[发明专利]一种磁通门电流传感器及电流测量方法

权利要求书

1.一种磁通门电流传感器，其特征在于，包括：磁探头和激励检测电路，所述磁探头包括激磁铁芯及激磁线圈，所述激磁线圈与所述激励检测电路连接；

所述激励检测电路用于向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，激励所述激磁线圈产生交变的激磁电流，并使所述激磁铁芯交变地达到饱和状态；

所述激励检测电路包括直流电压源Vdc、H桥电路和差值测量电阻，所述差值测量电阻包含Re1和Re2；

所述的直流电压源Vdc为所述H桥电路提供供电电源，所述H桥电路包括4个开关器件，所述开关器件包括MOS管，所述MOS管内部自带续流二极管；

其中，所述H桥电路的上桥臂由PNP型MOS管 Q1和Q2 构成，下桥臂由NPN型MOS管Q3和Q4构成，所述下桥臂Q4的输出端与所述差值测量电阻Re1的正端连接，所述下桥臂Q3的输出端与所述Re2的正端连接，所述Re1和Re2的负端与所述电流传感器的零电位参考点连接；

所述激励检测电路还被构造用于将所述激磁线圈中流过的激磁电流，等效转换为和两个电流的差值，并通过差值等效电流求取流过所述激磁线圈的激磁电流平均值，进而通过激磁电流平均值求取一次待测直流电流的值，所述差值等效电流被构造用来消除所述电流传感器的零点漂移。

2.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述激磁铁芯是环形闭合的高磁导率的可饱和软磁铁芯，所述激磁铁芯用来承载一次待测直流电流产生的磁通以及所述激磁线圈中流过的激磁电流所产生的磁通，所述激磁线圈缠绕在所述激磁铁芯上。

3.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述激励检测电路向所述激磁线圈输出交变的激磁电压，所述交变的激磁电压构造方法如下：

控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通，开关器件Q1和Q4导通时，开关器件Q2和Q3关闭，所述开关器件Q1和Q4关闭时，所述开关器件Q2和Q3导通，从而在所述激磁线圈两端构造出正电压和负电压交变的激磁电压来激励所述激磁线圈。

4.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，控制所述H桥电路中的4个开关器件两两交替导通的控制方法如下：

通过对所述激磁铁芯的磁性能参数和尺寸进行计算，得到使所述激磁铁芯充分饱和的电流阈值，在所述电流传感器的设计中，所述的电流阈值满足以下条件，，其中，为一次待测直流电流值，为所述激磁线圈Le的匝数；

当所述Re1上通过的正向电流值达到所述电流阈值时，开关器件Q1和Q4关闭，开关器件Q2和Q3导通，当所述差值测量电阻Re2上通过的正向电流值达到所述电流阈值时，所述开关器件Q2和Q3关闭，所述开关器件Q1和Q4导通，从而通过所述Re1和Re2上流过正向电流的峰值来控制H桥电路中的4个开关器件两两交替导通。

5.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述差值等效电流的构造原理如下：

4个所述开关器件两两交替导通，H桥上桥臂的1个开关器件与H桥下桥臂的1个开关器件同时导通，流过所述激磁线圈的激磁电流流过Re1和Re2形成电流回路；

开关器件Q1和Q4导通时，所述激磁电流流过所述Re1，此时定义所述激磁电流与所述Re1上的电流方向相同，开关器件Q2和Q3导通时，所述激磁电流流过所述Re2，此时所述激磁电流和所述Re2上的电流方向相反，所以所述激磁电流与所述差值等效电流相等，即。

6.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器，其特征在于，所述电流传感器还包括运算放大器、ADC模数转换器和微处理器MCU；

在通过所述差值等效电流求取所述激磁电流平均值的过程中，通过运算放大器进行增益调整，变成数字信号输出时，通过ADC模数转换器进行采样，通过微处理器MCU进行运算。