[发明专利]一种闭环电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种闭环电流传感器。

背景技术

电流传感器广泛应用于新能源、智能交通、工业控制、智能家电以及智能电网等领域。常用的电流传感器分为开环式和闭环式两大类。开环式电流传感器是在被测导线周围设置一个带气隙的磁芯，磁性传感单元位于气隙中，由于电磁感应定律，磁芯产生感生电势，磁性传感单元可测量磁芯气隙处的磁场，后端可根据磁性传感单元的输出信号计算出被测电流的大小。开环式电流传感的工作方式为直接测量磁场，因此在大电流作用下，磁芯的会出现磁滞和饱和，影响测量精度。

为了克服上述问题，本领域技术人员采用闭环式电流传感器测量电流。和开环式电流传感器不同的是，闭环式电流传感器的磁芯上缠绕有补偿线圈，补偿线圈和磁性传感单元电连接，补偿线圈由磁性传感单元的输出电压供电，用以补偿被测电流产生的磁场，当达到磁平衡时，补偿电流产生的磁场和被测电流产生的磁场大致相同，因此磁芯通常工作在无磁通或磁通量很小的环境下，可以克服磁滞和饱和现象。后端可通过直接测量补偿线圈的电流大小计算出被测电流大小。

如图1所示，中国专利文献(CN 203259575 U)公开了一种闭环电流传感器，包括设有开口的聚磁环，待测电流流经的导线和补偿线圈分别绕制在聚磁环上，通过设置在聚磁环开口处的霍尔元件检测聚磁环内的磁场，当检测到有磁场时，控制产生补偿电流流经补偿线圈进而在聚磁环内产生与待测电流相反的磁场。

然而，一方面，上述闭环电流传感器中的聚磁环往往尺寸较大，使得闭环电流传感器的体积较大、重量较重；另一方面，作为磁芯的聚磁环的价格往往较高，使得闭环电流传感器的制作成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种闭环电流传感器，以解决现有闭环电流传感器体积较大、重量较重、制作成本较高的问题。

本发明实施例提供了一种闭环电流传感器，包括：至少一个补偿线圈，设置在待测电流所流经导线的预定位置处，用于产生与所述待测电流的磁场相反的补偿磁场；至少一个磁传感芯片，每个磁传感芯片设置在一个所述补偿线圈的腔管内，用于测量所述待测电流的磁场和所述补偿磁场的叠加磁场的强度；控制模块，用于根据所述磁传感芯片的输出信号输出预定大小的电流；所述控制模块的输入端与所述磁传感芯片的输出端连接，输出端与所述补偿线圈的一端连接；IV转换模块，其输入端与所述补偿线圈的另一端连接，其输出端作为所述闭环电流传感器的输出端；所述IV转换模块将所述补偿线圈的电流信号转换为电压信号。

可选地，所述至少一个补偿线圈包括至少两个补偿线圈，每个补偿线圈的腔管内设置一个磁传感芯片。

可选地，所述至少两个补偿线圈内腔中的磁传感芯片相对于所述待测电流所流经导线对称设置。

可选地，所述控制模块包括VI转换单元；所述VI转换单元包括：第一运算放大单元，其两个输入端分别与两个所述磁传感芯片的输出端连接，输出端与所述补偿线圈连接。

可选地，所述两个补偿线圈串联，串联后的一端与所述控制模块的输出端连接，串联后的另一端与所述IV转换模块的输入端连接。

可选地，所述IV转换模块包括：第二运算放大器，其第一输入端与所述补偿线圈的另一端连接，第二输入端连接参考电压，并且第一输入端与输出端之间连接有电阻。

可选地，所述磁传感芯片包括：第一串联支路，包括串联的第一磁电阻和第二磁电阻；第二串联支路，包括串联的第三磁电阻和第四磁电阻；所述第一串联支路与所述第二串联支路并联设置，并联后的两端连接电源；所述磁传感芯片还包括：第三运算放大单元，其第一输入端连接至所述第一磁电阻和所述第二磁电阻之间，其第二输入端连接至所述第三磁电阻和所述第四磁电阻之间；所述第三运算放大单元对两个输入端信号的差值进行放大。

可选地，所述第一磁电阻的一端与所述第三磁电阻的一端连接，所述第二磁电阻的一端与所述第四磁电阻的一端连接；所述第一磁电阻、所述第二磁电阻、所述第三磁电阻和所述第四磁电阻的初始阻值及磁敏感度均相等；并且，所述第一磁电阻与所述第四磁电阻的磁敏感方向相同，所述第二磁电阻与所述第三磁电阻的磁敏感方向相同。

可选地，所述闭环电流传感器还包括印制电路板，所述控制模块和/或所述IV转换模块设置于所述印制电路板上。

可选地，所述补偿线圈通过支架竖直固定在所述印制电路板平面上。