一种开口式电流传感器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开口式电流传感器及其控制方法，包括闭环控制模块和激磁模块，所述激磁模块包括激磁振荡器、与激磁振荡器连接的激磁单元以及与激磁单元连接的直流偏磁检测单元，所述激磁模块采用磁通门技术，通过磁调制技术输出直流偏磁信号；所述激磁振荡器向所述激磁单元输出预设频率的交变电压信号，以激励所述激磁单元产生目标激励磁场，所述目标激励磁场用于对待测电路中的待测电流产生的直流偏置磁场进行检测，并通过所述直流偏磁检测单元输出与所述直流偏置磁场对应的直流偏磁信号，所述闭环控制模块与所述直流偏磁检测单元连接。本发明专利技术实现了对交流电流和直流电流的精密检测，提高了开口式电流传感器的电流检测精度。

An open current sensor and its control method

The invention discloses an open-ended current sensor and its control method, including a closed-loop control module and an excitation module. The excitation module comprises an excitation oscillator, an excitation unit connected with the excitation oscillator and a DC bias detection unit connected with the excitation unit. The excitation module adopts a fluxgate technique and passes through the excitation module. The magnetic modulation technique outputs a DC bias signal; the excitation oscillator outputs an alternating voltage signal with a preset frequency to the excitation unit to excite the excitation unit to generate a target excitation magnetic field, which is used to detect a DC bias magnetic field generated by the current to be measured in the circuit to be measured and passes through the excitation unit. The DC bias magnetic detection unit outputs a DC bias magnetic signal corresponding to the DC bias magnetic field, and the closed loop control module is connected with the DC bias magnetic detection unit. The invention realizes the accurate detection of alternating current and direct current, and improves the current detection accuracy of the open current sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种开口式电流传感器及其控制方法
本专利技术涉及电流检测
，尤其涉及一种开口式电流传感器及其控制方法。
技术介绍
电流传感器是一种能感知待测电流，将大电流或微电流转换成易于测量的小电流、电压信号并隔离输出模拟信号或数字信号的传感器。根据不同的应用场景需求，电流传感器有闭合式电流传感器和开口式电流传感器。闭合式电流传感器测量精度高，但安装不方便；开口式电流传感器可以带电操作，安装方便，但精度不高。目前，市场上的开口式电流传感器主要有霍尔电流传感器和罗科夫斯基线圈。霍尔传感器能够测量直流和交流电流，但由于零漂和温漂比较大，无法实现高精度测量。罗科夫斯基线圈安装简单，测量范围宽，但只能测量交流，对于低频率的电流信号不够敏感，对后级处理电路要求较高。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的无法实现高精度测量的技术问题，本专利技术提出了一种开口式电流传感器及其控制方法。本专利技术提出的一种开口式电流传感器，包括闭环控制模块和激磁模块，所述激磁模块包括激磁振荡器、与激磁振荡器连接的激磁单元以及与激磁单元连接的直流偏磁检测单元，所述激磁模块采用磁通门技术，通过磁调制技术输出直流偏磁信号；所述激磁振荡器向所述激磁单元输出预设频率的交变电压信号，以激励所述激磁单元产生目标激励磁场，所述目标激励磁场用于对待测电路中的待测电流产生的直流偏置磁场进行检测，并通过所述直流偏磁检测单元输出与所述直流偏置磁场对应的直流偏磁信号，所述闭环控制模块与所述直流偏磁检测单元连接。优选地，所述激磁单元包括第一激磁绕组N1、第二激磁绕组N2、第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2，所述第一激磁铁芯T1和第二激磁铁芯T2分别由两部分组成，第一部分激磁铁芯与第二部分激磁铁芯之间存在开口气隙；第一激磁绕组N1和第二激磁绕组N2分别缠绕第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2；所述激磁振荡器同时向第一激磁绕组N1和第二激磁绕组N2输出预设频率的交变电压信号，第一激磁绕组N1上的电压与第二激磁绕组N2上的电压信号大小相等，方向相反。优选地，所述闭环控制模块包括直流偏磁信号处理单元、交流磁通检测单元、交直流磁通补偿单元及电流检测单元，所述直流偏磁信号处理单元的输入端与所述直流偏磁检测单元连接，所述直流偏磁信号处理单元的输出端与所述交直流磁通补偿单元的第一输入端连接，所述交流磁通检测单元的输出端与所述交直流磁通补偿单元的第二输入端连接，所述交直流磁通补偿单元的输出端与所述电流检测单元连接。优选地，所述交流磁通检测单元包括交流磁通检测绕组N3、交流磁通检测铁芯T3及交流磁通信号处理单元，所述交流磁通检测铁芯T3由两部分组成，第一部分检测铁芯与第二部分检测铁芯之间存在开口气隙。优选地，所述直流偏磁信号处理单元包括第一电压处理单元和第一信号放大单元，所述第一电压处理单元的输入端为所述直流偏磁信号处理单元的输入端，所述第一电压处理单元的输出端与所述第一信号放大单元的输入端连接，所述第一信号放大单元的输出端为所述直流偏磁信号处理单元的输出端。优选地，所述交直流磁通补偿单元包括功率放大单元和比例补偿绕组N6，所述功率放大单元的第一输入端和第二输入端分别为交直流磁通补偿单元的第一输入端和第二输入端，功率放大单元的输出端与比例补偿绕组N6的同名端连接，所述比例补偿绕组N6的异名端为交直流磁通补偿单元的输出端，所述比例补偿绕组N6同时缠绕第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2及交流磁通检测铁芯T3。本专利技术还提出了一种开口式电流传感器的控制方法，其控制方法采用零磁通闭环控制技术，所述闭环控制模块对所述待测电流产生的交流磁场进行检测，并根据检测到的交流磁通信号生成交流磁通补偿信号；所述闭环控制模块还根据所述直流偏磁信号生成直流偏磁补偿信号，并根据所述交流磁通补偿信号和所述直流偏磁补偿信号生成目标交直流磁场补偿信号，且根据所述目标交直流磁场补偿信号在所述待测电路的周围产生交直流补偿磁场，所述交直流补偿磁场与所述直流偏置磁场和所述交流磁场相互叠加，叠加后的交直流叠加磁场穿过与其磁感线垂直的平面的磁通量为零。本专利技术的有益效果是：通过在开口式电流传感器中采用磁通门技术，通过磁调制技术输出直流偏磁信号，并在闭环控制模块采用零磁通闭环控制技术，根据检测到的交流磁通信号和激磁模块输出的直流偏磁信号产生交直流补偿磁场，交直流补偿磁场与穿过传感器电流所产生的直流磁场和交流磁场相互叠加后的交直流叠加磁场穿过与其磁感线垂直的平面的磁通量为零，从而实现了对交流电流和直流电流的精密检测，提高了开口式电流传感器的电流检测精度。附图说明图1是本专利技术提出的一种开口式电流传感器的的结构示意图；图2是本专利技术提出的一种开口式电流传感器及其控制方法的控制电路框图；图3是本专利技术提出的一种开口式电流传感器及其控制方法的控制电路分解图；图4是本专利技术提出的一种开口式电流传感器及其控制方法的控制电路具体结构图。图中：1闭环控制模块、2激磁模块、10直流偏磁信号处理单元、11交流磁通检测单元、12交直流磁通补偿单元、13电流检测单元、21激磁振荡器、22激磁单元、23直流偏磁检测单元、101第一电压处理单元、102第一信号放大单元、121功率放大单元。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例参照图1，一种开口式电流传感器100在结构上由闭环控制模块1及激磁模块2组成。激磁模块2由第一激磁铁芯T1、第二激磁铁芯T2、第一激磁绕组N1、第二激磁绕组N2以及激磁电路组成。其中，第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2分别由T11、T12及T21、T22两部分组成，T11与T12之间及T21与T22之间存在开口气隙D；第一激磁绕组N1和第二激磁绕组N2分别缠绕第一激磁铁芯第二部分T11和第二激磁铁芯第二部分T21。闭环控制模块1由交流磁通检测铁芯T3、交流磁通检测绕组N3及闭环控制电路组成。其中，交流磁通检测铁芯T3由两部分组成，第一部分交流磁通检测铁芯T31与第二部分交流磁通检测铁芯T32之间存在开口气隙D，交流磁通检测绕组N3缠绕第二部分交流磁通检测铁芯T31。外部待测电路中待测电流为Id，通过承载待测电流Id的导线流过电流传感器，载待测电流Id的导线从T1、T2、T3三个铁芯中间穿过。其中，Nd用于示意承载待测电流Id的导线对应的绕组，Wd为导线对应的绕组的匝数，通常取Wd为1匝。由于图1仅为展示一种开口式电流传感器100的结构，闭环控制模块1中的闭环控制电路及激磁模块2中的激磁电路在此不做详细介绍，具体电路设计请参考图2、图3及图4。参见图2，是本专利技术实施例提供的一种开口式电流传感器及其控制方法的控制电路框图。为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：一种开口式电流传感器100的闭环控制1，与电流传感器100中的激磁模块2连接，用于实现对待测电路中待测电流Id中的直流电流成分和交流电流成分的检测。其中，Nd用于示意承载待测电流Id的导线对应的绕组，待测电流Id流经导线时，在导线上所产生的磁动势为Id×Wd。其中，Wd为导线对应的绕组的匝数，通常取Wd为1匝。具体的，激磁模块2包括激磁振荡器21、与激磁振荡器21连接的激磁单元22以及与激磁单元22连接的直流偏磁检测单元23。激磁振荡器21向激磁单元22输出预设频率的交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开口式电流传感器，包括闭环控制模块（1）和激磁模块（2），其特征在于，所述激磁模块（2）包括激磁振荡器（21）、与激磁振荡器（21）连接的激磁单元（22）以及与激磁单元（22）连接的直流偏磁检测单元（23），所述激磁模块（2）采用磁通门技术，通过磁调制技术输出直流偏磁信号；所述激磁振荡器（21）向所述激磁单元（22）输出预设频率的交变电压信号，以激励所述激磁单元（22）产生目标激励磁场，所述目标激励磁场用于对待测电路中的待测电流产生的直流偏置磁场进行检测，并通过所述直流偏磁检测单元（23）输出与所述直流偏置磁场对应的直流偏磁信号，所述闭环控制模块（1）与所述直流偏磁检测单元（23）连接。

【技术特征摘要】
1.一种开口式电流传感器，包括闭环控制模块（1）和激磁模块（2），其特征在于，所述激磁模块（2）包括激磁振荡器（21）、与激磁振荡器（21）连接的激磁单元（22）以及与激磁单元（22）连接的直流偏磁检测单元（23），所述激磁模块（2）采用磁通门技术，通过磁调制技术输出直流偏磁信号；所述激磁振荡器（21）向所述激磁单元（22）输出预设频率的交变电压信号，以激励所述激磁单元（22）产生目标激励磁场，所述目标激励磁场用于对待测电路中的待测电流产生的直流偏置磁场进行检测，并通过所述直流偏磁检测单元（23）输出与所述直流偏置磁场对应的直流偏磁信号，所述闭环控制模块（1）与所述直流偏磁检测单元（23）连接。2.根据权利要求1所述的一种开口式电流传感器，其特征在于，所述激磁单元（22）包括第一激磁绕组N1、第二激磁绕组N2、第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2，所述第一激磁铁芯T1和第二激磁铁芯T2分别由两部分组成，第一部分激磁铁芯与第二部分激磁铁芯之间存在开口气隙；第一激磁绕组N1和第二激磁绕组N2分别缠绕第一激磁铁芯T1及第二激磁铁芯T2；所述激磁振荡器（21）同时向第一激磁绕组N1和第二激磁绕组N2输出预设频率的交变电压信号，第一激磁绕组N1上的电压与第二激磁绕组N2上的电压信号大小相等，方向相反。3.根据权利要求1所述的一种开口式电流传感器，其特征在于，所述闭环控制模块（1）包括直流偏磁信号处理单元（10）、交流磁通检测单元（11）、交直流磁通补偿单元（12）及电流检测单元（13），所述直流偏磁信号处理单元（10）的输入端与所述直流偏磁检测单元（23）连接，所述直流偏磁信号处理单元（10）的输出端与所述交直流磁通补偿单元（12）的第一输入端连接，所述交流磁通检测单元（11）的输出端与所述交直流磁通补偿单元（12）的第二输入端连接，所述交直流磁通补偿单元（12）的输出端与所述电流检测单元（13）连接。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新良，董舫，丁永良，万舟阳，付伟，
申请(专利权)人：深圳市航智精密电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44