闭环式电流传感器制造技术

闭环式电流传感器，包括：一对可开合的铁芯、绕制于铁芯外的二次反馈线圈、磁阻传感单元及信号处理电路；铁芯外包覆有多铁材料薄膜，磁阻传感单元设置于铁芯形成的磁路的空隙间隙处；信号处理单元包括信号采集电路、信号放大电路、电流反馈电路、电压跟随电路及电压反馈电路；信号采集电路与磁阻传感单元的输出端相连，并将电压信号传送至信号放大电路，信号放大电路有两路输出，一路输出至电流反馈电路，另一路输出至电压跟随电路；电流反馈电流的输出端与二次反馈线圈的一端相连，二次反馈线圈的另一端与二次电阻相连；电压跟随电路的输出端与电压反馈电路相连，电压反馈电路的输出端连接于多铁材料薄膜上。本发明专利技术的传感器可实现低功耗。

Closed loop current sensor

【技术实现步骤摘要】
闭环式电流传感器
本专利技术属于电流测量
，尤指涉及一种开合结构的闭环式电流传感器。
技术介绍
开合式零磁通闭环电流传感器由于其安装的便利性、较高的测量精度和使用的可靠性，在电流测量领域被广泛使用。传统的开合式零磁通闭环电流传感器基于零磁通原理(互感器原理)，测量时，二次电流按照I1N1＝I2N2的安匝比公式，对一次被测电流产生的磁场进行抵消，从而在铁芯内产生零磁通状态。由于闭环电流传感器需要给二次线圈提供电流反馈，而功耗＝反馈电流*供电电压，当反馈电流越大时，功耗越大，如何降低闭环电流传感器的功耗是业内亟待解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低功耗的闭环式电流传感器。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：闭环式电流传感器，包括：一对可开合的铁芯、绕制于所述铁芯外的二次反馈线圈、磁阻传感单元以及信号处理电路；所述铁芯外包覆有多铁材料薄膜，所述磁阻传感单元设置于所述铁芯形成的磁路的空隙间隙处；所述信号处理单元包括信号采集电路、信号放大电路、电流反馈电路、电压跟随电路以及电压反馈电路；其中，所述信号采集电路与所述磁阻传感单元的输出端相连，并将采集到的电压信号传送至所述信号放大电路，所述信号放大电路的输出端具有两路输出，一路输出至所述电流反馈电路，另一路输出至所述电压跟随电路；所述电流反馈电流的输出端与所述二次反馈线圈的一端相连，所述二次反馈线圈的另一端与二次电阻相连；所述电压跟随电路的输出端与所述电压反馈电路相连，所述电压反馈电路的输出端连接于所述多铁材料薄膜上。更具体的，所述磁阻传感单元为TMR单元或GMR单元或AMR单元或霍尔元件。更具体的，所述多铁材料薄膜包括由磁性材料形成的铁磁层和由压电材料形成的压电层。更具体的，所述磁性材料的初始磁导率大于1000且磁致伸缩系数大于10ppm。更具体的，所述磁性材料为Ni或Fe或Co或其合金。更具体的，所述压电材料的电致伸缩系数大于500ppm。更具体的，所述压电材料为PZT或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO2。更具体的，所述多铁材料薄膜包括：基底、形成于所述基底上的第一导电层、形成于所述第一导电层上的压电层和铁磁层、形成于所述铁磁层上的绝缘层、形成于所述绝缘层上的第二导电层，所述第一导电层和所述第二导电层分别形成有和所述电压反馈电路相连的上电极和下电极。更具体的，所述信号采集电路包括第一放大器，所述第一放大器的反相输入端和同相输入端分别经电阻与所述磁阻传感单元的两个输出端相连，第一放大器的反相输入端同时经电阻和第一放大器的输出端相连，同相输出端同时经电阻与第一放大器的输出端相连，同相输出端还经电阻接地，第一放大器的输出端与所述信号放大电路的输入端相连。更具体的，所述信号放大电路包括第二放大器，所述第二放大器的同相输入端经电阻和所述信号采集电路的输出端相连，反相输入端经电阻接地、并同时经电阻与所述第二放大器的输出端相连，所述第二放大器的输出端分别与所述电流反馈电路及所述电压跟随电路相连。更具体的，所述电流反馈电路包括第三放大器，所述第三放大器的同相输入端经电阻接地，反相输入端经电阻与所述信号放大电路的输出端相连、并同时经电容及电阻与所述第三放大器的输出端相连，所述第三放大器的输出端与所述二次反馈线圈相连。更具体的，所述电压跟随电路包括第四放大器，所述第四放大器的同相输入端与所述第二放大器的输出端相连，反向输入端与第四放大器的输出端相连，所述第四放大器的输出端与电压反馈电路的输入端相连。更具体的，所述电压反馈电路包括第五放大器，所述第五放大器的同相输入端通过电阻与所述电压跟随电路的输出端相连，反相输入端经电阻接地，反相输入端同时经电阻与第五放大器的输出端相连，第五放大器的输出端与多铁材料薄膜相连。可替换的，所述磁阻传感单元替换为RC调制电路。由以上技术方案可知，本专利技术在电流传感器的铁芯外包覆一层多铁材料薄膜，利用多铁材料的特性，将部分电压信号隔离提出来加载在多铁材料薄膜上，通过改变多铁材料薄膜的磁导率来改变铁芯内的磁通量，从而在不影响传感器精度的情况下，降低零磁通传感器的功耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的结构示意图；图2为多铁材料的磁电效应示意图；图3a至图3e为本专利技术实施例多铁材料薄膜的制备过程示意图；图4为现有技术RC调制电路的基础电路图。具体实施方式为了让本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本专利技术实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。如图1所示，本实施例的电流传感器包括一对可开合的铁芯1，两个铁芯1相对布置，形成环形的磁路，铁芯1可为硅钢片、坡莫合金、纳米晶等常规的磁性材料制成的磁芯。铁芯1外包覆有一层多铁材料薄膜(未图示)，多铁材料薄膜由多铁材料。包覆有多铁材料薄膜的铁芯1设置于绝缘副壳(未图示)内，并在绝缘副壳外用绝缘漆包线绕制形成二次反馈线圈2，二次反馈线圈2的一端连接二次电阻R13，另一端与后端的信号处理单元(电流反馈电路C)相连，二次电阻R13的另一端接地。在由铁芯1构成的磁路的空气间隙a内设置有磁阻传感单元3，磁阻传感单元3可为TMR单元、GMR单元、AMR单元或霍尔元件等，本实施例的磁阻传感单元为TMR芯片，磁阻传感单元3的输出端与信号处理单元相连。本实施例的磁阻传感单元3为电流传感器的调制解调模块，用于对一次被测电流进行调制和解调。在其他的实施例中，调制解调电路也可以采用RC调制电路(图4)等传统磁调制式的电路，即并不一定由磁阻传感单元3完成。本实施例的信号处理单元包括信号采集电路A、信号放大电路B、电流反馈电路C、电压跟随电路D以及电压反馈电路E。其中，信号采集电路A与磁阻传感单元3相连，用于对磁阻传感单元3输出的电压信号进行采集。本实施例的信号采集电路包括第一放大器U1A，第一放大器U1A为差分放大器，其反相输入端经电阻R1与磁阻传感单元3的一个输出端相连，同相输入端经电阻R3与磁阻传感单元3的另一个输出端相连，第一放大器U1A的反相输入端同时经电阻R2和第一放大器U1A的输出端相连，同相输出端同时经电阻R4与第一放大器U1A的输出端相连，同相输出端还经电阻R5接地。第一放大器U1A(信号采集电路)的输出端与信号放大电路B的输入端相连。信号放大电路B包括第二放大器U1B，用于对采集的电压信号进行放大。第二放大器U1B的同相输入端经电阻R7和信号采集电路(第一放大器)的输出端相连，反相输入端经电阻R8接地，反相输入端同时经电阻R9与第二放大器U1B的输出端相连，第二放大器U1B的输出端，即信号放大电路B的输出端有两路输出，一路输出至电流反馈电路C，另一路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.闭环式电流传感器，包括：一对可开合的铁芯、绕制于所述铁芯外的二次反馈线圈、磁阻传感单元以及信号处理电路；/n其特征在于：/n所述铁芯外包覆有多铁材料薄膜，所述磁阻传感单元设置于所述铁芯形成的磁路的空隙间隙处；/n所述信号处理单元包括信号采集电路、信号放大电路、电流反馈电路、电压跟随电路以及电压反馈电路；其中，所述信号采集电路与所述磁阻传感单元的输出端相连，并将采集到的电压信号传送至所述信号放大电路，所述信号放大电路的输出端具有两路输出，一路输出至所述电流反馈电路，另一路输出至所述电压跟随电路；所述电流反馈电流的输出端与所述二次反馈线圈的一端相连，所述二次反馈线圈的另一端与二次电阻相连；所述电压跟随电路的输出端与所述电压反馈电路相连，所述电压反馈电路的输出端连接于所述多铁材料薄膜上。/n

【技术特征摘要】
1.闭环式电流传感器，包括：一对可开合的铁芯、绕制于所述铁芯外的二次反馈线圈、磁阻传感单元以及信号处理电路；
其特征在于：
所述铁芯外包覆有多铁材料薄膜，所述磁阻传感单元设置于所述铁芯形成的磁路的空隙间隙处；
所述信号处理单元包括信号采集电路、信号放大电路、电流反馈电路、电压跟随电路以及电压反馈电路；其中，所述信号采集电路与所述磁阻传感单元的输出端相连，并将采集到的电压信号传送至所述信号放大电路，所述信号放大电路的输出端具有两路输出，一路输出至所述电流反馈电路，另一路输出至所述电压跟随电路；所述电流反馈电流的输出端与所述二次反馈线圈的一端相连，所述二次反馈线圈的另一端与二次电阻相连；所述电压跟随电路的输出端与所述电压反馈电路相连，所述电压反馈电路的输出端连接于所述多铁材料薄膜上。


2.如权利要求1所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述磁阻传感单元为TMR单元或GMR单元或AMR单元或霍尔元件。


3.如权利要求1所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述多铁材料薄膜包括由磁性材料形成的铁磁层和由压电材料形成的压电层。


4.如权利要求3所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述磁性材料的初始磁导率大于1000且磁致伸缩系数大于10ppm。


5.如权利要求3或4所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述磁性材料为Ni或Fe或Co或其合金。


6.如权利要求3所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述压电材料的电致伸缩系数大于500ppm。


7.如权利要求3或6所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述压电材料为PZT或PZN-PT或PMN-PT或AlN或HfO2。


8.如权利要求3所述的闭环式电流传感器，其特征在于：所述多铁材料薄膜包括：基底、形成于所述基底上的第一导电层、形成于所述第一导电层上的压电层和铁磁层、形成于所述铁磁层上的绝缘层、形...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家训，范群国，陈荣，白咪，罗耀龙，郑若麟，
申请(专利权)人：珠海多创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44