，微处理器53通过控制继电器54切断用电回路，保证用电安全。
[0023]图2是本发明提出的电流监控模块的结构示意图。待检测电流导线13、14穿过电流保护单元中的第一聚磁环12a，待测电流导线13穿过用电计量单元中的第二聚磁环12b，第一聚磁环、第二聚磁环均为带气隙的金属环状结构，其气隙处设置有第一磁性传感器芯片11a，第二磁性传感器芯片Ilb (如图3和图4所示)，其敏感轴I和2垂直于第一聚磁环12a和第二聚磁环12b的横截面，且与第一聚磁环12a和第二聚磁环12b的气隙中心处的切线平行。敏感轴与聚磁环气隙处的切线平行是本发明提出的电流监控模块的一种设计，但不局限于此，敏感轴也可以和聚磁环气隙处的切线垂直或呈一定角度，通过测量聚磁环气隙处磁场沿敏感轴方向的分量进行测量，且敏感轴I和敏感轴2的方向可以相同，也可以不相同。
[0024]用电计量单元:电流进的导线13通有电流I1 (31)，因此在导线周围产生感应磁场，第二聚磁环12b将感应磁场汇集到气隙处，第二磁性传感芯片Ilb感应到第二磁场21b，进而产生输出，其输出信号通过过流处理芯片19和电量处理芯片18 (图2中未标示)处理后分别输出至微处理器53。
[0025]电流保护单元:电流进的导线13，电流出的导线14分别为电流进的导线和电流出的导线，若没有漏电发生，则电流进的导线13的电流值I1 (31)和电流出的导线14的电流值I2 (32)相等且方向相反，则在电流进的导线13和电流出的导线14附近产生的合磁场可近似为零，因此第一聚磁环12a不会产生感生磁场，第一磁性传感器芯片Ila的输出为零。若有漏电现象，则电流进的导线13的电流值IjP电流出的导线14的电流值I 2不等，第一聚磁环12a将流导线13和14附近产生的合磁场汇集至气隙处，第一磁性传感芯片Ila感应到第一磁场21a，进而产生输出，其输出信号由漏电流处理芯片15 (图2中未标示)处理后输出至微处理器53。由于采用带气隙的聚磁环结构，在直流分量的作用下，聚磁环的磁导率不会迅速衰减，其饱和场相比于闭合磁环要高得多。为了降低磁滞，第一聚磁环12a和第二聚磁环12b可缠绕一定匝数的线圈。
[0026]为了避免外部的电流和磁场的干扰，所述电流监控模块还包括一个屏蔽外壳17，该屏蔽外壳17为金属材料，将电流保护单元51和用电计量单元52包覆其中。
[0027]上述过流处理芯片19和漏电流处理芯片15为普通运放结构，直接和第一磁性传感器芯片11a、第二磁性传感器芯片Ilb连接然后输出电流信号。电量处理芯片18可采用现有的成熟的电量计量芯片，如HiTrendtech公司的电能计算IC系列。电量处理芯片的输入端分别和第二磁芯传感器芯片Ilb以及用电回路连接，输出电量信号。本发明提出的监控模块实际上是一个用于提供输出信号的传感器组，将漏电、过流和电量测量集成在一个传感器模块中，因此微处理器53和继电器54并不包括在该模块中。微处理器53可以是一个单片机，在实际使用中可根据用途设置相关用电参数进行定制，如中国公开号CN103187666A的专利:带计量功能的智能插座中采用的HiTrendtech公司的ATT7037芯片。
[0028]所述第一磁性传感器芯片、第二磁性传感器芯片均是由磁性传感元件构成的单电阻、半桥或全桥结构，所述磁性传感元件为霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。磁性传感元件可选用饱和场较大且精度很高的巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。巨磁电阻元件和磁性隧道结元件是一种阻值随外磁场变化而变化的磁电阻元件，通过现有的技术磁电阻元件的R-H (阻值-外磁场)曲线具有低磁滞，高饱和场和宽线性范围的特性，相对于传统的磁性传感元件如电感线圈和霍尔元件具有更高的精度和更好的温度特性，相比于各向异性磁电阻元件具有更高的饱和场，其作为漏电传感器的敏感元件是最理想的。
[0029]第一磁性传感器芯片、第二磁性传感器芯片可以是单电阻、半桥或全桥结构。所述单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个相同的磁性传感元件串联和/或并联组成，每个桥臂我们可以等价于一个磁电阻，每个桥臂中的磁性传感元件的磁场敏感方向都相同。前述的单电阻结构含有一个磁电阻，半桥结构由两个物理性质相同的磁电阻串联组成，全桥结构由四个物理性质相同的磁电阻连接构成，使用时都要通入稳恒电压或电流。其中，半桥或全桥结构为最优的选择，其输出曲线如图5所示，图5是磁性传感器芯片的输出曲线示意图。其中，VmaxJP VmaxJ^最大输出值，H 3为饱和场，其工作区域为输出曲线的线性区域。
[0030]巨磁电阻元件以及磁性隧道元件的结构图和工作原理，以及磁性传感器芯片的具体工作方式可参考公开号为CN103645369A的中国专利:一种电流传感装置。
[0031]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.电流监控模块，包括电流保护单元和用电计量单元，其特征在于，电流保护单元包括第一聚磁环、第一磁性传感器芯片和漏电流处理芯片，用电计量单元包括第二聚磁环、第二磁性传感器芯片、过流处理芯片和电量处理芯片；其中， 第一聚磁环为金属材料构成的带有气隙的环状结构，第一聚磁环的内部穿有两条电流流向相反的电流导线； 第一磁性传感器芯片，位于第一聚磁环的气隙内，用来测量第一聚磁环的气隙处汇聚的磁场场强并输出第一电信号至漏电流处理芯片； 漏电流处理芯片，用来将第一电信号处理后输出漏电流信号； 第二聚磁环为金属材料构成的带有气隙的环状结构，第二聚磁环的内部穿有一条电流导线； 第二磁性传感器芯片，位于第二聚磁环的气隙内，用来测量第二聚磁环气隙处汇聚的磁场场强并输出第二电信号至过流处理芯片和电量处理芯片； 过流处理芯片，用来将第二电信号处理后输出电流信号； 电量处理芯片，用来将第二电信号处理后输出电量信号。2.根据权利要求1所述的电流监控模块，其特征在于，所述第一聚磁环、第二聚磁环上均缠绕有消磁线圈。3.根据权利要求1所述的电流监控模块，其特征在于，还包括包覆电流保护单元和用电计量单元的屏蔽外壳。4.根据权利要求3所述的电流监控模块，其特征在于，所述屏蔽外壳为金属材料。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电流监控模块，其特征在于，所述第一磁性传感器芯片、第二磁性传感器芯片均是由磁性传感元件构成的单电阻、半桥或全桥结构，所述磁性传感元件为霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件和/或磁性隧道结元件。
【专利摘要】本发明公开了电流监控模块，包括电流保护单元和用电计量单元，电流保护单元包括第一聚磁环、第一磁性传感器芯片和漏电流处理芯片，用电计量单元包括第二聚磁环、第二磁性传感器芯片、过流处理芯片和电量处理芯片；本发明提出的一种可同时实现过流保护、漏电保护和电量计量的电流监控模块，且该模块具有更高的精度和灵敏度和非常小的体积，可集成于智能插座等小型电器中。
【IPC分类】G05B19/048
【公开号】CN104880987
【申请号】CN201510195554
【发明人】朱海华, 韩连生, 王建国, 白建民, 黎伟
【申请人】无锡乐尔科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月22日