一种巨磁阻效应电流传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器技术，尤其涉及一种巨磁阻效应电流传感器。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，高性能紧凑型电流传感器的需求逐渐增大。传统的电流检测方法包括分流器、电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器;新型检测技术包括磁通门传感器、巨磁阻传感器和光纤传感器。其中分流器测量方法不能实现电隔离，且功耗较高；电流互感器只能进行交流电流的测量，磁芯容易受饱和的影响，测量频率较低，体积较大，价格昂贵;霍尔电流传感器能够检测较大量程的电流，测量精度在0.5 %和2 %之间，但是其测量精度受环境温度和外界磁场影响较大，这就限制了其应用范围；罗氏线圈测量频率范围较大，但不可测量直流，且价格昂贵。光纤电流传感器体积小，重量轻，不存在磁饱和影响，抗电磁干扰性能好，但其结构复杂，造价昂贵。磁通门传感器是利用高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度之间的非线性关系来间接测量被测磁场的一种传感器。磁通门传感器具有分辨率高，低温漂，低零漂等优点，但其信号处理电路比较繁琐，主要用于直流弱磁场的测量。与上述电流传感器相比，巨磁阻电流传感器具有高带宽、高灵敏度、低功耗、可靠性好和体积小等优点，它达到了电流传感器未来发展趋势的要求，在未来的检测技术中巨磁阻电流传感器将会应用越来越广泛，发挥它本身的优越性。
[0003]然而，由于巨磁阻对磁场的高度敏感特性，使得它们同时易受外界杂散磁场的影响。这些杂散磁场的场源包括电机和变压器等电器设备，或者传感器周围的载流导体等等。杂散磁场会引起传感器产生较大的输出误差，影响了电流测量结果的准确度。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型提供一种巨磁阻效应电流传感器，以解决巨磁阻芯片因易受杂散磁场影响，产生较大的输出误差，影响电流测量结果的准确度的问题。
[0005]本实用新型实施例提供了一种巨磁阻效应传感器，包括:
[0006]电磁转换模块，包括带气隙的磁芯，放置于所述磁芯气隙两端的两个磁屏蔽片，穿过所述磁芯的原边绕组和放置于所述磁芯气隙处的巨磁阻芯片；
[0007]信号处理模块，包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端和反相输入端分别与所述巨磁阻芯片的两个输出端相连；
[0008]电源模块，分别与所述电磁转换模块和所述信号处理模块相连，用于为所述巨磁阻效应电流传感器提供电源。
[0009]本实用新型提供的一种巨磁阻效应电流传感器，通过在电磁转换模块内加入带气隙的磁芯，并在磁芯气隙处引入了两个磁屏蔽片，可以有效屏蔽外界的杂散磁场，同时使气隙处磁场更加均匀。环形磁芯和磁屏蔽片的引入有效减少了外界杂散磁场的干扰同时增加了传感器的磁增益系数，从而使所设计电流传感器的精度和灵敏度得到很大程度的提高。
【附图说明】
[0010]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0011]图1为本实用新型实施例一提供的一种巨磁阻效应电流传感器结构示意图；
[0012]图2为本实用新型实施例一提供的巨磁阻效应电流传感器在无磁芯无磁屏蔽片、仅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片的情况下的磁场分布仿真图；
[0013]图3为本实用新型实施例一提供的巨磁阻效应电流传感器在有磁芯有磁屏蔽片和有磁芯无磁屏蔽片的条件下沿气隙高度方向磁感应强度变化曲线图；
[0014]图4为本实用新型实施例一提供的巨磁阻效应电流传感器在仅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片两种条件下加入2mT的外界杂散磁场的磁场分布仿真图；
[0015]图5为本实用新型实施例二提供的巨磁阻效应电流传感器在有无偏置磁场时的磁滞曲线图；
[0016]图6为本实用新型实施例二提供的开环和闭环结构下巨磁效应电流传感器的输入输出特性曲线图；
[0017]图7为本实用新型实施例二提供的巨磁阻效应电流传感器的组成模块框图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
[0019]实施例一
[0020]图1为本实用新型实施例一提供的一种巨磁阻效应电流传感器结构示意图。如图1所示，该巨磁阻效应电流传感器包括:
[0021 ]电磁转换模块，包括带气隙的磁芯11，放置于磁芯11气隙两端的两个磁屏蔽片12，穿过磁芯11的原边绕组13和放置于磁芯气隙处的巨磁阻芯片14;
[0022]信号处理模块，包括运算放大器21，运算放大器21的同相输入端和反相输入端分别与巨磁阻芯片14的两个输出端相连；
[0023]电源模块，分别与电磁转换模块和信号处理模块相连，用于为巨磁阻效应电流传感器提供电源(图中未示出)。
[0024]所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻效应电流传感器可以通过直接测量长直导线上电流产生的磁场来测量电流。当某导线中电流变化时，电流产生的磁场随之变化，巨磁电阻也发生变化，利用电桥结构将电阻的变化输出为一个电压信号。由于巨磁电阻和磁场之间具有线性变化规律，输出的电压正比于被测电流，从而实现电流信号的测量功能。
[0025]本实施例的电磁转换模块中，在原边绕组13和巨磁阻芯片14的基础上加入了带气隙的磁芯11和放置于磁芯11气隙两端的两个磁屏蔽片12，原边绕组13穿过带气隙的磁芯11，巨磁阻芯片14放置在磁芯11的气隙处。磁芯11和磁屏蔽片12可以有效的屏蔽外界磁场，并使磁芯11处的磁场增大。磁屏蔽是用来隔离磁场耦合的措施，是利用磁通沿低磁阻路径流通的原理来改变外界杂散磁场的方向，从而使磁力线聚集于屏蔽体内。
[0026]巨磁阻芯片14具有两个输出端，两个输出端的电压差值为巨磁阻芯片14产生的电压值。巨磁阻芯片14的两个输出端分别与信号处理模块的运算放大器21的同相输入端和反相输入端相连。因为巨磁阻芯片14输出的电压很小，当原边绕组13产生的磁场发生变化时，不能从巨磁阻芯片14的输出电压中显现出来。运算放大器21将巨磁阻芯片14的输出信号进行放大，能更准确的得知原边绕组13的磁场变化情况从而测量原边绕组13的电流值。
[0027]例如，原边绕组13电流为1A时，巨磁阻芯片14输出IV的电压，原边绕组13电流0.1A的变化引起巨磁阻芯片14输出电压变化为0.1V，这是不太明显的差值，很容易因机械误差或读数误差产生输出的误差。而运算放大器21将巨磁阻芯片14输出的IV放大十倍为10V，则当原边绕组13电流有0.1A的变化时弓I起运算放大器21输出电压值IV的变化，减小输出的误差。
[0028]电源模块用于为整个巨磁阻效应电流传感器供电。电源模块与电磁转换模块的巨磁阻芯片14的电源引脚相连，为巨磁阻芯片14供电；与信号处理模块的运算放大器21相连，为运算放大器21提供电源。
[0029]因为磁场按照以原边绕组13为圆心的同心圆分布的，磁芯11的形状优选为环形，这样能加强磁芯11的磁感