一种磁通门电流传感器及电流测量方法技术

本发明专利技术属于电流检测技术领域，具体提供了一种磁通门电流传感器及电流测量方法，其中电流传感器包括磁探头和激励检测电路，磁探头包括激磁铁芯及激磁线圈，激磁线圈与激励检测电路连接；激励检测电路用于向激磁线圈输出交变的激磁电压，激励激磁线圈产生交变的激磁电流，并使激磁铁芯交变地达到饱和状态；激励检测电路还被构造用于将激磁线圈中流过的激磁电流，等效转换为和两个电流的差值，并通过差值等效电流求取流过激磁线圈的激磁电流平均值，进而通过激磁电流平均值求取一次待测电流的值。该方案能够消除所述电流传感器的零点漂移，从而提高电流传感器的小电流辨识度和测量精度。精度。精度。

A fluxgate current sensor and current measurement method

【技术实现步骤摘要】
一种磁通门电流传感器及电流测量方法


[0001]本专利技术涉及电流检测
，更具体地，涉及一种磁通门电流传感器及电流测量方法。

技术介绍

[0002]充电状态（SOC）在电动汽车（EV）和混合电动汽车（HEV）中是一个关键的测量功能。在驾驶过程中，电池要么通过驱动汽车来放电，要么通过制动或者充电将能量存储于电池中。在这些瞬态过程中，电池电压不能很好反映SOC状态——充放电过程中输送的电荷量。此时电池的精确监测就需要精准的电流测量技术。此外，要确保电池寿命，EV和HEV电池一般都不会被完全放电或者完全充满。如果汽车制造商需要为能量测量的精度留出余量，他们就必须不断提高安全余量。高精度电流传感器的出现使得汽车设计者们可以完全信任SOC的估值，从而可以减少汽车电池组的尺寸和重量。而对电池充放电过程中的电流进行监测的难点之一是测量精度要求高，电流传感器温漂、零漂要求小， 电流测量范围要求大。
[0003]目前，电动汽车上主要采用的霍尔电流传感器由于需要将磁芯断开安装霍尔芯片，因而灵敏度和解析度降低，检测精度不够高，并且零点漂移和温漂比较大，难以满足电动汽车电池包高精度电流检测的需求。采用磁通门技术的电流传感器具有精度高、温漂和零漂小的特点，但常规适合电池监控的单激磁铁芯的磁通门电流传感器具有有限的电流测量范围，很难对大电流和小电流同时进行准确测量。但在电动汽车电池充放电电流的监测中，通常要求电流传感器能够对几毫安到几百安甚至上千安电流都能进行准确测量，这就需要电流传感器对大电流进行准确测量的同时，提高小电流辨识度和测量精度。
[0004]此外，电动汽车、充电桩、电网等领域为保护人身安全和设备安全，需要对毫安级微小的直流剩余电流进行准确检测，现有的漏电流传感器同样存在小电流辨识度和测量精度不够高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的电动汽车电池充放电电流检测精度不够高，不能同时对大电流和小电流进行准确测量的技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种磁通门电流传感器，包括：磁探头和激励检测电路，所述磁探头包括激磁铁芯及激磁线圈，所述激磁线圈与所述激励检测电路连接；所述激励检测电路用于向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，激励所述激磁线圈产生交变的激磁电流，并使所述激磁铁芯交变地达到饱和状态；所述激励检测电路还被构造用于将所述激磁线圈中流过的激磁电流，等效转换为和两个电流的差值，并通过差值等效电流求取流过所述激磁线圈的激
磁电流平均值，进而通过激磁电流平均值求取一次待测电流的值，所述差值等效电流被构造用来消除所述电流传感器的零点漂移。
[0007]优选地，所述激磁铁芯是环形闭合的高磁导率的可饱和软磁铁芯，所述激磁铁芯用来承载一次待测直流电流产生的磁通以及所述激磁线圈中流过的激磁电流所产生的磁通，所述激磁线圈缠绕在所述激磁铁芯上，所述激磁线圈用于承载所述激励检测电路所构造的交变的激磁电压和激磁电流。
[0008]优选地，所述激励检测电路包括直流电压源Vdc、H桥电路和差值测量电阻，所述差值测量电阻包含Re1和Re2；所述的直流电压源Vdc为所述H桥电路提供供电电源，所述H桥电路包括4个开关器件，所述开关器件包括MOS管，所述MOS管内部自带续流二极管；其中，所述H桥电路的上桥臂由PNP型MOS管Q1和Q2 构成，下桥臂由NPN型MOS管Q3和Q4构成，所述下桥臂Q4的输出端与所述差值测量电阻Re1的正端连接, 所述下桥臂Q3的输出端与所述Re2的正端连接，所述Re1和Re2的负端与所述电流传感器的零电位参考点地连接。
[0009]优选地，所述激励检测电路向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，所述交变的激磁电压构造方法如下：控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通，所述开关器件Q1和Q4导通时，所述开关器件Q2和Q3关闭，所述开关器件Q1和Q4关闭时，所述开关器件Q2和Q3导通，从而在所述激磁线圈两端构造出正电压和负电压交变的激磁电压来激励所述激磁线圈。
[0010]优选地，控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通的控制方法如下：通过对所述激磁铁芯的磁性能参数和尺寸进行计算，得到使所述激磁铁芯充分饱和的电流阈值，在所述电流传感器的设计中，所述的电流阈值满足以下条件，，其中，为所述一次待测直流电流值，为所述激磁线圈Le的匝数；当所述Re1上通过的正向电流值达到所述电流阈值时，所述开关器件Q1和Q4关闭，所述开关器件Q2和Q3导通，当所述差值测量电阻Re2上通过的正向电流值达到所述电流阈值时，所述开关器件Q2和Q3关闭，所述开关器件Q1和Q4导通，从而通过所述Re1和Re2上流过正向电流的峰值来控制H桥电路中的4个开关器件两两交替导通。
[0011]优选地，所述差值等效电流的构造原理如下：4个所述开关器件两两交替导通，所述H桥上桥臂的1个开关器件与H桥下桥臂的1个开关器件同时导通，流过所述激磁线圈的激磁电流流过Re1和Re2形成电流回路；
所述开关器件Q1和Q4导通时，所述激磁电流流过所述Re1，此时定义所述激磁电流与所述Re1上的电流方向相同，所述开关器件Q2和Q3导通时，所述激磁电流流过所述Re2，此时所述激磁电流和所述Re2上的电流方向相反，所以所述激磁电流与所述差值等效电流相等，即。
[0012]优选地，所述电流传感器还包括运算放大器、ADC模数转换器和微处理器MCU；在通过所述差值等效电流求取所述激磁电流平均值的过程中，通过运算放大器进行增益调整，变成数字信号输出时，通过ADC模数转换器进行采样，通过微处理器MCU进行运算。
[0013]本专利技术提供了一种电流测量方法，所述系统用于实现磁通门电流传感器，包括以下步骤：S1、设计电流传感器，所述电流传感器包括磁探头和激励检测电路，所述磁探头包括激磁铁芯和激磁线圈，所述激磁线圈缠绕在所述激磁铁芯上，所述激磁线圈与所述激励检测电路连接；S2、控制所述激励检测电路向所述激磁线圈两端输出交变的激磁电压，激励所述激磁线圈内部流过交变的激磁电流，所述交变的激磁电流使所述激磁铁芯交变地达到饱和状态；S3、对流过所述Re1和Re2上的电流和做差值计算，得到与所述激磁电流等效的电流值；S4、求取所述激磁线圈的激磁电流平均值；S5、求取所述一次待测直流电流的值。
[0014]本专利技术提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现电流测量方法的步骤。
[0015]本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现电流测量方法的步骤。
[0016]有益效果：本专利技术提供的一种磁通门电流传感器及电流测量方法，其中电流传感器包括磁探头和激励检测电路，磁探头包括激磁铁芯及激磁线圈，激磁线圈与激励检测电路连接；激励检测电路用于向激磁线圈输出交变的激磁电压，激励激磁线圈产生交变的激磁电流，并使激磁铁芯交变地达到饱和状态；激励检测电路还被构造用于将所述激磁线圈中流过的激磁电流，等效转换为和两个电流的差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁通门电流传感器，其特征在于，包括：磁探头和激励检测电路，所述磁探头包括激磁铁芯及激磁线圈，所述激磁线圈与所述激励检测电路连接；所述激励检测电路用于向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，激励所述激磁线圈产生交变的激磁电流，并使所述激磁铁芯交变地达到饱和状态；所述激励检测电路还被构造用于将所述激磁线圈中流过的激磁电流，等效转换为和两个电流的差值，并通过差值等效电流求取流过所述激磁线圈的激磁电流平均值，进而通过激磁电流平均值求取一次待测电流的值，所述差值等效电流被构造用来消除所述电流传感器的零点漂移。2.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述激磁铁芯是环形闭合的高磁导率的可饱和软磁铁芯，所述激磁铁芯用来承载一次待测直流电流产生的磁通以及所述激磁线圈中流过的激磁电流所产生的磁通，所述激磁线圈缠绕在所述激磁铁芯上，所述激磁线圈用于承载所述激励检测电路所构造的交变的激磁电压和激磁电流。3.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述激励检测电路包括直流电压源Vdc、H桥电路和差值测量电阻，所述差值测量电阻包含Re1和Re2；所述的直流电压源Vdc为所述H桥电路提供供电电源，所述H桥电路包括4个开关器件，所述开关器件包括MOS管，所述MOS管内部自带续流二极管；其中，所述H桥电路的上桥臂由PNP型MOS管 Q1和Q2 构成，下桥臂由NPN型MOS管Q3和Q4构成，所述下桥臂Q4的输出端与所述差值测量电阻Re1的正端连接，所述下桥臂Q3的输出端与所述Re2的正端连接，所述Re1和Re2的负端与所述电流传感器的零电位参考点地连接。4.根据权利要求3所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述激励检测电路向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，所述交变的激磁电压构造方法如下：控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通，开关器件Q1和Q4导通时，开关器件Q2和Q3关闭，所述开关器件Q1和Q4关闭时，所述开关器件Q2和Q3导通，从而在所述激磁线圈两端构造出正电压和负电压交变的激磁电压来激励所述激磁线圈。5.根据权利要求3所述的磁通门电流传感器，其特征在于，控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通的控制方法如下：通过对所述激磁铁芯的磁性能参数和尺寸进行计算，得到使所述激磁铁芯充分饱和的电流阈值，在所述电流传感器的设计中，所述的电流阈值满足以下条件，，其中，为一次待测直流电流值，为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新良，万舟阳，丁永良，姚柏池，刘亮，叶春才，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：