本公開涉及電力系統(tǒng)電流測(cè)量，具體涉及一種高精度電流傳感器及其設(shè)計(jì)方法和裝置、電路結(jié)構(gòu)及芯片。

背景技術(shù)：

1、在面向電力系統(tǒng)中電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”廣域、分布式全景信息感知的需求時(shí)，為強(qiáng)化電力系統(tǒng)的可觀、可測(cè)、可控能力，需要在復(fù)雜工況下提供交直流磁場(chǎng)及電流信號(hào)的高精度感知測(cè)量能力，從而為電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠供電提供重要保障。

2、隧穿磁阻(tunnel?magneto?resistance，tmr)作為目前最新一代基于磁阻效應(yīng)的磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，相比傳統(tǒng)的霍爾器件、各向異性磁阻器件以及巨磁阻器件擁有更高的靈敏度，在電力系統(tǒng)電流測(cè)量領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。具體是在電流傳感器中將tmr器件作為磁敏感元件實(shí)現(xiàn)tmr電流傳感器，該tmr電流傳感器采用開環(huán)技術(shù)或者閉環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次側(cè)電流(即待測(cè)電流)的測(cè)量。

3、但是，由于tmr器件存在著零偏、溫漂和磁滯的問題，導(dǎo)致tmr電流傳感器不能滿足高精度和小電流測(cè)量的需求，如圖1所示。為了解決上述問題，一般可是采用調(diào)理芯片(例如溫度補(bǔ)償模塊、偏置調(diào)零模塊)對(duì)tmr器件的溫漂和零偏進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高電流測(cè)量精度，但是這種常規(guī)的補(bǔ)償方式是需要提前測(cè)試tmr器件的性能，利用相應(yīng)的算法進(jìn)行補(bǔ)償，此方法的弊端是需要對(duì)每一個(gè)出廠的tmr器件進(jìn)行性能測(cè)試，不適合大規(guī)模量產(chǎn)。除此之外，磁滯一般沒有辦法進(jìn)行補(bǔ)償，這也是導(dǎo)致采用tmr器件很難進(jìn)行微小電流檢測(cè)的原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決相關(guān)技術(shù)中的問題，本公開實(shí)施例提供一種高精度電流傳感器及其設(shè)計(jì)方法和裝置、電路結(jié)構(gòu)及芯片。

2、第一方面，本公開實(shí)施例中提供了一種高精度電流傳感器，包括：磁敏感單元，所述磁敏感單元包括：輸入端、輸出端、tmr惠斯通電橋和精密電阻惠斯通電橋；

3、所述tmr惠斯通電橋包括：第一tmr單元、第二tmr單元、第三tmr單元、第四tmr單元，所述第一tmr單元、所述第二tmr單元、所述第三tmr單元、所述第四tmr單元連接以構(gòu)成所述tmr惠斯通電橋的橋臂；

4、所述精密電阻惠斯通電橋包括：阻值相同的第一精密電阻、第二精密電阻、第三精密電阻、第四精密電阻，所述第一精密電阻、所述第二精密電阻、所述第三精密電阻、所述第四精密電阻連接以構(gòu)成所述精密電阻惠斯通電橋的橋臂；

5、其中，所述tmr惠斯通電橋和所述精密電阻惠斯通電橋連接，使得所述第一精密電阻并聯(lián)在所述第一tmr單元的兩端，所述第二精密電阻并聯(lián)在所述第二tmr單元的兩端，所述第三精密電阻并聯(lián)在所述第三tmr單元的兩端，所述第四精密電阻并聯(lián)在所述第四tmr單元的兩端，所述tmr惠斯通電橋和所述精密電阻惠斯通電橋具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；

6、所述電橋輸入端連接所述輸入端后與電源相連接，所述電橋輸出端連接所述輸出端；所述精密電阻的阻值小于所述tmr單元的阻值。

7、根據(jù)本公開的實(shí)施例，還包括：磁芯、線圈、信號(hào)處理電路和負(fù)載電阻；

8、所述線圈纏繞所述磁芯，所述磁敏感單元設(shè)置在所述磁芯的開口氣隙中，所述磁敏感單元的輸出端連接所述信號(hào)處理電路的輸入端，所述信號(hào)處理電路的輸出端連接所述線圈的第一接線端，所述線圈的第二接線端連接所述負(fù)載電阻的一端，所述負(fù)載電阻的另一端連接參考電位。

9、根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述信號(hào)處理電路包括運(yùn)算放大器和功率放大器；所述磁敏感單元的輸出端連接所述運(yùn)算放大器的輸入端，所述運(yùn)算放大器的輸出端連接所述功率放大器的輸入端，所述功率放大器的輸出端連接所述線圈的第一接線端。

10、根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述精密電阻的阻值與所述tmr單元的阻值的比值為設(shè)定比值范圍。

11、根據(jù)本公開的實(shí)施例，在所述tmr惠斯通電橋中，相鄰橋臂上的tmr單元的敏感方向相反。

12、根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述精密電阻包括以下任意一種：阱電阻、擴(kuò)散電阻、多晶硅電阻、薄膜電阻、金屬膜電阻。

13、第二方面，本公開實(shí)施例中提供了一種高精度電流傳感器的設(shè)計(jì)方法，所述方法應(yīng)用于印刷電路板pcb設(shè)計(jì)工具中，包括：

14、連接4個(gè)阻值相同的精密電阻模塊以構(gòu)成精密電阻惠斯通電橋模塊；

15、獲取tmr惠斯通電橋模塊，所述tmr惠斯通電橋模塊包括4個(gè)tmr單元模塊；

16、連接所述精密電阻惠斯通電橋模塊和所述tmr惠斯通電橋模塊以獲取磁敏感單元模塊，在所述磁敏感單元模塊中，第一精密電阻模塊并聯(lián)在第一tmr單元模塊的兩端，第二精密電阻模塊并聯(lián)在第二tmr單元模塊的兩端，第三精密電阻模塊并聯(lián)在第三tmr單元模塊的兩端，第四精密電阻模塊并聯(lián)在第四tmr單元模塊的兩端，所述tmr惠斯通電橋模塊和所述精密電阻惠斯通電橋模塊具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；其中，所述精密電阻模塊的阻值小于所述tmr單元模塊的阻值。

17、根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述精密電阻模塊為貼片電阻模塊。

18、根據(jù)本公開的實(shí)施例，還包括：

19、獲取磁芯模塊、線圈模塊、運(yùn)算放大器模塊、功率放大器模塊、負(fù)載電阻模塊；

20、連接所述線圈模塊和所述磁芯模塊，使得所述線圈模塊纏繞所述磁芯模塊；

21、將所述磁敏感單元模塊設(shè)置在所述磁芯模塊的開口氣隙中；

22、連接所述磁敏感單元模塊的輸出端與所述運(yùn)算放大器的輸入端、連接所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述功率放大器的輸入端、連接所述功率放大器的輸出端與所述線圈的第一接線端、連接所述線圈的第二接線端與所述負(fù)載電阻的一端、連接所述負(fù)載電阻的另一端與參考電位，以獲得所述高精度電流傳感器。

23、第三方面，本公開實(shí)施例中提供了一種高精度電流傳感器的設(shè)計(jì)方法，所述方法應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化eda工具中，包括：

24、獲取精密電阻惠斯通電橋模塊，所述精密電阻惠斯通電橋模塊包括4個(gè)阻值相同的精密電阻模塊；

25、獲取tmr惠斯通電橋模塊，所述tmr惠斯通電橋模塊包括4個(gè)tmr單元模塊；

26、連接所述精密電阻惠斯通電橋模塊和所述tmr惠斯通電橋模塊以構(gòu)成磁敏感單元模塊，在所述磁敏感單元模塊中，第一精密電阻模塊并聯(lián)在第一tmr單元模塊的兩端，第二精密電阻模塊并聯(lián)在第二tmr單元模塊的兩端，第三精密電阻模塊并聯(lián)在第三tmr單元模塊的兩端，第四精密電阻模塊并聯(lián)在第四tmr單元模塊的兩端，所述tmr惠斯通電橋模塊和所述精密電阻惠斯通電橋模塊具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；其中，所述精密電阻模塊的阻值小于所述tmr單元模塊的阻值。

27、根據(jù)本公開的實(shí)施例，包括：所述精密電阻模塊為阱電阻模塊、擴(kuò)散電阻模塊、多晶硅電阻模塊、薄膜電阻模塊、金屬膜電阻模塊。

28、第四方面，本公開實(shí)施例中提供了一種高精度電流傳感器的設(shè)計(jì)裝置，所述裝置應(yīng)用于印刷電路板pcb設(shè)計(jì)工具中，包括：

29、第一設(shè)計(jì)模塊，被配置為連接4個(gè)阻值相同的精密電阻模塊以構(gòu)成精密電阻惠斯通電橋模塊；

30、第一獲取模塊，被配置為獲取tmr惠斯通電橋模塊，所述tmr惠斯通電橋模塊包括4個(gè)tmr單元模塊；

31、第二設(shè)計(jì)模塊，被配置為連接所述精密電阻惠斯通電橋模塊和所述tmr惠斯通電橋模塊以獲取磁敏感單元模塊，在所述磁敏感單元模塊中，第一精密電阻模塊并聯(lián)在第一tmr單元模塊的兩端，第二精密電阻模塊并聯(lián)在第二tmr單元模塊的兩端，第三精密電阻模塊并聯(lián)在第三tmr單元模塊的兩端，第四精密電阻模塊并聯(lián)在第四tmr單元模塊的兩端，所述tmr惠斯通電橋模塊和所述精密電阻惠斯通電橋模塊具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；其中，所述精密電阻模塊的阻值小于所述tmr單元模塊的阻值。

32、第五方面，本公開實(shí)施例中提供了一種高精度電流傳感器的設(shè)計(jì)裝置，所述裝置應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化eda工具中，包括：

33、第三設(shè)計(jì)模塊，被配置為設(shè)計(jì)精密電阻惠斯通電橋模塊，所述精密電阻惠斯通電橋模塊包括4個(gè)阻值相同的精密電阻模塊；

34、第二獲取模塊，被配置為獲取tmr惠斯通電橋模塊，所述tmr惠斯通電橋模塊包括4個(gè)tmr單元模塊；

35、第四設(shè)計(jì)模塊，被配置為連接所述精密電阻惠斯通電橋模塊和所述tmr惠斯通電橋模塊以構(gòu)成磁敏感單元模塊，在所述磁敏感單元模塊中，第一精密電阻模塊并聯(lián)在第一tmr單元模塊的兩端，第二精密電阻模塊并聯(lián)在第二tmr單元模塊的兩端，第三精密電阻模塊并聯(lián)在第三tmr單元模塊的兩端，第四精密電阻模塊并聯(lián)在第四tmr單元模塊的兩端，所述tmr惠斯通電橋模塊和所述精密電阻惠斯通電橋模塊具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；其中，所述精密電阻模塊的阻值小于所述tmr單元模塊的阻值。

36、第六方面，本公開實(shí)施例中提供了一種電路結(jié)構(gòu)，包括：tmr惠斯通電橋結(jié)構(gòu)和精密電阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)；

37、所述tmr惠斯通電橋結(jié)構(gòu)包括4個(gè)tmr單元；

38、所述精密電阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)包括4個(gè)阻值相同的精密電阻；

39、其中，所述tmr惠斯通電橋結(jié)構(gòu)和所述精密電阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)連接，使得4個(gè)精密電阻分別并聯(lián)在4個(gè)tmr單元的兩端，所述tmr惠斯通電橋結(jié)構(gòu)和所述精密電阻惠斯通電橋結(jié)構(gòu)具有相同的電橋輸入端和電橋輸出端；所述精密電阻的阻值小于所述tmr單元的阻值。

40、第七方面，本公開實(shí)施例中提供了一種芯片，包括：如第一方面任一項(xiàng)所述的高精度電流傳感器，或者如第六方面所述的電路結(jié)構(gòu)。

41、第八方面，本公開實(shí)施例中提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第二方面或第三方面任一項(xiàng)所述的方法。

42、第九方面，本公開實(shí)施例中提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)指令，該計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第二方面或第三方面任一項(xiàng)所述的方法。

43、根據(jù)本公開實(shí)施例提供的技術(shù)方案，通過在原有tmr惠斯通電橋的基礎(chǔ)上，添加了一個(gè)精密電阻惠斯通電橋，采用了4個(gè)阻值相同的精密電阻，且精密電阻的阻值小于tmr惠斯通電橋中的tmr單元的阻值，削弱了由于tmr單元的阻值的不匹配造成的零偏，同時(shí)也衰減了由于溫度造成的溫偏，且由于精密電阻的阻值不受磁場(chǎng)的影響，故由于tmr元件的磁滯帶來(lái)的影響也被大大減小了，從而有效減小了零偏、溫漂與磁滯對(duì)高精度電流傳感器的影響，且不需要對(duì)每個(gè)tmr惠斯通電橋的性能進(jìn)行測(cè)試，只需要知道tmr惠斯通電橋的橋臂的阻值大概范圍就可以進(jìn)行批量補(bǔ)償。

44、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。