TMR电流传感器及电流检测方法技术

本发明专利技术公开了一种TMR电流传感器，包括：被测电流导线、两个TMR敏感元和差分放大电路。两个TMR敏感元的感应方向相同，当存在外部干扰磁场时，两个TMR敏感元会产生同相信号，将两个TMR敏感元的输出电压信号进行差分处理后，两个同相的外部干扰信号会抵消，实现对外部干扰磁场的屏蔽。本发明专利技术还公开了一种采用TMR电流传感器的电流检测方法。本发明专利技术通过较小的体积就能实现对较大磁场干扰的屏蔽，能够减少传感器的体积和成本；本发明专利技术仅通过调节TMR敏感元的敏感度或TMR敏感元之间的距离就能实现信噪比的调节，信噪比调节简单方便，作用更明显，效率更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流传感器，特别是涉及一种隧道磁阻效应（TMR）电流传感器，本专利技术还涉及一种采用TMR电流传感器的电流检测方法。
技术介绍
TMR技术是最新的磁传感技术，其灵敏度远高于Hall效应（霍尔效应）等技术。TMR效应是指在由第一铁磁金属、绝缘层和第二铁磁金属组成的叠层结构中，从第一铁磁金属到第二铁磁金属之间的电阻和第一铁磁金属和第二铁磁金属之间的磁化取向有关，当第一铁磁金属和第二铁磁金属之间的磁化取向平行排列时，从第一铁磁金属到第二铁磁金属之间的电阻较低；当第一铁磁金属和第二铁磁金属之间的磁化取向反平行排列时，从第一铁磁金属到第二铁磁金属之间的电阻较高。当把第一铁磁金属和第二铁磁金属之中的一个设定为磁化取向固定的参考铁磁层、而另一个设定为磁化取向可以随外部磁场自由变化的自由铁磁层后，通过外界的磁场的改变可以改变第一铁磁金属和第二铁磁金属之间的电阻。TMR电流传感器就是采用包括上述参考铁磁层和自由铁磁层的TMR敏感元来实现磁场的感应。由于电流可以产生磁场，所以当TMR电流传感器的TMR敏感元放置在电流导线附件产生的磁场中时，就能对该磁场进行检测并通过所检测的磁场值得到导线流过的电流大小。相对于现有的利用Hall电流传感器，TMR电流传感器不需要采用大尺寸的软磁材料或多匝线圈的方式聚磁，可以实现更小尺寸，更低成本的电流传感器。由于TMR的高灵敏度，使电流传感器也很容易受到外部磁场的干扰。参考目前应用最广泛的Hall电流传感器，通常通过外加磁屏蔽和增加被测电流匝数的方式来提高其信噪比；其中外加磁屏蔽是用来减小外部磁场影响，效果取决于屏蔽材料及厚度；增加被测电流匝数是用来增加信号磁场，效果取决于电流匝数。所以采用上述提高其信噪比的方法要达到理想的结果都必须大幅增加传感器的尺寸与成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种TMR电流传感器，通过较小的体积就能实现对较大磁场干扰的屏蔽，能够减少传感器的体积和成本，信噪比调节简单方便、效率高。为此，本专利技术还提供一种采用TMR电流传感器的电流检测方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的TMR电流传感器包括：被测电流导线、第一TMR敏感元、第二TMR敏感元以及差分放大电路。所述被测电流导线为一直线结构。所述第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的位置处、且所述第一TMR敏感元感应方向和所述被测电流导线的电流方向垂直，所述第一TMR敏感元用于对所述被测电流导线的电流产生的磁场进行感应并产生第一输出电压。所述第二TMR敏感元设置于远离所述被测电流导线的位置处、且该位置处所述被测电流导线的电流产生的磁场要比所述第一TMR敏感元位置处的所述被测电流导线的电流产生的磁场小10倍以上；所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的感应方向相同，所述第二TMR敏感元用于对外部干扰磁场进行感应并产生第二输出电压。所述第一输出电压和所述第二输出电压都输入到所述差分放大电路中，所述差分放大电路输出去除了外部干扰磁场的测试信号。进一步的改进是，所述TMR电流传感器还包括一个用于调节所述第二TMR敏感元的灵敏度的运算放大器电路，通过调节所述第二TMR敏感元的灵敏度使所述第一输出电压中的外部干扰磁场产生的第一外部干扰信号和所述第二输出电压中的外部干扰磁场产生的第二外部干扰信号的值接近来提高所述测试信号的信噪比。为解决上述技术问题，本专利技术提供的TMR电流传感器包括：被测电流导线、第一TMR敏感元、第二TMR敏感元以及差分放大电路。所述被测电流导线为一U型结构；所述被测电流导线的U型结构的第一直线端和第二直线端之间的距离为5毫米～20毫米。所述第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的U型的第一直线端的位置处、且所述第一TMR敏感元感应方向和所述被测电流导线的U型的第一直线端的电流方向垂直，所述第一TMR敏感元用于对所述被测电流导线的U型的第一直线端的电流产生的磁场进行感应并产生第一输出电压。所述第二TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的U型的第二直线端的位置处、且所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的感应方向相同，所述第二TMR敏感元用于对所述被测电流导线的U型的第二直线端的电流产生的磁场进行感应并产生第二输出电压。所述第一输出电压和所述第二输出电压都输入到所述差分放大电路中，所述差分放大电路输出去除了外部干扰磁场的测试信号。进一步的改进是，所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元之间的距离能够调节，所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的之间的距离越接近，所述第一输出电压中的外部干扰磁场产生的第一外部干扰信号和所述第二输出电压中的外部干扰磁场产生的第二外部干扰信号的值也越接近，所述测试信号的信噪比越高。进一步的改进是，所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元之间的距离的调节范围为1毫米～20毫米。为解决上述技术问题，本专利技术提供的采用TMR电流传感器的电流检测方法包括如下步骤：步骤一、被测电流导线为一直线结构，将第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的位置处、且所述第一TMR敏感元感应方向和所述被测电流导线的电流方向垂直；用所述第一TMR敏感元对所述被测电流导线的电流产生的磁场进行感应并产生第一输出电压。步骤二、所述第二TMR敏感元设置于远离所述被测电流导线的位置处、且该位置处所述被测电流导线的电流产生的磁场要比所述第一TMR敏感元位置处的所述被测电流导线的电流产生的磁场小10倍以上；所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的感应方向相同，所述第二TMR敏感元对外部干扰磁场进行感应并产生第二输出电压。步骤三、所述第一输出电压和所述第二输出电压都输入到所述差分放大电路中进行差分运算并输出去除了外部干扰磁场的测试信号。进一步的改进是，步骤二中还包括通过对所述TMR电流传感器的一个运算放大器电路的调节来对所述第二TMR敏感元的敏感度进行调节的步骤，通过调节所述第二TMR敏感元的灵敏度使所述第一输出电压中的外部干扰磁场产生的第一外部干扰信号和所述第二输出电压中的外部干扰磁场产生的第二外部干扰信号的值接近来提高所述测试信号的信噪比。为解决上述技术问题，本专利技术提供的采用TMR电流传感器的电流检测方法包括如下步骤：步骤一、被测电流导线为一U型结构，所述被测电流导线的U型结构的第一直线端和第二直线端之间的距离为5毫米～20毫米；将所述第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TMR电流传感器，其特征在于，包括：被测电流导线、第一TMR敏感元、
第二TMR敏感元以及差分放大电路；
所述被测电流导线为一直线结构；
所述第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的位置处、且所述第一TMR敏
感元感应方向和所述被测电流导线的电流方向垂直，所述第一TMR敏感元用于对所述
被测电流导线的电流产生的磁场进行感应并产生第一输出电压；
所述第二TMR敏感元设置于远离所述被测电流导线的位置处、且该位置处所述被
测电流导线的电流产生的磁场要比所述第一TMR敏感元位置处的所述被测电流导线的
电流产生的磁场小10倍以上；所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的感应方
向相同，所述第二TMR敏感元用于对外部干扰磁场进行感应并产生第二输出电压；
所述第一输出电压和所述第二输出电压都输入到所述差分放大电路中，所述差分
放大电路输出去除了外部干扰磁场的测试信号。
2.如权利要求1所述的TMR电流传感器，其特征在于：所述TMR电流传感器还
包括一个用于调节所述第二TMR敏感元的灵敏度的运算放大器电路，通过调节所述第
二TMR敏感元的灵敏度使所述第一输出电压中的外部干扰磁场产生的第一外部干扰信
号和所述第二输出电压中的外部干扰磁场产生的第二外部干扰信号的值接近来提高
所述测试信号的信噪比。
3.一种TMR电流传感器，其特征在于，包括：被测电流导线、第一TMR敏感元、
第二TMR敏感元以及差分放大电路；
所述被测电流导线为一U型结构；所述被测电流导线的U型结构的第一直线端和
第二直线端之间的距离为5毫米～20毫米；
所述第一TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的U型的第一直线端的位置
处、且所述第一TMR敏感元感应方向和所述被测电流导线的U型的第一直线端的电流
方向垂直，所述第一TMR敏感元用于对所述被测电流导线的U型的第一直线端的电流
产生的磁场进行感应并产生第一输出电压；
所述第二TMR敏感元设置于靠近所述被测电流导线的U型的第二直线端的位置
处、且所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感元的感应方向相同，所述第二TMR敏
感元用于对所述被测电流导线的U型的第二直线端的电流产生的磁场进行感应并产生

\t第二输出电压；
所述第一输出电压和所述第二输出电压都输入到所述差分放大电路中，所述差分
放大电路输出去除了外部干扰磁场的测试信号。
4.如权利要求3所述的TMR电流传感器，其特征在于：所述第一TMR敏感元和
所述第二TMR敏感元之间的距离能够调节，所述第一TMR敏感元和所述第二TMR敏感
元的之间的距离越接近，所述第一输出电压中的外部干扰磁场产生的第一外部干扰信
号和所述第二输出电压中的外部干扰磁场产生的第二外部干扰信号的值也越接近，所
述测试信号的信噪比越高。
5.如权利要求4所述的TMR电流传感器，其特征在于：所述第一TMR敏感元和
所述第二TMR敏感元之间的距离的调节范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑律，赵伟军，陈雁，卢友林，
申请(专利权)人：郑律，赵伟军，陈雁，卢友林，
类型：发明
国别省市：