[发明专利]一种低纹波磁调制电流传感器

说明书

技术领域

本发明属于精密电流测量领域，尤其涉及一种低纹波磁调制电流传感器。

背景技术

单磁芯磁调制电流传感器具有结构简单、成本低廉的优点，基本原理如图1所示。在图1中，高磁导率环形磁芯C1和绕组W1构成非线性电感，该电感与比较器A1、电阻R1、R2和R3，以及稳压管限幅电路B1构成自激振荡器，其测量电流的基本原理是基于绕组W1中的激磁电流i1的平均值与原边被测电流IP1之间的线性关系，也即电阻R1上的电压v2的平均值与被测电流IP之间的线性关系，而电压v2的平均值可由低通滤波器B2滤除v2中的高频分量得到。

但现有单磁芯磁调制电流传感器存在两个主要问题。一是由于变压器效应，磁芯C1中的调制磁通将在绕组WP上感应具有调制频率谐波的纹波电压，从而对被测回路造成干扰。二是为了保证传感器的响应速度，低通滤波器B2的时间常数不能设置太大，由此带来的问题是输入信号中的高频分量不能被有效衰减，从而导致输出信号中仍然存在具有与调制频率基波及奇次谐波频率相同的高频纹波，从而引入测量误差。

发明内容

为了解决现有单磁芯磁调制电流传感器存在的主要问题，本发明提供了一种低纹波磁调制电流传感器，包括单磁芯磁调制电流传感器电路和低通滤波器，其特征在于，还包括调制纹波抑制电路，所述调制纹波抑制电路串接在单磁芯磁调制电流传感器电路和低通滤波器之间。调制纹波抑制电路用于抑制由于变压器效应在原边绕组(WP)上感应的纹波电压，以及抑制由于低通滤波器时间常数有限而在输出信号(VO)上产生的纹波电压。

根据本发明的优选实施例，单磁芯磁调制电流传感器电路由第一磁芯、第一绕组、比较器、第一电压变换电阻、第一门限电压设置电阻、第二门限电压设置电阻和稳压管限幅电路构成。

根据本发明的进一步优选实施例，调制纹波抑制电路由第二磁芯、第二绕组、单位增益反相器、第二电压变换电阻、高通滤波器和求和电路构成。

根据本发明的进一步优选实施例，第一绕组的同相端连接比较器的输出端，第一绕组的非同名端连接比较器的反相端，同时与第一电压变换电阻相连，而第一电压变换电阻的另一端接地，第一门限电压设置电阻的一端接地，另一端接比较器的同相端，同时与第二门限电压设置电阻的一端相连，而第二门限电压设置电阻的另一端接比较器的输出端，稳压管限幅电路的一端接比较器的输出端，另一端接地，单位增益反相器的输入端与比较器的输出端相连，单位增益反相器的输出端接第二绕组的同名端，第二绕组的非同名端与第二电压变换电阻的一端和高通滤波器的输入端相连，第二电压变换电阻的另一端接地，而高通滤波器的输出端连接求和电路的输入端，求和电路的另一个输入端与比较器的反相端、第一绕组的非同名端和第一电压变换电阻的非接地端相连，求和电路的输出端连接低通滤波器的输入端，而低通滤波器的输出信号即为传感器所测信号。

根据本发明的进一步优选实施例，低通滤波器包括一阶有源低通滤波器，高阶有源低通滤波器，一阶无源低通滤波器，或高阶无源低通滤波器中的任意一种。

根据本发明的进一步优选实施例，第一磁芯与第二磁芯具有相同的物理特性和几何尺寸。

根据本发明的进一步优选实施例，第一绕组与第二绕组匝数相同或者匝数不同。

根据本发明的进一步优选实施例，高通滤波器包括一阶有源高通滤波器，高阶有源高通滤波器，一阶无源高通滤波器，或高阶无源高通滤波器中的任意一种。

根据本发明的进一步优选实施例，求和电路由有源器件或无源器件构成。

根据本发明的进一步优选实施例，有源器件为运算放大器，无源器件为电阻。

通过在单磁芯磁调制电流传感器电路和低通滤波器之间串接入调制纹波抑制电路，即抑制了由于变压器效应在原边绕组WP上感应的纹波电压，而且抑制了由于低通滤波器时间常数有限而在输出信号VO上产生的纹波电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，以下描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它实施例及其附图。

图1为现有技术单磁芯磁调制电流传感器的原理图。

图2为本发明提供的低纹波磁调制电流传感器的原理图。

图3为电流传感器不包含调制纹波抑制电路时在绕组WP上的调制纹波的频谱仿真图。

图4为电流传感器包含调制纹波抑制电路时在绕组WP上的调制纹波的频谱仿真图。