一款基于磁通门芯片的开环电流传感器

比 较 ，对 其 设 计 方 案 进 行 了 着 重 阐 述 ，通 过 理 论 分
图 1 磁通门芯片位置示意图
析、仿真计算以及结合实际样机测试数据，对传感器
源自文库
当 原 边 母 排 通 入 一 定 电 流 时 ，磁 通 门 感 应 芯 片
的测试误差进行了简要分析。 收稿日期：2018-01-24 稿件编号：201801122
传感器所采用的磁通门感应芯片饱和磁感应强度 Bm≤±2 mT，相 较 于 普 通 霍 尔 元 件 几 百 mT 饱 和 磁 感 应强度值，其感应精度较高，能对微弱磁场进行感应 并输出相应信号，不需要软磁材料进行聚磁，因此，本 开环电流传感器可以有效去除铁芯可能带来的影响：
1）铁芯剩磁影响 传 统 的 开 环 式 电 流 传 感 器 铁 芯 剩 磁 较 大 ，磁 滞 回差较大（≤1%），影响传感器过程调试及测量精度， 本 方 案 电 流 传 感 器 无 铁 芯 ，影 响 传 感 器 磁 滞 回 差 的 只有芯片本身的磁滞，由芯片手册知，其回差≤0.2% 2）铁芯饱和影响 传 统 开 环 式 电 流 传 感 器 铁 芯 存 在 饱 和 现 象 ，当 原 边 电 流 增 大 到 一 定 程 度 时 ，铁 芯 磁 感 应 强 度 不 在 增大，因此传感器测量范围主要受限于铁芯，本方案 电 流 传 感 器 无 铁 芯 ，影 响 传 感 器 测 量 范 围 的 主 要 是 芯片饱和磁感应强度。 3）铁芯温漂影响 传统开环式电流传感器铁芯气隙直接影响传感 器测量范围及精度，铁芯本身性能受温漂影响较大， 且 铁 芯 气 隙 受 温 度 变 化 影 响 较 大 ，因 此 电 流 传 感 器 温漂性能较差，而本方案无铁芯，芯片本身温漂性能 较高（7ppm/℃）。
传统的霍尔直放式电流传感器是应用霍尔原理 的开环电流传感器，适合于对交流、直流和脉动电流
1 传感器工作原理介绍
的 隔 离 精 确 测 量 。 具 有 精 度 高 、线 性 好 、反 应 时 间 快 、电 流 过 载 能 力 强 等 特 点 ，广 泛 应 用 于 城 轨 地 铁 、 铁路机车、风电、光伏、变频器、UPS 等电流精密检测 应用领域 。 [1-2]
会感受其中磁感应强度大小，并转化成电流信号 Iout 输出，该电流信号经过采样电阻 Rm 转化成电压信号
作者简介：徐东海（1986—），男，浙江海宁人，工程师。研究方向：电流电压传感器。 -188-
徐东海，等 一款基于磁通门芯片的开环电流传感器
Vm，并 最 终 经 过 运 算 放 大 器 放 大 输 出 相 应 电 压 Vout， 如图 2 所示，其中
随着轨道交通行业等领域的发展程度不断提 高，对传感器的要求也在不断提高，小型化、智能化、 低 成 本 、安 装 维 护 方 便 是 传 感 器 以 后 的 主 流 发 展 方
1.1 传感器工作原理 本 开 环 电 流 传 感 器 主 要 由 原 边 母 排 ，磁 通 门 芯
片 以 及 印 制 板 电 路 组 成 ，其 中 磁 通 门 芯 片 以 及 印 制 板 电 路 被 密 封 在 外 壳 之 中 ，原 边 母 排 中 开 有 一 定 直 径大小的圆孔，磁通门芯片位于圆孔中心两侧，如图 1 所示。
Abstract: This paper mainly focus on a new kind of fluxgate chip based open- loop current transducer， which has advantages of compactness，high sensitivity， light weight， low cost and simplicity of installation. In this paper，firstly，the principle of the current transducer，as well as the reason why it gains ascendancy over traditional hall current transducer， will be introduced. After that，the design method of this current transducer will be shown in detail. Finally，the transducer will be analyzed under its corresponding calculations，simulations and experiment data. Key words: high sensitivity；fluxgate chip；open-loop；current transducer
第 26 卷 第 20 期 Vol.26 No.20
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2018 年 10 月 Oct. 2018
一款基于磁通门芯片的开环电流传感器
徐东海，朱胜平，王 臻，李 敏，任 浩，倪大成
（宁波中车时代传感技术有限公司 浙江 宁波 315021）
据，对传感器的测试误差进行了简要分析。
关键词：高灵敏度；磁通门芯片；开环；电流传感器
中图分类号：TP212.1
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2018）20-0188-06
Fluxgate chip based open⁃loop current transducer
XU Dong⁃hai，ZHU Sheng⁃ping，WANG Zhen，LI Min，REN Hao，NI Da⁃cheng （Ningbo CRRC Times Transducer Technique Co.，Ltd，Ningbo 315021，China）
Iout = B∙GFlux ； Vm = Rm∙Iout ； Vout = Vm∙Gamp ； GFlux：磁通门芯片增益，12.2 mA/mT； Rm：增益电阻，可根据实际需求调整； Gamp：磁通门芯片内部运放增益，4 V/V；
图 2 工作原理
1.2 与开环霍尔电流传感器比较 与 传 统 的 开 环 式 霍 尔 电 流 传 感 器 相 比 ，本 电 流
摘要：本文介绍了一款新型的高灵敏度磁通门芯片的新型开环式电流传感器，它具有体积小，重量
轻 ，成 本 低 ，安 装 维 护 方 便 等 优 点 。 本 文 简 要 介 绍 了 该 电 流 传 感 器 工 作 原 理 以 及 与 传 统 霍 尔 电 流
传感器的比较，对其设计方案进行了着重阐述，通过理论分析、仿真计算以及结合实际样机测试数
向，这就对传感器设计开发提出了更高的要求[3]。
文中介绍了一款新型的高灵敏度磁通门芯片[4-6]
的 新 型 开 环 式 电 流 传 感 器 ，它 具 有 体 积 小 ，重 量 轻 ，
成 本 低 ，安 装 维 护 方 便 等 优 点 。 本 文 简 要 介 绍 了 该
电流传感器工作原理以及与传统霍尔电流传感器的