一种电流探头及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种电流探头及其控制方法，涉及电流测量技术领域。通过控制单元电路可以控制反馈系统电路，进行电流探头的自动频响校准；通过控制单元电路控制消磁信号产生电路，进行电流探头消磁控制；通过控制单元电路控制直流校准信号产生电路，进行电流探头的直流偏移调节；通过控制单元电路控制滤波器电路，进行电流探头的带宽控制；通过控制单元电路控制输出阻抗匹配电路，进行电流探头的直流精度调节。本发明专利技术可以解决电流探头的在生产完成后的各性能指标的检测和校准过程存在繁琐复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电流探头及其控制方法
本专利技术涉及电流测量
，尤其涉及一种电流探头及其控制方法。
技术介绍
当前，随着电子技术的发展，电流探头的应用已经十分广泛。电流探头的基本原理是流经导线的电流会在其导线周围产生磁场，通过传感器对磁场进行接收，转化成线性电压量。该线性电压量可以在示波器或其它测量仪器上进行显示和测量，从而达到对导线中的电流进行测量的目的。目前通过电流探头来进行导线电流测量的方式可以广泛应用于测量马达驱动、开关电源、功率逆变器/转换器、LCD显示器(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)、电子镇流器、放大器的稳态或瞬时电流、交通运输系统、移动通信、工业/消费电子产品和半导体设备等。现有技术的电流探头的简单原理框图如图1所示。现有技术的电流探头采用了变压器原理以及霍尔效应原理，通过该电流探头能够测量下至DC(直流电，DirectCurrent)的低频电流信号，以及高至高频电流信号。该电流探头由上磁芯101和下磁芯102组成闭合磁芯103。该电流探头还包括夹在下磁芯102截面上的霍尔传感器105，另外还包括信号放大器106、单刀双掷开关112、功率放大器111、反馈系统103、绕在下磁芯103上的线圈107、端接电阻109以及信号输出级运算放大器108。通过系统电源110给霍尔传感器105一个偏置电压，从而给霍尔传感器105感应部位加上磁通量，霍尔传感器105即可输出与其线性相关的霍尔电压参量。信号放大器106采集霍尔传感器105输出的霍尔电压参量。并通过单刀双掷开关112将信号放大器106输出的信号耦合到功率放大器111中，电流探头的磁头消磁信号也是通过单刀双掷开关112耦合到功率放大器111中，通过功率放大器111将信号放大后传输到线圈107，线圈107作为闭合磁芯103形成的变压器的次级绕组，而初级绕组就是被测导线104。线圈107的另一端接端接电阻109，同时接输出级运算放大器108，作为输出级。由于被测导体104周围会产生磁场，高磁导率的闭合磁芯103会将磁通束缚在磁芯中。当磁通垂直穿过被嵌在磁芯中的霍尔传感器105时，霍尔传感器105会输出霍尔电压参量，该霍尔电压参量被以差分的形式输入给信号放大器106，再通过单刀双掷开关112连通到功率放大器111。单刀双掷的开关112也可以选择消磁信号输入到功率放大器111。反馈系统113一般采用普通电阻反馈，以达到调节增益稳定系统的目的。功率放大器111将霍尔电压参量线性放大为电流量，驱动线圈107作为变压器的次级线圈。该电流在线圈中产生的磁通方向与被测导线在线圈中产生的磁通方向相反，在磁芯中这两种磁通大小相等，方向相反，相互抵消，此时被测导体中的电流与功率放大器111输出的电流具有一定的线性关系，功率放大器111输出的电流量通过输出级运算放大器108输出到示波器或者测量仪器中。通过测量功率放大器111输出的电流来测量被测导线中流过的电流，就是电流探头零磁通测量的原理。在进行上述现有技术的过程中，专利技术人发现在反复使用电流探头的过程中，闭合磁芯103的磁头容易产生剩磁，这将会给电流探头的测量引入额外的误差，使得测量结果产生偏差。对于用户来说为了使上述电流探头进行消磁，需要进行如下操作，首先需要将载流导体104从电流探头的闭合磁头103中移出来，然后电流探头电路通过控制单刀双掷开关112，将输入到功率放大器111的信号切换成消磁信号，对闭合磁芯103进行消磁。因此，单刀双掷开关112在这个过程中，就会显得尤为的关键。由于单刀双掷开关112的频繁切换，容易造成损坏，从而影响了对闭合磁芯103的消磁性能。另外，由于霍尔传感器105本身偏置电压的不对称，也会在没有被测导体的情况下有信号输出。这样子也会给电流探头测量带来一个直流偏移误差。现有技术是通过调节霍尔传感器的偏置电压来实现处理该直流偏移误差的。然而这种校正方法灵敏度要求较高，调节过程中容易出现反复的现象，总在零点左右很难调节到零点。另外，在工厂生产中，组装完成的电流探头需要进行一系列的性能指标的检测以及校准。其中检测的指标有：电流探头的直流精度的检测以及校准，带宽的检测以及控制，频带范围内的频响特性的检测以及校准等。而直流精度的检测与校准是通过输出端的固定电阻来实现的。带宽的检测与控制是通过滤波器来实现的。带宽范围内频响特性的检测以及校准，是通过调节功率放大器的反馈电路实现的。这些检测以及校准都是通过人工手动进行测量与校准的，严重影响了生产的效率。可见，现有技术的电流探头存在结构上的缺陷，容易造成电流探头的测量不准确的问题，同时电流探头的在生产完成后的各性能指标的检测和校准过程存在繁琐复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种电流探头及其控制方法，以解决现有技术的电流探头存在结构上的缺陷，容易造成电流探头的测量不准确的问题，同时电流探头的在生产完成后的各性能指标的检测和校准过程存在繁琐复杂的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电流探头，包括由上磁芯和下磁芯组成的闭合磁芯、霍尔传感器、差分放大器电路、运算放大器电路、反馈系统电路、第一并联端接电阻、信号输出电路和控制单元电路；所述霍尔传感器嵌入所述下磁芯的一边，且所述下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路的同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路的输出端连接至所述运算放大器电路的反相输入端；所述反馈系统电路连接于所述运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，所述次级绕组线圈的一端连接所述运算放大器电路的输出端，所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；所述第一并联端接电阻的另一端接地；所述控制单元电路连接所述反馈系统电路，以进行电流探头的自动频响校准。进一步的，所述电流探头还包括功率放大器电路和直流校准信号产生电路；所述功率放大器电路的反相输入端与所述运算放大器电路的输出端连接，所述功率放大器电路的输出端与所述次级绕组线圈的一端连接；所述直流校准信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接；所述控制单元电路还连接所述直流校准信号产生电路，以进行电流探头的直流偏移调节。进一步的，所述电流探头还包括消磁信号产生电路；所述消磁信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接；所述控制单元电路还连接所述消磁信号产生电路，以进行电流探头消磁控制。具体的，所述信号输出电路包括一输出级运算放大器电路；所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和所述输出级运算放大器电路的输入端；所述输出级运算放大器电路的输出端作为所述电流探头的测量输出端。具体的，所述霍尔传感器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第二输入端连接所述系统电源电路的供电输出端；所述第一输出端连接所述差分放大器电路的同相输入端，所述第二输出端连接所述差分放大器电路的反相输入端；所述差分放大器电路的输出端与所述运算放大器电路的反相输入端之间还设置有RC滤波电路；所述差分放大器电路的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流探头，其特征在于，包括由上磁芯和下磁芯组成的闭合磁芯、霍尔传感器、差分放大器电路、运算放大器电路、反馈系统电路、第一并联端接电阻、信号输出电路和控制单元电路；所述霍尔传感器嵌入所述下磁芯的一边，且所述下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路的同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路的输出端连接至所述运算放大器电路的反相输入端；所述反馈系统电路连接于所述运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，所述次级绕组线圈的一端连接所述运算放大器电路的输出端，所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；所述第一并联端接电阻的另一端接地；所述控制单元电路连接所述反馈系统电路，以进行电流探头的自动频响校准。

【技术特征摘要】
1.一种电流探头，其特征在于，包括由上磁芯和下磁芯组成的闭合磁芯、霍尔传感器、差分放大器电路、运算放大器电路、反馈系统电路、第一并联端接电阻、信号输出电路和控制单元电路；所述霍尔传感器嵌入所述下磁芯的一边，且所述下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路的同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路的输出端连接至所述运算放大器电路的反相输入端；所述反馈系统电路连接于所述运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，所述次级绕组线圈的一端连接所述运算放大器电路的输出端，所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；所述第一并联端接电阻的另一端接地；所述控制单元电路连接所述反馈系统电路，以进行电流探头的自动频响校准。2.根据权利要求1所述的电流探头，其特征在于，所述电流探头还包括功率放大器电路和直流校准信号产生电路；所述功率放大器电路的反相输入端与所述运算放大器电路的输出端连接，所述功率放大器电路的输出端与所述次级绕组线圈的一端连接；所述直流校准信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接；所述控制单元电路还连接所述直流校准信号产生电路，以进行电流探头的直流偏移调节。3.根据权利要求2所述的电流探头，其特征在于，所述电流探头还包括消磁信号产生电路；所述消磁信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接；所述控制单元电路还连接所述消磁信号产生电路，以进行电流探头消磁控制。4.根据权利要求2所述的电流探头，其特征在于，所述信号输出电路包括一输出级运算放大器电路；所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和所述输出级运算放大器电路的输入端；所述输出级运算放大器电路的输出端作为所述电流探头的测量输出端。5.根据权利要求3所述的电流探头，其特征在于，所述霍尔传感器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第二输入端连接所述系统电源电路的供电输出端；所述第一输出端连接所述差分放大器电路的同相输入端，所述第二输出端连接所述差分放大器电路的反相输入端；所述差分放大器电路的输出端与所述运算放大器电路的反相输入端之间还设置有RC滤波电路；所述差分放大器电路的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接运算放大器电路的反相输入端。6.根据权利要求5所述的电流探头，其特征在于，所述信号输出电路包括串联端接电阻、传输线缆、滤波器电路、输出阻抗匹配电路和高频连接器；所述串联端接电阻的一端与所述次级绕组线圈的另一端连接；所述串联端接电阻的另一端依次连接所述传输线缆、滤波器电路及高频连接器；所述滤波器电路与所述高频连接器的连接处连接所述输出阻抗匹配电路的一端，所述输出阻抗匹配电路的另一端接地；所述高频连接器用于与示波器的模拟前端连接；所述控制单元电路还分别与所述滤波器电路和输出阻抗匹配电路连接，以分别进行电流探头的带宽控制和电流探头的直流精度调节。7.根据权利要求6所述的电流探头，其特征在于，所述差分放大器电路包括一差分放大器芯片；所述差分放大器芯片包括反相输入端IN－、同相输入端IN+、第一电阻连接端Rg1、第二电阻连接端Rg2、电源正极连接端Vs+、电源负极连接端Vs﹣、输出端Vout和参考电压连接端REF；所述霍尔传感器的第一输出端连接所述反相输入端IN﹣；所述霍尔传感器的第二输出端连接所述同相输入端IN+；所述第一电阻连接端Rg1和第二电阻连接端Rg2通过一第一电阻连接；所述电源正极连接端Vs+加载有正12伏电压；所述电源负极连接端Vs﹣加载有负12伏电压；所述参考电压连接端REF接地；所述输出端Vout连接所述RC滤波电路的输入端。8.根据权利要求7所述的电流探头，其特征在于，所述反馈系统电路包括一第一数字可调电位器；所述第一数字可调电位器包括第一引脚连接端A1、第二引脚连接端A2、第三引脚连接端B1、第四引脚连接端B2、第五引脚连接端W1、第六引脚连接端W2、接地端GND、工作电压连接端VDD、双向数据连接线端SDA以及时钟连接线端SCL；所述接地端GND接地；所述工作电压连接端VDD加载有正5伏电压；所述双向数据连接线端SDA和时钟连接线端SCL通过I2C总线分别与所述控制单元电路的双向数据信号输出端和时钟信号输出端连接；所述第一引脚连接端A1和第五引脚连接端W1相连接；所述第二引脚连接端A2连接一第二电阻后加载有正12伏电压；所述第四引脚连接端B2连接一第三电阻后加载有负12伏电压。9.根据权利要求8所述的电流探头，其特征在于，所述运算放大器电路包括：运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第一电容；所述运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻与所述RC滤波电路的输出端连接；所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第五电阻的一端和第六电阻的一端；所述第五电阻的另一端作为所述运算放大器电路的同相输入端；所述第六电阻的另一端接地；所述运算放大器的输出端与运算放大器的反相输入端连接所述第一电容的两端；所述运算放大器的输出端还连接所述第一数字可调电位器的第三引脚连接端B1；所述运算放大器的反相输入端还连接所述第一数字可调电位器的第一引脚连接端A1。10.根据权利要求9所述的电流探头，其特征在于，所述功率放大器电路包括：功率放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻；所述功率放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述功率放大器的反相输入端通过所述第八电阻与所述运算放大器的输出端连接；所述功率放大器的同相输入端分别连接所述第九电阻的一端和第十电阻的一端；所述第九电阻的另一端作为所述功率放大器电路的同相输入端；所述第十电阻的另一端接地；所述功率放大器的输出端与功率放大器的反相输入端连接所述第七电阻的两端；所述功率放大器的输出端还连接所述次级绕组线圈的一端。11.根据权利要求10所述的电流探头，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宁强，王悦，王铁军，李维森，
申请(专利权)人：北京普源精电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11