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。由磁场分布情况可以看，磁场强度依至原边绕组的距离由远及近渐渐增强，环形磁芯及磁屏蔽片的引入可以大大提高巨磁阻芯片位置处的磁感应强度，增大磁增益系数，即传感器灵敏度将有显著的提高。
[0062]同样的，在原边绕组13电流为20A时，利用有限元软件对巨磁效应电流传感器分别在有磁芯无磁屏蔽片和有磁芯有磁屏蔽片的情况下的沿气隙高度方向磁感应强度进行仿真分析。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。如图5所示，a为在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，b为在有磁芯有屏蔽片的条件下沿气隙高度方向磁感应强度变化曲线，明显的，曲线b磁感应强度比较稳定。由图5可以看出加入磁屏蔽片可以使气隙处磁场更加稳定，从而增加了传感器的精度。图5中距离轴的零点代表气隙的中心点。
[0063]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。由两种条件的仿真结果可以看出两种结构对外界杂散磁场都具有较高的屏蔽效能。相比之下，磁屏蔽片的引入具有更加优越的屏蔽效果，有磁芯有磁屏蔽片结构下的传感器精度更高。
[0064]本实用新型实施例二提供的一种巨磁阻效应电流传感器，在加入偏置绕组的同时，通过在环形磁芯上设置空隙并引入磁屏蔽片，有效减少了外界杂散磁场的干扰，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。并选定磁芯和磁屏蔽片的材料为坡莫合金材料，进一步增加巨磁阻效应电流传感器的灵敏度，减小输出误差。
[0065]在上述实施例的基础上，本实施例巨磁阻效应电流传感器由五部分模块组成，如图7所示。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。参考图1和图7，本实施例中闭环巨磁阻效应电流传感器的组成框图包含电磁转换模块1、偏置模块4、信号处理模块2、反馈补偿模块5和电源模块3五部分，五部分模块组成回路闭环系统。被测电流通过电磁装换模块I输出电压信号。偏置模块4为巨磁阻芯片14提供恒定偏置磁场，以实现测量交流电流及改善磁滞误差的目的。信号处理模块2将巨磁阻芯14输出电压信号去除偏置磁场产生的偏置电压，并对输出信号进行放大处理。反馈补偿模块5将放大后的电压信号通过反馈绕组51及采样电阻52进行接地，构成反馈电流，当系统达到零磁通状态后，通过反馈电流信号即可间接测得原边被测电流信号。电源模块3用来为整个电流传感器提供电源。
[0066]具体过程为:原边绕组13穿过环形磁芯11，流过原边绕组13的电流产生的磁场被环形磁芯11及磁屏蔽片12聚集后，作用于巨磁阻芯片14。巨磁阻芯片14在感应到磁场作用后，将会有电压信号输出，该输出的电压信号送入运算放大器21，运算放大器21与推挽式功率放大器23连接，上述输出的电压信号经过运算放大器21和推挽式功率放大器23进行放大之后，通过反馈绕组51和采样电阻52接地，形成反馈电流，该反馈电流经过反馈绕组51产生反馈磁场。由于反馈绕组51产生的磁场与原边绕组13电流产生的磁场方向相反，因而减弱了气隙处磁场，使巨磁阻芯片输出逐渐减小，当两线圈产生的磁场大小相等时，反馈电流不再增大，整个系统达到动态平衡。设Np为原边绕组13的线圈匝数，Ip为原边电流，Nf为反馈绕组51的线圈匝数，If为反馈电流，有NpIp = NfIf。因此通过测量反馈绕组中的电流If即可间接得出被测电流Ip，其中If可通过采样电阻上的电压来得到。
[0067]注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种巨磁阻效应电流传感器，其特征在于，包括: 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； 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； 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； 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。2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述运算放大器为差分运算放大器； 所述巨磁阻芯片的正输出端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述巨磁阻芯片的负输出端与所述运算放大器的反相输入端相连； 所述参考电压产生电路的输出电压与所述偏置绕组在所述巨磁阻芯片上产生的偏置电压相等。3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述信号处理模块还包括:推挽式功率放大器，所述推挽式功率放大器的输入端与所述运算放大器的输出端连接。4.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，还包括: 反馈补偿模块，包括缠绕在所述磁芯上的反馈绕组和一采样电阻，所述反馈绕组的一端连接所述推挽式功率放大器的输出端，另一端串联所述采样电阻接地。5.根据权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，所述电源模块包括电源产生电路； 所述电源产生电路用于根据供电电压分别为所述巨磁阻芯片、所述参考电压产生电路、所述运算放大器和所述推挽式功率放大器产生相适应的工作电压。6.根据权利要求1-5任一项所述的电流传感器，其特征在于，所述磁芯上带有气隙； 所述电磁转换模块还包括:放置于所述磁芯气隙两端的两个磁屏蔽片。7.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述巨磁阻芯片放置于所述磁芯的气隙处。8.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述巨磁阻芯片的敏感轴方向与所述磁芯的气隙高度方向相一致。9.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述磁屏蔽片的面积大于等于所述巨磁阻芯片各侧面中与所述磁屏蔽片相邻的侧面的面积。10.根据权利要求6所述的电流传感器，其特征在于，所述磁芯及所述磁屏蔽片的材料为坡莫合金材料。
【专利摘要】本实用新型实施例公开了一种巨磁阻效应电流传感器，包括：电磁转换模块，包括环形磁芯，穿过环形磁芯的原边绕组和巨磁阻芯片；偏置模块，包括偏置电流源和缠绕在磁芯上的偏置绕组，偏置绕组的两端连接偏置电流源；信号处理模块，包括运算放大器和参考电压产生电路，参考电压产生电路用于产生设定大小的直流电压，运算放大器的两个输入端分别与巨磁阻芯片的两个输出端相连，参考电压产生电路的输出端连接在运算放大器的同相输入端；电源模块，与电磁转换模块和信号处理模块相连，以提供电源。本实用新型解决了巨磁阻芯片为单极性输出特性，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，引起较大的输出误差的问题。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN205210163
【申请号】CN201520955913
【发明人】解存福, 张海宝, 张磊, 孙功
【申请人】天津航空机电有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月25日