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，当被测磁场较弱且正负交替变化时，由于巨磁电阻相邻铁磁层间较弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片表现出明显的磁滞效应。另外所用的巨磁阻芯片为单极性输出特性，当被测量为交流电流时，输出波形类似于全波整流输出，这样输出的波形容易失真，弓丨起较大的输出误差。
【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单极性输出特性不能测量交流电，同时当被测磁场为较弱磁场时，巨磁阻芯片具有磁滞效应，弓I起较大的输出误差的问题。
[0005]本实用新型实施例提供了一种闭环巨磁阻效应传感器，包括:
[0006]电磁转换模块，包括环形磁芯，穿过环形磁芯的原边绕组以及巨磁阻芯片；
[0007]偏置模块，包括偏置电流源和缠绕在磁芯上的偏置绕组，所述偏置绕组的两端连接所述偏置电流源；
[0008]信号处理模块，包括运算放大器和参考电压产生电路，所述参考电压产生电路用于产生设定大小的直流电压，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，所述参考电压产生电路的输出端连接在所述运算放大器的同相输入端；
[0009]电源模块，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。
[0010]本实用新型提供的一种巨磁阻效应电流传感器，通过在环形磁芯上设置偏置绕组用于在磁芯产生偏置磁场，因为巨磁阻芯片为单极性输出特性，当被测量为交流电流时，输出波形类似于全波整流输出，通过磁场的叠加使得作用于巨磁阻芯片的磁场全部提高到线性区，实现了双极性输出。并且增强磁场使得巨磁阻芯片减少磁滞误差。
【附图说明】
[0011]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:
[0012]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；
[0013]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有无偏置磁场时的磁滞曲线图；
[0014]图3为本实用新型实施例一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；
[0015]图4为本实用新型实施例提二供的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；
[0016]图5为本实用新型实施例二提供的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；
[0017]图6为本实用新型实施例二提供的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；
[0018]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】
[0019]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。
[0020]实施例一
[0021]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。本实用新型实施例提供一种巨磁阻效应电流传感器，该电流传感器适用于电路系统中不便于直接断开电路用电流表测量电流的情况。如图1所示，该巨磁阻效应电流传感器包括:
[0022]电磁转换模块，包括环形磁芯11，穿过环形磁芯11的原边绕组13以及巨磁阻芯片14;
[0023]偏置模块，包括偏置电流源41和缠绕在磁芯11上的偏置绕组42，偏置绕组42的两端连接偏置电流源41;
[0024]信号处理模块，包括运算放大器21和参考电压产生电路22，参考电压产生电路22用于产生设定大小的直流电压，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，参考电压产生电路22的输出端连接在运算放大器21的同相输入端；
[0025]电源模块，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)。
[0026]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。
[0027]电磁转换模块将原边绕组13的电流信号通过电流产生的磁场转换为电压信号。环形磁芯11聚集原边绕组13产生的磁场并作用于巨磁阻芯片14。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的磁感应强度。
[0028]但是巨磁阻芯片14为单极性输出特性，当被测量为交流电流时，输出波形类似于全波整流输出。同时当被测磁场为较弱磁场时，由于巨磁电阻相邻铁磁层间较弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片14表现出明显的磁滞效应，引起较大的输出误差。
[0029]为了实现双极性输出及减少磁滞误差，本实施例引入了独特的偏置磁场结构，偏置绕组42用于产生偏置磁场，通过磁场的叠加使得作用于巨磁阻芯片14的磁场全部提高到线性区，因为当磁场很弱时，巨磁阻芯片14产生的电压和磁场大小的线性关系不是很强，通过偏置磁场叠加使磁场增强到线性关系强的状态。这样当无被测磁场时，巨磁阻芯片14输出一个直流偏置电压，当有被测电流时，巨磁阻芯片14的输出电压是在原偏置电压的基础上又叠加了一个由被测电流产生的磁场而产生的电压。偏置电流源41为偏置绕组42提供电流从而产生偏置磁场。
[0030]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有无偏置磁场时的磁滞曲线图。对有无偏置磁场两种结构下的巨磁效应电流传感器进行测试，被测电流首先正行程从OA增加到14A，分别测量不同电流下的输出电压信