一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)，尤其涉及一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高性能緊湊型電流傳感器的需求逐漸增大。傳統(tǒng)的電流檢測方法包括分流器、電流互感器、羅氏線圈、霍爾傳感器;新型檢測技術(shù)包括磁通門傳感器、巨磁阻傳感器和光纖傳感器。其中分流器測量方法不能實(shí)現(xiàn)電隔離，且功耗較高；電流互感器只能進(jìn)行交流電流的測量，磁芯容易受飽和的影響，測量頻率較低，體積較大，價(jià)格昂貴;霍爾電流傳感器能夠檢測較大量程的電流，測量精度在0.5 %和2 %之間，但是其測量精度受環(huán)境溫度和外界磁場影響較大，這就限制了其應(yīng)用范圍；羅氏線圈測量頻率范圍較大，但不可測量直流，且價(jià)格昂貴。光纖電流傳感器體積小，重量輕，不存在磁飽和影響，抗電磁干擾性能好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴。磁通門傳感器是利用高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之間的非線性關(guān)系來間接測量被測磁場的一種傳感器。磁通門傳感器具有分辨率高，低溫漂，低零漂等優(yōu)點(diǎn)，但其信號處理電路比較繁瑣，主要用于直流弱磁場的測量。與上述電流傳感器相比，巨磁阻電流傳感器具有高帶寬、高靈敏度、低功耗、可靠性好和體積小等優(yōu)點(diǎn)，它達(dá)到了電流傳感器未來發(fā)展趨勢的要求，在未來的檢測技術(shù)中巨磁阻電流傳感器將會應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)揮它本身的優(yōu)越性。
[0003]然而，當(dāng)被測磁場較弱且正負(fù)交替變化時(shí)，由于巨磁電阻相鄰鐵磁層間較弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片表現(xiàn)出明顯的磁滯效應(yīng)。另外所用的巨磁阻芯片為單極性輸出特性，當(dāng)被測量為交流電流時(shí)，輸出波形類似于全波整流輸出，這樣輸出的波形容易失真，弓丨起較大的輸出誤差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器，以解決巨磁阻芯片因單極性輸出特性不能測量交流電，同時(shí)當(dāng)被測磁場為較弱磁場時(shí)，巨磁阻芯片具有磁滯效應(yīng)，弓I起較大的輸出誤差的問題。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種閉環(huán)巨磁阻效應(yīng)傳感器，包括:
[0006]電磁轉(zhuǎn)換模塊，包括環(huán)形磁芯，穿過環(huán)形磁芯的原邊繞組以及巨磁阻芯片；
[0007]偏置模塊，包括偏置電流源和纏繞在磁芯上的偏置繞組，所述偏置繞組的兩端連接所述偏置電流源；
[0008]信號處理模塊，包括運(yùn)算放大器和參考電壓產(chǎn)生電路，所述參考電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生設(shè)定大小的直流電壓，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別與所述巨磁阻芯片的兩個(gè)輸出端相連，所述參考電壓產(chǎn)生電路的輸出端連接在所述運(yùn)算放大器的同相輸入端；
[0009]電源模塊，與所述電磁轉(zhuǎn)換模塊和所述信號處理模塊相連，用于為所述巨磁阻效應(yīng)電流傳感器提供電源。
[0010]本實(shí)用新型提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器，通過在環(huán)形磁芯上設(shè)置偏置繞組用于在磁芯產(chǎn)生偏置磁場，因?yàn)榫薮抛栊酒瑸閱螛O性輸出特性，當(dāng)被測量為交流電流時(shí)，輸出波形類似于全波整流輸出，通過磁場的疊加使得作用于巨磁阻芯片的磁場全部提高到線性區(qū)，實(shí)現(xiàn)了雙極性輸出。并且增強(qiáng)磁場使得巨磁阻芯片減少磁滯誤差。
【附圖說明】
[0011]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的巨磁阻效應(yīng)電流傳感器在有無偏置磁場時(shí)的磁滯曲線圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的開環(huán)和閉環(huán)結(jié)構(gòu)下巨磁效應(yīng)電流傳感器的輸入輸出特性曲線圖；
[0015]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提二供的電流傳感器在無磁芯無磁屏蔽片、僅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片的情況下的磁場分布仿真圖；
[0016]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的電流傳感器在有磁芯有磁屏蔽片和有磁芯無磁屏蔽片的條件下沿氣隙高度方向磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線圖；
[0017]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的電流傳感器在僅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片兩種條件下加入2mT的外界雜散磁場的磁場分布仿真圖；
[0018]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的組成模塊框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0020]實(shí)施例一
[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器，該電流傳感器適用于電路系統(tǒng)中不便于直接斷開電路用電流表測量電流的情況。如圖1所示，該巨磁阻效應(yīng)電流傳感器包括:
[0022]電磁轉(zhuǎn)換模塊，包括環(huán)形磁芯11，穿過環(huán)形磁芯11的原邊繞組13以及巨磁阻芯片14;
[0023]偏置模塊，包括偏置電流源41和纏繞在磁芯11上的偏置繞組42，偏置繞組42的兩端連接偏置電流源41;
[0024]信號處理模塊，包括運(yùn)算放大器21和參考電壓產(chǎn)生電路22，參考電壓產(chǎn)生電路22用于產(chǎn)生設(shè)定大小的直流電壓，運(yùn)算放大器21的同相輸入端和反相輸入端分別與巨磁阻芯片14的兩個(gè)輸出端相連，參考電壓產(chǎn)生電路22的輸出端連接在運(yùn)算放大器21的同相輸入端；
[0025]電源模塊，與電磁轉(zhuǎn)換模塊和信號處理模塊相連，用于為巨磁阻效應(yīng)電流傳感器提供電源(圖中未示出)。
[0026]所謂巨磁阻效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時(shí)較之無外磁場作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻效應(yīng)電流傳感器可以通過直接測量長直導(dǎo)線上電流產(chǎn)生的磁場來測量電流。當(dāng)某導(dǎo)線中電流變化時(shí)，電流產(chǎn)生的磁場隨之變化，巨磁電阻也發(fā)生變化，利用電橋結(jié)構(gòu)將電阻的變化輸出為一個(gè)電壓信號。由于巨磁電阻和磁場之間具有線性變化規(guī)律，輸出的電壓正比于被測電流，從而實(shí)現(xiàn)電流信號的測量功能。
[0027]電磁轉(zhuǎn)換模塊將原邊繞組13的電流信號通過電流產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)換為電壓信號。環(huán)形磁芯11聚集原邊繞組13產(chǎn)生的磁場并作用于巨磁阻芯片14。因?yàn)榇艌霭凑找栽吚@組13為圓心的同心圓分布的，磁芯11的形狀優(yōu)選為環(huán)形，這樣能加強(qiáng)磁芯11的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0028]但是巨磁阻芯片14為單極性輸出特性，當(dāng)被測量為交流電流時(shí)，輸出波形類似于全波整流輸出。同時(shí)當(dāng)被測磁場為較弱磁場時(shí)，由于巨磁電阻相鄰鐵磁層間較弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片14表現(xiàn)出明顯的磁滯效應(yīng)，引起較大的輸出誤差。
[0029]為了實(shí)現(xiàn)雙極性輸出及減少磁滯誤差，本實(shí)施例引入了獨(dú)特的偏置磁場結(jié)構(gòu)，偏置繞組42用于產(chǎn)生偏置磁場，通過磁場的疊加使得作用于巨磁阻芯片14的磁場全部提高到線性區(qū)，因?yàn)楫?dāng)磁場很弱時(shí)，巨磁阻芯片14產(chǎn)生的電壓和磁場大小的線性關(guān)系不是很強(qiáng)，通過偏置磁場疊加使磁場增強(qiáng)到線性關(guān)系強(qiáng)的狀態(tài)。這樣當(dāng)無被測磁場時(shí)，巨磁阻芯片14輸出一個(gè)直流偏置電壓，當(dāng)有被測電流時(shí)，巨磁阻芯片14的輸出電壓是在原偏置電壓的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)由被測電流產(chǎn)生的磁場而產(chǎn)生的電壓。偏置電流源41為偏置繞組42提供電流從而產(chǎn)生偏置磁場。
[0030]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的巨磁阻效應(yīng)電流傳感器在有無偏置磁場時(shí)的磁滯曲線圖。對有無偏置磁場兩種結(jié)構(gòu)下的巨磁效應(yīng)電流傳感器進(jìn)行測試，被測電流首先正行程從OA增加到14A，分別測量不同電流下的輸出電壓信