋁鎳鈷永磁體構成，成本較高，探頭結構較為復雜；②利用永磁體提供偏置磁場，這樣產生的磁場不夠穩定，永磁體隨著環境溫度的變化會發生退磁現象，造成輸出信號不精確；③此傳感器對探頭輸出的電壓信號進行采樣保持及A/D轉換，再經FPGA處理進行空間傅里葉變換，如此信號處理電路較為復雜。

CN101038305B提出了一種基于非晶軟磁條帶所具有的巨磁阻抗（GMI）效應的陣列式電流傳感器，其缺陷有三點：①對兩個陣列式非晶電流傳感器探頭要求完全一樣并平行對稱，但是由于制造工藝等原因很難保證兩個陣列式非晶電流傳感器探頭完全一致，由此產生的溫漂現象會引起一定的輸出誤差；②傳感器電路部分包括兩路科比茨振蕩電路和整流電路，涉及起振電容、晶振、晶體管、高頻運算放大器、整流二極管、穩壓電容及濾波電容等器件，電路較為復雜；③利用永磁體提供偏置磁場同樣存在如CN102043083A中的②所述的缺陷和不足。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是：提供巨磁阻效應電流傳感器，是一種帶磁屏蔽殼與偏置線圈的巨磁阻效應電流傳感器，磁屏蔽殼的存在克服了因巨磁阻對磁場的高度敏感特性使得它們同時易受外界雜散磁場的影響的缺陷；同時又通過偏置線圈繞組提供偏置磁場的方法降低了磁滯誤差以及實現對交直流電流的精確測量。

本實用新型解決該技術問題所采用的技術方案是：巨磁阻效應電流傳感器，是一種帶磁屏蔽殼與偏置線圈的巨磁阻效應電流傳感器，其構成包括U型磁屏蔽殼、巨磁阻芯片、偏置線圈繞組、載流導體、PCB板、偏置電流源和信號處理電路，其中，由U型磁屏蔽殼、巨磁阻芯片、偏置線圈繞組、載流導體和PCB板構成巨磁阻效應電流傳感器的探頭，上述信號處理電路包括偏置磁場發生電路、巨磁阻芯片供電電壓轉換電路、參考電壓產生電路和改進型差分運算放大電路；PCB板置于U型磁屏蔽殼內，巨磁阻芯片固定放置在PCB板的上方，載流導體置于巨磁阻芯片的下方，偏置線圈繞組均勻的纏繞在巨磁阻芯片上，巨磁阻芯片供電電壓轉換電路的輸出電壓連接到巨磁阻芯片的電源引腳，偏置電流源連接到偏置線圈繞組兩端，改進型差分運算放大電路兩個輸入端分別連接在巨磁阻芯片的正輸出端和巨磁阻芯片的負輸出端，參考電壓產生電路的輸出電壓Vref連接在改進型差分運算放大電路的正輸入端，經過改進型差分運算放大電路輸入端信號的疊加，最后在改進型差分運算放大電路的輸出端輸出電流傳感器的輸出信號，由此構成巨磁阻電流傳感器。

上述巨磁阻效應電流傳感器，所述U型磁屏蔽殼采用的是坡莫合金材料制作，其電阻率為0.56μΩ·m，居里點為400℃，飽和磁感應強度為Bs=0.7T，飽和磁感應強度下的矯頑力Hc不大于1.6A/m，直流磁性能滿足在0.08A/m磁場強度中的磁導率不小于37.5mH/m，厚度是1mm，寬度是7mm，高度是10mm，長度是13mm。

上述巨磁阻效應電流傳感器，所述巨磁阻芯片即GMR芯片，采用的是美國NVE公司生產的AA002-02。