一种电流传感器的制作方法

本发明涉及电子，尤其涉及用于检测导体中电流的电流传感器。

背景技术：

1、电流传感器是一种能检测到被测电流的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出。

2、现有技术提供了一种用于对大电流的导体进行检测的高宽带大电流传感器，采用高频环形磁芯，在环形磁芯中放置霍尔传感器，同时在环形磁芯上绕上一定匝数的线圈。当大电流导体穿过环形磁芯时，将产生磁场，在磁场的作用下，霍尔传感器会输出信号，将霍尔传感器输出的信号经幅度和功率放大后，驱动绕设在磁芯上的线圈，使得线圈产生与被测导体所产生的磁场方向相反。当线圈产生的磁场与被测导体产生的磁场抵消时，线圈中的电流流经采样电阻所产生的电压，与被测导体电流构成一定的比例关系，通过示波器或者其他的观测仪器就可以观察和测量采样电阻的电压，从而测量出被测导体流经的电流。

3、在上述现有技术提供的高宽带大电流传感器中，为了能抵消被测导体所产生的磁场，线圈需要一定的功率驱动。如被测导体的电流为100a，其穿过磁芯，可以看成只有一匝，如果线圈的匝数为50匝的话，理论上驱动线圈的电流需要达到2a，那么需要推动线圈的运放或者功放需要输出2a电流的能力。这对电源电路功率有一定要求，使得电流探头的体积变大，发热增加，供电困难，不利于移动使用。

技术实现思路

1、本发明实施例针对现有技术提供的用于测量大电流的高宽带大电流传感器存在的电源电路功率要求高，由此带来的电流传感器体积变大、发热增加、供电困难以及不利于移动使用等问题，提供一种电流传感器。

2、本发明实施例提供电流传感器，包括：

3、环形磁芯，嵌入所述环形磁芯中的霍尔传感器，与所述霍尔传感器输出端连接的驱动单元；

4、第一线圈单元，所述第一线圈单元包括绕设在环形磁芯上的具有n1匝数的线圈l1；所述第一线圈单元还包括电流输入端和电压输出端，所述电流输入端连接所述驱动单元的输出端；

5、第二线圈单元，所述第二线圈单元包括绕设在环形磁芯上的具有n2匝数的线圈l2，且满足n1>n2；所述第二线圈单元用于感应环形磁芯中高频磁场信号并产生电压u2；

6、电压合并单元，包括第一电压输入端和第二电压输入端，所述第一电压输入端连接所述第一线圈单元的电压输出端，用于接收所述第一线圈单元输出的电压u1,所述第二电压输入端连接第二线圈单元的电压输出端，用于接收所述第二线圈单元输出的电压u2；所述电压合并单元还用于将电压u1和u2进行合并。

7、现有技术提供的电流传感器在测量大电流导体中的电流时，由于线圈中需要比较大的驱动电流，才能使得线圈产生的磁场与导体产生的磁场抵消，而这种电流传感器对驱动线圈的运放或者功放、特别是电源电路需要比较高的要求，因此降低线圈中的驱动电流成为迫切的需要。而要降低线圈的驱动电流，就需要增加线圈的匝数，以满足线圈产生的磁场能与导体产生的磁场抵消。而当增加了线圈的匝数之后，发明人发现线圈匝数越多，线圈能感应导体中大电流产生的高频信号幅度越低。此时线圈中感应的电压由于缺少了对高频信号的感应，其检测结果不准确。

8、因此，本发明实施例提供的电流传感器，通过在环形磁芯上设置一个匝数比较少的第二线圈单元，第二线圈单元中的线圈l2由于比第一线圈单元中的线圈l1的匝数少，其对导体大电流产生的高频磁场信号感应灵敏，可以感应到高频磁场信号并产生电压u2。此时，线圈l1主要感应低频磁场信号并产生电压u1，线圈l2主要感应高频磁场信号并产生电压u2，将电压u1和电压u2合并后，得到的检测信号能更准确地反应大电流导体中流经的电流大小。同时，当导体中的电流频率比较低时，线圈l1起主要的检测作用，而当导体中的电流频率比较高时，线圈l2起主要的检测作用，因此本申请提供的电流传感器还能对流经导体的电流的频率的范围有更大的适应。

技术特征：

1.一种电流传感器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述电压合并单元包括数字电压合并模块或模拟电压合并模块。

3.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述数字电压合并模块包括第一模数转换子单元、第二模数转换子单元、合并计算子单元和数模转换子单元，所述第一模数转换子单元输入端连接第一电压输入端，输出端连接合并计算子单元，所述第一模数转换子单元用于将电压u1转换为数字信号；所述第二模数转换子单元输入端连接第二电压输入端，输出端连接合并计算子单元，所述第二模数转换子单元用于将电压u2转换为数字信号；所述合并计算子单元输出端连接数模转换子单元，用于将两路数字信号进行合并计算，并将合并计算后的数字信号发送给所述数模转换子单元，所述数模转换子单元用于将数字信号转换成模拟信号并输出。

4.如权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述模拟电压合并模块包括加法器或者加法电路。

5.如权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述第一线圈单元包括电阻r4，所述电阻r4第一端连接于第一线圈单元的电压输出端，第二端连接于参考电压或者参考地。

6.如权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，第二线圈单元包括电阻r5，所述电阻r5的第一端连接在线圈l2的一端a，所述电阻r5的第二端连接在线圈l2的另一端b；或者，所述电阻r5的第二端通过中间单元连接在线圈l2的另一端b。

7.根据权利要求6所述电流传感器，其特征在于，所述加法电路，将电阻r4的第一端连接至电阻r5的第一端，将电阻r5的第二端连接至输出端；或者包括运算放大器a3，将电阻r4的第一端连接至运算放大器a3的一个输入端，将运算放大器a3的输出连接至电阻r5的第一端。

8.如权利要求7所述的电流传感器，所述r4的第一端连接至所述运算放大器a3的同相输入端，所述运算放大器a3的输出端连接至反相输入端；

9.如权利要求6所述的电流传感器，其特征在于：所述加法电路包括电容c2，所述第二线圈单元的第一端接地，所述第二线圈单元的第二端连接电容c2的第一端，所述电容c2的第二端连接第一线圈单元的电压输出端并连接信号输出端。

10.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述加法器包括反相加法器，所述反相加法器包括第一输入端、电阻r9、第二输入端、电阻r10、运算放大器a5,所述第一输入端通过电阻r9、所述第二输入端通过电阻r10分别连接运算放大器a5的反相输入端，所述运算放大器a5的输出端连接信号输出端，所述运算放大器a5的输出端还通过电阻r11连接反相输入端，所述运算放大器a5的同相输入端连接参考电压；或者，所述运算放大器a5的同相输入端通过电阻r12连接参考电压；所述第一输入端和第二输入端分别连接所述第一电压输入端和第二电压输入端。

11.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，所述加法器包括同相加法器，所述同相加法器包括第一输入端、电阻r9、第二输入端、电阻r10、运算放大器a5,所述第一输入端通过电阻r9、所述第二输入端通过电阻r10分别连接运算放大器a5的同相输入端，所述运算放大器a5的输出端连接信号输出端，所述运算放大器a5的输出端还通过电阻r11连接反相输入端，所述运算放大器a5的反相输入端连接参考电压；或者，所述运算放大器a5的反相输入端通过电阻r12连接参考电压；所述第一输入端和第二输入端分别连接所述电压合并单元的第一电压输入端和第二电压输入端。

12.如权利要求7所述的电流传感器，其特征在于，所述第一线圈单元中的线圈l1和第二线圈单元中的线圈l2由同一导线绕制，在所述导线中设置抽头供电阻r5的第一端连接，所述抽头将所述导线分为线圈l1和线圈l2。

13.如权利要求1至12任一所述的电流传感器，其特征在于：还包括第三线圈单元，所述第三线圈单元包括绕设在环形磁芯上的具有n3匝数的线圈l3，且满足n2>n3；所述第三线圈单元用于感应环形磁芯中更高频率磁场信号并产生电压u3,并将所述电压u3发送给电压合并单元；

14.如权利要求1至12任一所述的电流传感器，其特征在于：所述驱动单元包括差分放大器a1和功率放大器a2，所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器a1的同相输入端和反相输入端，所述差分放大器的输出端连接运算放大器a2的同相输入端，所述运算放大器a2的输出端连接所述第一线圈单元的电流输入端，所述运算放大器a2的反相输入端通过反馈电路连接所述运算放大器a2的输出端。

15.如权利要求1至12任一所述的电流传感器，其特征在于：还包括缓冲输出模块，所述缓冲输出模块包括运算放大器a4，运算放大器a4的同相输入端连接电压合并单元的输出信号端，运算放大器a4输出端通过反馈电路连接反相输入端，所述运算放大器a4的输出端输出信号至外部设备；

技术总结
本发明公开了一种电流传感器，通过在环形磁芯中增加用于感应高频信号的电压U2的第二线圈单元，使得第一线圈单元中的线圈L1可以设计为具有更多的匝数，从而在由线圈L1抵消通电导体产生的磁场时，流经线圈L1的驱动电流不需要很大，对电源电路单元的功率要求可以降低。而由于第二线圈单元中的线圈L2具有比较小的线圈匝数，其可以感应高频信号产生感应电压，从而弥补线圈L1增加匝数带来的感应高频信号幅度降低带来的影响。

技术研发人员：张兴杰,王冠群
受保护的技术使用者：深圳麦科信科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16