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一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的制造方法_2

文檔序號(hào):10298734閱讀:來源:國(guó)知局
號(hào)。然后,將電流反行程從14A降至0A,再次測(cè)量不同電流下傳感器的輸出信號(hào)。如圖2所示,c曲線為有偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流正行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線,d曲線為有偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流反行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線,e曲線為無(wú)偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流正行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線,f曲線為無(wú)偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流反行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線。由測(cè)試曲線可以看出,曲線c和d的重合率要大于曲線e和f。偏置磁場(chǎng)的引入可以大大減小由磁滯現(xiàn)象引起的誤差。
[0031]巨磁阻芯片14具有兩個(gè)輸出端,兩個(gè)輸出端的電壓差值為巨磁阻芯片14產(chǎn)生的電壓值。巨磁阻芯片14的兩個(gè)輸出端分別與信號(hào)處理模塊的運(yùn)算放大器21的同相輸入端和反相輸入端相連。因?yàn)榫薮抛栊酒?4輸出的電壓很小,當(dāng)原邊繞組13產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),不能從巨磁阻芯片14的輸出電壓中顯現(xiàn)出來。運(yùn)算放大器21將巨磁阻芯片14的輸出信號(hào)進(jìn)行放大,能更準(zhǔn)確的得知原邊繞組13的磁場(chǎng)變化情況從而測(cè)量原邊繞組13的電流值。參考電壓產(chǎn)生電路22可以產(chǎn)生設(shè)定的電壓,將運(yùn)算放大器21輸出電壓控制在設(shè)定的區(qū)域。
[0032]例如,原邊繞組13電流為IA時(shí),巨磁阻芯片14輸出IV的電壓,原邊繞組13電流0.1A的變化引起巨磁阻芯片14輸出電壓變化為0.1V,這是不太明顯的差值,很容易因機(jī)械誤差或讀數(shù)誤差產(chǎn)生輸出的誤差。而運(yùn)算放大器21將巨磁阻芯片14輸出的IV放大十倍為1VJlJ當(dāng)原邊繞組13電流有0.1A的變化時(shí)弓I起運(yùn)算放大器21輸出電壓值IV的變化,減小輸出的誤差。
[0033]電源模塊用于為整個(gè)巨磁阻效應(yīng)電流傳感器供電。電源模塊與電磁轉(zhuǎn)換模塊的巨磁阻芯片14的電源引腳相連,為巨磁阻芯片14供電;與信號(hào)處理模塊的運(yùn)算放大器21相連,為運(yùn)算放大器21提供電源。
[0034]優(yōu)選的,運(yùn)算放大器21為差分運(yùn)算放大器;
[0035]巨磁阻芯片14的正輸出端與運(yùn)算放大器21的同相輸入端相連,巨磁阻芯片14的負(fù)輸出端與運(yùn)算放大器21的反相輸入端相連;
[0036]參考電壓產(chǎn)生電路22的輸出電壓與偏置繞組42在巨磁阻芯片14上產(chǎn)生的偏置電壓相等。
[0037]運(yùn)算放大器21輸入端接入巨磁阻芯片14兩個(gè)輸出端輸出的電壓差,同時(shí)加入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生電路22接在運(yùn)算放大器21的同相輸入端,將電壓差與參考電壓產(chǎn)生電路22產(chǎn)生的電壓相疊加,再對(duì)疊加后的電壓進(jìn)行放大。運(yùn)算放大器21同相輸入端的參考電壓產(chǎn)生電路22用于消除偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生的偏置電壓,使得傳感器最終輸出得到一個(gè)雙極輸出的電壓,也即輸出有正有負(fù)的電壓。
[0038]信號(hào)處理模塊還包括:推挽式功率放大器23,推挽式功率放大器23的輸入端與運(yùn)算放大器21的輸出端連接。
[0039]推挽式功率放大器23將運(yùn)算放大器21的輸出信號(hào)進(jìn)一步放大,使電流傳感器的測(cè)量結(jié)果更加精確。
[0040]電源模塊包括電源產(chǎn)生電路;
[0041]電源產(chǎn)生電路用于根據(jù)供電電壓分別為巨磁阻芯片14、參考電壓產(chǎn)生電路22、運(yùn)算放大器21和推挽式功率放大器23產(chǎn)生相適應(yīng)的工作電壓。
[0042]巨磁阻芯片14、運(yùn)算放大器21和推挽式功率放大器23的供電電源是不同的。例如,巨磁阻芯片14可以用電壓為5V的電壓供電,運(yùn)算放大器21可使用15V的電源。生活中沒有電壓為5V或15V的直流電壓源,可以用電壓為220V的電源通過電源產(chǎn)生電路輸出各種需要的電壓。
[0043]另外,電流傳感器還包括:
[0044]反饋補(bǔ)償模塊,包括纏繞在所述磁芯上的反饋繞組51和一采樣電阻52,反饋繞組51的一端連接推挽式功率放大器23的輸出端,另一端串聯(lián)采樣電阻52接地。
[0045]反饋繞組51與原邊繞組13構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),傳感器工作于零磁通狀態(tài),有效提高了傳感器的量程和抗干擾特性。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低和功能多。反饋繞組51與原邊繞組13產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等時(shí)就達(dá)到了零磁通的工作狀態(tài)。由于被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到的這一平衡,而一旦磁場(chǎng)失去平衡,巨磁阻芯片14就有電壓信號(hào)輸出,此信號(hào)經(jīng)放大后,立即有相應(yīng)的反饋電流即補(bǔ)償電流流過反饋繞組51對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償,以達(dá)到新的平衡。由于上述的平衡過程所需的時(shí)間小于Iys,因此決定了本實(shí)用新型閉環(huán)巨磁阻效應(yīng)電流傳感器具有較快的響應(yīng)速度。
[0046]如圖3所示,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。曲線g為開環(huán)結(jié)構(gòu)下巨磁效應(yīng)電流傳感器的輸入輸出曲線,曲線h為閉環(huán)結(jié)構(gòu)下巨磁效應(yīng)電流傳感器的輸入輸出曲線??梢钥闯觯€h的線性度要好于曲線g,且對(duì)于輸入相同的電流,曲線h對(duì)應(yīng)的輸出電壓要小于曲線g。閉環(huán)結(jié)構(gòu)可以有效提高傳感器的抗干擾性和量程范圍。
[0047]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器,在環(huán)形磁芯上纏繞偏置繞組用于對(duì)巨磁阻芯片產(chǎn)生偏置磁場(chǎng),通過磁場(chǎng)的疊加使得作用于巨磁阻芯片的磁場(chǎng)全部提高到線性區(qū),實(shí)現(xiàn)了雙極性輸出及減少磁滯誤差。反饋補(bǔ)償繞組與原邊繞組組成閉環(huán)系統(tǒng),傳感器工作于零磁通狀態(tài),有效提高了傳感器的量程和抗干擾特性。
[0048]實(shí)施例二
[0049]本實(shí)施例二在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)巨磁阻電流傳感器作進(jìn)一步的說明。參考圖1,環(huán)形磁芯11上帶有氣隙;
[0050]電磁轉(zhuǎn)換模塊還包括:放置于環(huán)形磁芯11氣隙兩端的兩個(gè)磁屏蔽片12。
[0051]由于巨磁阻對(duì)磁場(chǎng)的高度敏感特性,使得它們同時(shí)易受外界雜散磁場(chǎng)的影響。這些雜散磁場(chǎng)的場(chǎng)源包括電機(jī)和變壓器等電器設(shè)備,或者傳感器周圍的載流導(dǎo)體等等。雜散磁場(chǎng)會(huì)引起傳感器產(chǎn)生較大的輸出誤差,影響了電流測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。設(shè)置帶氣隙的環(huán)形磁芯11和磁屏蔽片12能有效屏蔽雜散磁場(chǎng),增強(qiáng)原邊磁場(chǎng)的影響,減小輸出誤差。
[0052]帶氣隙的環(huán)形磁芯11就為一個(gè)C形的環(huán),磁屏蔽片12加在氣隙的兩端。
[0053]巨磁阻芯片14放置于環(huán)形磁芯11的氣隙處。
[0054]為了加強(qiáng)巨磁阻芯片14對(duì)于原邊繞組磁場(chǎng)的靈敏度,巨磁阻芯片14的敏感軸方向與環(huán)形磁芯11的氣隙高度方向相一致。
[0055]磁場(chǎng)方向?yàn)榄h(huán)形磁芯11的方向,所以要使巨磁阻芯片14的敏感軸方向與環(huán)形磁芯11氣隙方向一致。
[0056]磁屏蔽片12的面積大于等于巨磁阻芯片14各側(cè)面中與磁屏蔽片12相鄰的側(cè)面的面積。
[0057]巨磁阻芯片14要放置在兩個(gè)磁屏蔽片12的內(nèi)部,目的同樣是為了提高電流傳感器的靈敏性。
[0058]磁芯11及磁屏蔽片12的材料為坡莫合金材料。
[0059]由磁阻公式Rm=IAxS可知,磁阻與材料的磁導(dǎo)率成反比,因此一般要選用高磁導(dǎo)率材料。為了增大檢測(cè)范圍的量程,應(yīng)選用高飽和磁密的導(dǎo)磁材料,同時(shí)為了得到實(shí)時(shí)精確的檢測(cè)結(jié)果,要選用低磁滯、低矯頑力材料。常用的磁屏蔽材料包括:電磁軟鐵,硅鋼片、坡莫合金、非晶合金等。其中非晶合金磁導(dǎo)率最高,但價(jià)格較為昂貴,電磁軟鐵和硅鋼片價(jià)格便宜,但磁導(dǎo)率較低。從性能和成本方面考慮,本發(fā)明選擇了坡莫合金材料作為磁芯11和磁屏蔽片12的材料。其電阻率為0.56μ Ω.m,居里點(diǎn)為400°C,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bs = 0.7T,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度下的矯頑力H。不大于1.6A/m,直流磁性能滿足在0.08A/m磁場(chǎng)強(qiáng)度中的磁導(dǎo)率不小于37.5mH/m,滿足磁屏蔽對(duì)材料的要求。
[0060]本實(shí)施例在原邊繞組電流為20A時(shí),利用有限元軟件對(duì)巨磁效應(yīng)電流傳感器分別在無(wú)磁芯無(wú)屏蔽片、僅有磁環(huán)和有磁芯有磁屏蔽片的情況下的磁場(chǎng)分布情況進(jìn)行仿真分析。
[0061]圖4為本實(shí)用
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