[發明專利]一種基于脈沖幅度檢測法的磁通門數字電流傳感器

在審

• 申請號: 202110013873.6
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112834815A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉玉正;唐新穎
• 申請（專利權）人: 唐新穎
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R15/20
• 代理公司: 廣東科信啟帆知識產權代理事務所(普通合伙) 44710
• 代理人: 吳少東

本發明為提供了一種基于脈沖幅度檢測法的磁通門數字電流傳感器，包括探頭單元、激勵單元、信號處理單元和MCU主控單元以及輸出單元。其中所述激勵單元與所述探頭單元連接，激勵單元產生正弦波信號，對探頭單元激勵線圈加以角頻率為ω的正弦激勵電流，產生激勵磁場H_e；所述探頭單元通過所述信號處理單元連接，用于待測I_p測量轉換為激勵電流I_ex；所述信號處理單元與所述主控單元連接，通過采樣電阻R_s和運算放大器，將激勵電流I_ex轉換為電壓測量U_ex；所述主控單元MCU主要完成激勵單元頻率控制、檢波、數據處理功能，根據采樣的電壓U_ex計算出待測電流I_p；所述輸出單元為CAN總線接口，與所述主控單元連接，為傳感器和其他主控設備提供通信接口。

技術領域

本發明屬于直流大電流測量領域，尤其涉及一種基于脈沖幅度檢測法的磁通門數字式直流大電流傳感器。

背景技術

直流大電流測量在電力、電氣或電子設備中得到廣泛的應用,主要用于能量的管理、設備監控保護等功能。目前實現直流大電流測量的傳感器類型主要有：要包括直流分流器、霍爾電流傳感器、磁通門電流傳感器。

直流分流器，根據直流電流通過電阻時在電阻兩端產生電壓的原理制成，優點是高精度，響應速度快，成本低，缺點是，測量電路與被測電流沒有電隔離，存在安全隱患。電阻式分流器適用于低頻率小幅值的電流測量。

霍爾電流傳感器，按照霍爾效應原理制成，對安培定律加以應用，即在載流導體周圍產生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場，具有精度較高、線性較好、頻帶寬、響應快、過載能力強等諸多優點，它的缺點是測量精度不夠高，不能進行精密測量、霍爾元件受溫度影響大，溫漂大。

磁通門電流傳感器，是利用被測磁場中高導磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應強度與磁場強度的非線性關系來測量弱磁場的。這種物理現象對被測環境磁場來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應的磁通量即被調制，并產生感應電動勢。利用這種現象來測量電流所產生的磁場，從而間接的達到測量電流的目的。

磁通門電流傳感器精度高、線性好、頻帶寬、響應快、過載能力強、溫漂小、靈敏度高、無漏磁、無位置偏差等諸多優點。其缺點是電路設計復雜，對原材料要求高、成本較高。

磁通門電流傳感器作為直流大電流精密測量與反饋元件廣泛用于新能源電動汽車、充電樁、太陽能光伏發電、高鐵動車、智能電網、精密直流大電流測量儀、精密直流大電流源等工業、醫療以及精密測試、測量等領域。

但是，受國外核心技術壟斷，目前國內大量使用的精密磁通門電流傳感器幾乎全部依賴進口。基于自激振蕩磁通門技術以其電路結構簡單、靈敏度與激勵頻率和磁芯參數無關等諸多優點，是實現磁通門電流傳感器的主要方法。

隨著磁通門技術的成熟以及磁性原材料加工工藝的提高，特別是基于自激振蕩磁電路采用脈沖寬度檢測法和脈沖幅度檢測法的磁通門電流傳感器開始得到應用。

發明內容

為解決上述問題，本發明技術方案提供一種基于脈沖幅度檢測法的磁通門數字電流傳感器。

為實現上述目的，本技術方案如下：一種基于脈沖幅度檢測法的磁通門數字電流傳感器，包括探頭單元、激勵單元、信號處理單元、主控單元以及輸出單元；

其中所述探頭單元包括環形磁芯、纏繞在其上的激勵線圈和原邊感應線圈，用于將測量原邊電流Ip轉換為測量激勵線圈電流Is；

所述激勵單元與所述探頭單元連接，其包括開關MOS管和Mos橋式驅動電路，用于產生正弦波驅動信號為所述激勵線圈加以角頻率為ω的正弦激勵電流，并產生激勵磁場H_e；