一款基于磁通门芯片的开环电流传感器
应急电源充电电流异常的故障分析
摘要：应急电源系统是后勤安全保障的重要组成部分，一旦应急电源系统发生故障，将直接影响其他系统的正常工作，后果严重时甚至会威胁到生命安全。
现针对应急电源充电电流异常时出现的应急电源故障进行详细的原理分析，并对排查出的故障问题进行技术改进，以避免今后应急电源再发生类似的故障问题。
关键词：应急电源系统；充电电流；冲击电流引言应急电源是在无市电的情况下采用电池组形式供电，通过控制器获取直流信号源，为其提供特定大小的电流源。
某型号应急电源在调试期间连续发生5次故障，故障非常频繁。
故障现象为上位机显示充电电流为0 A，应急电源正常充电，BMS控制器上报数据错误，点击“复位”按键后，故障仍然无法复位，从而使得整个项目的所有任务被迫中止，因此必须对该应急电源故障进行深入分析，从根本上解决该故障问题。
1应急电源设计原理应急电源主要由锂电池模组、BMS主控[4]、BMS从控、配电线路、机柜和配套软件等组成，采用钛酸锂电池作为储能单元，通过BMS主控和BMS从控进行电池管理和配电控制，输出高压直流电经供配电系统电源变换和配电后，为设备不间断供电。
锂电池模组由7P12S电池模组、BMS从控、接插件及结构件组成，主要实现能量储存、单体电压/温度采集/均衡、通信等；控制箱由BMS主控、充放电控制组件、电压传感器、电流传感器、绝缘检测仪、接触器、二极管、接插件及结构件等组成，主要实现充放电的控制，电压、电流采集，均衡控制，绝缘阻值、故障告警等上报。
应急电源的原理框图如图1所示。
高压直流母线回路有一个独立电流传感器PA1，电流传感器检测应急电源直流母线电流信号，电流信号通过调理电路转换为电压信号，BMS主控采集电压信号，经软件处理后通过CAN总线上传给CAN1/CAN2网段。
应急电源电流采样及数据上传原理框图如图2所示。
2故障分析跟踪发现某型应急电源故障时上位机显示充电电流数据异常，通过对应急电源硬软件、故障数据分析，总结出了可能出现的所有故障，故障树如图3所示。
磁通门电流传感器工作原理
磁通门电流传感器工作原理磁通门电流传感器是一种基于磁场原理工作的传感器，用于测量电流。
它利用安培力原理，通过测量磁场变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器具有响应速度快、精度高、安装方便等特点，在电力系统、工业自动化、电动车辆等领域得到广泛应用。
磁通门电流传感器的工作原理如下：当电流通过导线时，会在其周围产生磁场。
根据安培力法则，电流与磁场之间存在一种相互作用关系。
磁通门电流传感器利用这种相互作用关系，通过测量磁场的变化来间接测量电流。
磁通门电流传感器通常由铁芯、线圈和传感器芯片组成。
铁芯是磁通门电流传感器的核心部件，它能够集中磁场并引导磁力线通过线圈。
线圈是传感器的输入端，当电流通过线圈时，会在铁芯中产生一定的磁场。
传感器芯片则负责测量磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
在磁通门电流传感器中，磁场的变化是通过测量铁芯中磁场的强度来实现的。
当电流通过线圈时，铁芯中的磁场强度与电流成正比。
传感器芯片可以感知到磁场的强度，通过对磁场强度的测量，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器的工作原理可以通过以下步骤来描述：首先，当电流通过线圈时，线圈周围会产生磁场。
其次，铁芯集中磁场并引导磁力线通过线圈。
然后，传感器芯片感知到磁场的强度，并将其转化为相应的电信号。
最后，通过对电信号的处理和分析，可以得到电流的大小。
磁通门电流传感器具有许多优点。
首先，它的响应速度非常快，可以实时监测电流的变化。
其次，它的精度很高，可以满足对电流测量的精确要求。
此外，它的安装方便，可以直接套在被测导线上，不需要额外的电源供应。
另外，磁通门电流传感器具有较好的线性特性和低温漂移特性，能够在不同环境条件下稳定工作。
磁通门电流传感器在电力系统中的应用非常广泛。
它可以用于测量电力系统中的各种电流，如输电线路、变压器、发电机等。
通过对电流的实时监测和测量，可以提高电力系统的安全性和稳定性。
此外，磁通门电流传感器还可以用于电动车辆的电流监测和控制，以及工业自动化领域的电流检测等。
一种开启式磁通门电流传感器[实用新型专利]
![一种开启式磁通门电流传感器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/37782cd70912a21615792900.png)
专利名称：一种开启式磁通门电流传感器专利类型：实用新型专利
发明人：王秀,郭钢,胡高峰
申请号：CN201920505464.6
申请日：20190415
公开号：CN210465525U
公开日：
20200505
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种开启式磁通门电流传感器，包括底座，在底座上设有第一半圆形磁芯安装槽，在第一半圆磁芯安装槽上铰接有第二半圆形磁芯安装槽，所述第一半圆形磁芯安装槽内用于放置第一半圆形磁芯，第二半圆形磁芯安装槽内用于放置第二半圆形磁芯；还包括检测装置，所述检测装置包括绕设于第二半圆形磁芯底部的检测线圈及电路板，所述检测线圈依次与电路板上的峰值检波电路、仪表放大电路、滤波放大电路及单片机连接，所述单片机与PWM输出电路及Signal输出电路连接。
本实用新型提供一种开启式电流传感器，成本低廉、便于安装，供电范围宽，绝缘等级高，采用胶封的形式绝缘等级高，能够有效防水、防潮以及防尘；安装形式多样，可立式安装，可卧式安装。
申请人：宜昌市瑞磁科技有限公司
地址：443000 湖北省宜昌市高新区港城路6号微特智慧谷
国籍：CN
代理机构：宜昌市三峡专利事务所
代理人：成钢
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磁通门零磁通技术电流传感器原理解析
磁通门零磁通技术电流传感器原理解析一、引言电流传感器是一种广泛应用于电力系统中的重要装置，用于测量电路中的电流大小。
而磁通门零磁通技术电流传感器是一种常用的电流传感器，本文将对其原理进行详细解析。
二、磁通门零磁通技术电流传感器的基本原理磁通门零磁通技术电流传感器是一种基于法拉第电磁感应定律的传感器。
其基本原理是利用电流通过导线时所产生的磁场，通过检测磁场的变化来测量电流的大小。
三、磁通门零磁通技术的工作原理磁通门零磁通技术电流传感器采用了一对磁通门结构，其中一个磁通门固定在传感器的铁芯上，另一个磁通门则通过电流传感器的主导线穿过。
当电流通过主导线时，由于电流的存在，会在主导线周围产生一个磁场，进而影响到磁通门结构中的磁通量。
通过测量磁通门结构中的磁通量变化，可以间接得到电流的大小。
具体而言，磁通门零磁通技术电流传感器中的磁通门结构由一对同轴放置的磁通门组成。
在正常工作状态下，两个磁通门的磁通量相等。
当主导线中有电流流过时，由于电流的存在，会在主导线周围形成一个磁场，从而改变磁通门结构中的磁通量。
为了实现零磁通的状态，磁通门结构中会通过调节一个校准线圈的电流来抵消主导线中的磁场产生的影响，使得磁通门结构中的磁通量保持不变。
通过测量校准线圈中的电流大小，可以得到电流传感器中主导线中电流的准确值。
四、磁通门零磁通技术电流传感器的优势相比于其他电流传感器，磁通门零磁通技术电流传感器具有以下几个优势：1. 高精度：磁通门零磁通技术电流传感器通过校准线圈来实现零磁通状态，从而提高了测量的精度和准确性。
2. 宽量程：磁通门零磁通技术电流传感器可以根据需要调整校准线圈的电流，从而适应不同电流范围的测量需求。
3. 快速响应：磁通门零磁通技术电流传感器具有较高的响应速度，可以快速准确地测量电流的变化。
4. 抗干扰能力强：磁通门零磁通技术电流传感器采用了差分测量的方法，可以有效抑制外界电磁干扰，提高了测量的稳定性和可靠性。
磁通门电流传感器说明书
高精度电流传感器规格书AIT1000-SG深圳市航智精密电子有限公司AIT1000-SG 高精度电流传感器多点零磁通技术系统应用于现有高精度直流传感器技术之上，激励磁通闭环控制技术、自激磁通门技术及多闭环控制技术相结合，实现了对激励磁通、直流磁通、交流磁通的零磁通闭环控制，并通过构建高频纹波感应通道实现了对高频纹波的检测，从而使传感器在全带宽范围内拥有比较高的增益和测量精度。
产品图片核心技术性能特点◇激励磁通闭环控制技术◇原、副边隔离测量◇自激退磁技术◇出色的线性度和准确度◇多点零磁通技术◇极低的温漂◇多级量程自动切换技术◇极低的零漂◇温控补偿技术◇强抗电磁干扰能力◇宽频带和低响应时间应用领域◇医疗设备：扫描仪、MRI ◇轨道交通：高速列车、地铁、有轨无轨电车◇电力：变流器、逆变器◇测试仪器仪表：功率分析仪、高精密电源◇新能源：光伏、风能◇汽车：电动汽车◇舰船：电力驱动舰船◇航空航天：卫星、火箭◇计量：检定与校准◇智能电网测量：发电、电池监测、中低压变电站◇工业控制:工业电机驱动、焊接、机器人、吊车、电梯、滑雪升降机电气性能项目符号测试条件最小值标称最大值单位原边额定直流电流I PN_DC— — ±1000 — Adc 原边额定交流电流*I PN— — 707 — Aac 原边过载电流I PM1分钟— — ±1300 Adc 工作电压V C— ±14.2 ±15 ±15.8 V 功耗电流I PWR原边额定电流±30 ±700 ±830 mA 电流变比K N输入：输出1500:1 1500:1 1500:1 — 额定输出电流I SN原边额定电流— ±0.67 — A 测量电阻R M见图1 0 1.5 3 Ω＊：指交流有效值精度测量项目符号测试条件最小值标称最大值单位准确度X G输入直流，25±10ºC — — 10 ppm 线性度εL— — — 2 ppm 温度稳定性T C— — — 0.1 ppm/K 时间稳定性T T— — — 0.2 ppm/month 供电抗干扰T V— — — 1 ppm/V 零点失调电流I O@25ºC — — 1（用户可调零）ppm 纹波电流I N DC-10Hz — — 0.5 ppm动态响应时间t r di/dt=100A/us,上升至90%I PN— — 1 us 电流变化率di/dt — 200 — — A/us频带宽度（-3dB） F — 0 — 500 kHz零点失调电流I OT全温度范围— — ±5 μA安全特性项目符号测试条件数值单位隔离电压/ 原边与副边之间Vd 50Hz,1min 5 KV瞬态隔离耐压/ 原边与副边之间Vw 50us 10 KV爬电距离/ 原边与外壳之间dCp — 11 mm电气间隙距离/ 原边与外壳之间dCi — 11 mm 相比漏电起痕指数CTI IEC-60112 600 V一般特性项目符号测试条件最小标称最大单位工作温度范围T A—-40—+85ºC 质量M—1250±20g负载电阻使用说明图1：负载电阻与测量电流关系图运行状态说明◇正常运行时，绿灯常亮：设备上电后，当设备正常工作时，绿色指示灯常亮，D-Sub9接口的第3脚和第8脚导通。
基于零磁通的双隔离高电压传感器设计与实现
基于零磁通的双隔离高电压传感器设计与实现
牟宏杰;王阳;许涛;钟贻兵;高明星
【期刊名称】《传感技术学报》
【年(卷),期】2024(37)2
【摘要】传统霍尔电压传感器测量千伏级电压采用外接电阻转换成电流的方式,存在输入功率大和测量隔离度低的问题。
基于此,设计了一种基于零磁通的双隔离高电压传感器。
设计电阻阵列、仪表放大和运放双跟随匹配的U/I转换电路,降低输入功耗并精确传送测量电压;引入特殊耐高压设计的霍尔模块,对原次级磁场建立零磁通反馈,实现测量和输出隔离以及高精度线性转换;设计宽电压式DC-DC电源对内部高低压模块隔离供电。
测试结果表明,传感器线性度优于0.1%,精度优于0.2%,耐压达到2000 V,具有重要的工程价值。
【总页数】6页(P183-188)
【作者】牟宏杰;王阳;许涛;钟贻兵;高明星
【作者单位】山东航天电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.1;TP212.9
【相关文献】
1.基于磁通门原理的零磁通交直流电流传感器
2.单柜实现双隔离带接地双电压互感器的改造设计
3.基于FPGA的数字磁通门传感器系统设计和实现
4.基于磁通门和
磁阻传感器的混合宽带磁传感器的研究与设计5.基于零磁通原理的小电流传感器设计
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lcr0202参数
lcr0202参数LCR0202是一种常用的电流传感器，广泛应用于电力系统、工业自动化、仪器仪表等领域。
本文将从其原理、特点、应用以及市场前景等方面进行介绍。
一、原理LCR0202采用霍尔效应原理进行电流测量。
当电流通过传感器的芯片时，芯片内部产生的磁场与外部磁场发生作用，使得芯片上的霍尔元件输出一个与电流成正比的电压信号。
通过测量输出电压信号的大小，就可以得到电流的数值。
二、特点1. 高精度：LCR0202具有高精度的电流测量能力，测量误差小于1%。
2. 宽工作电流范围：LCR0202适用于0A-100A范围内的电流测量，可满足不同应用场景的需求。
3. 快速响应：LCR0202具有快速响应的特点，可在毫秒级时间内完成电流测量。
4. 无需外部电源：LCR0202采用自供电方式，无需外部电源供电，使用方便。
5. 小尺寸：LCR0202体积小巧，适用于空间有限的场合。
三、应用1. 电力系统中的电流监测：LCR0202可用于电力系统中的电流监测，实时监测电网的负荷情况，为电力调度提供参考依据。
2. 工业自动化领域：LCR0202可应用于工业自动化领域，用于监测电机、电炉等设备的电流，实现对设备运行状态的监控和控制。
3. 仪器仪表领域：LCR0202可用于仪器仪表中的电流测量，如电流表、电能表等，提供准确的电流数据。
4. 新能源领域：随着新能源的快速发展，LCR0202在太阳能发电、风能发电等领域也得到广泛应用，用于电流的监测与控制。
四、市场前景随着电力系统、工业自动化、新能源等领域的不断发展，对电流传感器的需求也在不断增加。
LCR0202作为一种高精度、快速响应的电流传感器，具有广阔的市场前景。
在电力系统中，电流传感器是实时监测电网负荷、保障电力供应安全的重要设备，因此对高精度、可靠性要求较高，LCR0202能够满足这一需求。
在工业自动化领域，随着工业 4.0的推进，对设备状态的监测与控制越来越重要，LCR0202的高精度和快速响应特点使其成为理想的选择。
一种开环自激振荡磁通门电流传感器
1.1系统组成与原理 电流传感器的结构如图1所示，主要包含传感器
探头(环形磁芯和激励绕组)，激励电路和检测电路。 其中激励电路包含逆变电路、电压比较器和驱动电 路。检测电路由采样电阻Rs和数字测量系统组成, 测量系统由DSP中的ADC模块、定时器、外部中断和 eCAP模块组成,详细分析将在2.2部分给出。图1 中儿为被测电流或初级电流;Np为初级绕组匝数, Np = 1；is为激励电流;他为激励绕组匝数。
本文提出了一种新型自激振荡磁通门电流传感
第4期
杨晓光，陈玫琪等：一种开环自激振荡磁通门电流传感器
435
器，该传感器采用新型数学模型和新型激磁电路，并 具有准数字的特点。与传统平均电流法数学模型相 比,所建立的数学模型更加简单和精确;与传统桥式 逆变激磁电路相比，所采用的激磁电路降低了控制电 路的复杂性，并减小了因驱动延时引起的测量误差。
Ht4 = -( HSat-2Hc ) lm 二 IpNp -It4 N
(5)
由式(5)可得出t4时刻电流值：
r (HSat-2Hc) lm +IpNp
It4=-----------------------
(6)
传感技术学报
436
chinatransducers. seu. edu. cn
第34卷
图1磁通门电流传感器
图2给出了磁芯的理想磁滞回线，其中Hc为 矫顽场强,Hsat为最小饱和磁场强度。激励电路输出 交变电压，使磁芯工作在两种状态:①饱和状态，② 不饱和状态。当磁芯中流过被测电流为0时，激励 电流波形是正负对称的；当磁芯中被测电流不为0 时，激励电流不再对称，如图3所示。激励电路的详 细分析将在1.3部分给出。激励电流波形上的工作 点与磁滞回线上的工作点逐一对应。
基于磁通门原理的高精度电流传感器的研制_吕冰
1.引言 用电流传感器作为电气设备绝缘在 线检测系统的采样单元，已得到业内人士 的共识。目前，电流传感器有多种类型， 如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导 磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自 旋共振电流传感器等。由于电力系统使用 环境的特殊性，许多传感器存在自身的局 限性。目前应用于电力系统的电流传感器 多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采 样方式上分，这类传感器主要有直接串入 式、钳式、闭环穿芯式三种。大量的研究 试验表明，基于“零磁通原理”的小电流 传感器更适合电力系统绝缘在线检测的要 求。本文所述小电流传感器即是以磁通门 技术为基本原理，加上闭环控制在电子电 路中的应用，使小电流传感器具有高精 度、高稳定度、抗干扰能力强等优点。 2.磁通门原理与电流传感器系统组成 2.1 磁通门原理 磁通门传感器是利用被测磁场中高 导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其 磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测 量弱磁场的。这种物理现象对被测环境 磁场来说好像是一道“门”，通过这道
一种自激型磁通门电流传感器的制作方法
一种自激型磁通门电流传感器的制作方法
自激型磁通门电流传感器的制作方法主要包括以下步骤：
1. 设计传感器结构：根据需求和性能要求，设计传感器的整体结构，包括磁芯、绕组、信号处理电路等部分。
2. 选取合适的磁芯材料：选择具有高磁导率、低磁滞、低矫顽力的磁性材料作为磁芯，如铁氧体、钕铁硼等。
3. 绕制绕组：在磁芯上绕制适当的绕组，一般采用高导电率的铜线或者银线，按照设计好的匝数和线径进行绕制。
4. 制作信号处理电路：根据传感器的输出信号特点，设计信号处理电路，包括放大器、滤波器、解调器等部分，用于提取有效信号并进行处理。
5. 集成与测试：将绕组和信号处理电路集成在一起，并进行性能测试，检查传感器的各项指标是否符合设计要求。
6. 优化与改进：根据测试结果，对传感器进行优化和改进，以提高性能和稳定性。
需要注意的是，具体的制作方法可能因应用需求、材料选择、工艺条件等因素而有所不同。
在实际制作过程中，需要根据具体情况进行适当的调整和改进。
开环电流传感器
开环电流传感器什么是开环电流传感器？开环电流传感器（Open Loop Current Sensor，OLCS）是一种能够测量电流的传感器。
其测量原理基于欧姆定律，通过测量电路中的磁场来计算电流强度。
与闭环电流传感器相比，开环电流传感器不需要将电路中的电缆或其他连接器穿过传感器内部。
因此，开环电流传感器安装简单，并且比闭环电流传感器更经济实惠，通常被广泛应用于电力电子、电力测量和能源管理等领域。
开环电流传感器的工作原理开环电流传感器通过电感原理来测量电流。
当电流通过测量装置的线圈时，产生磁场。
磁场会产生电势，这些电势通过线圈和电路测量。
测量装置的放大器将这些电势转换为电压信号，可以通过处理电路进行放大和输出。
通常使用的原理是霍尔传感器和差分放大器电路。
开环电流传感器的优点1.开环电流传感器可以进行无接触的电流测量。
因为其不需要直接与测量电路相连，所以无需开断电路或改变电路参数，减少了电路对整个系统的影响。
2.安装和使用方便。
开环电流传感器的安装非常简单，只需要安装在电缆上或周围即可，可以通过螺钉或夹子固定。
因此，安装和使用都非常方便。
3.成本优势。
开环电流传感器不需要多余的连线和接头，因此可以减少制造成本和维修成本。
同时，使用开环电流传感器还可以减少能源消耗、降低系统的温度和噪音等。
开环电流传感器的应用由于其无接触、易安装和成本优势等特点，开环电流传感器被广泛应用于电力、电子、汽车、照明和工业等领域。
1.电力领域：开环电流传感器可用于测试电流测量、电力传输、发动机控制以及高压线上电流监测等。
2.电子领域：在电子领域，开环电流传感器主要用于测试电子产品的耗电量，以提高效率并延长电池寿命。
3.汽车领域：在汽车领域，开环电流传感器可以用于电池电量检测、车内电气系统的电流检测等。
4.照明领域：在照明领域，开环电流传感器可以用于检测灯具的电流和功率，以确保照明效果和节能。
5.工业领域：在工业领域，开环电流传感器可用于测量机器人和机械的电流，以检测故障和提高生产效率。
莱姆电子（中国）有限公司：IN2000-S高精度电流传感器
莱姆电子（中国）有限公司：IN2000-S高精度电流传感器佚名
【期刊名称】《传感器世界》
【年(卷),期】2018(24)7
【摘要】莱姆采用新一代磁通门技术，推出IN2000．S高精度电流传感器，实现额定2000A的DC、AC和脉冲电流的非接入式的隔离测量。
老款2000A的高精
度传感器，温度范围一般为＋10℃--＋40℃或＋50℃，IN2000-S将工作温度范
围扩展到。
40℃～＋85℃，使其可以用于除实验室以外的更多的领域，包括传统
的工业测试设备、医疗设备（如MRJ、质子疗法等）、精密电机控制器和计量等。
【总页数】1页(P58-58)
【关键词】电流传感器;高精度;工作温度范围;磁通门技术;电机控制器;脉冲电流;测
试设备;医疗设备
【正文语种】中文
【中图分类】TM936.2
【相关文献】
1.莱姆电子——电量传感器技术领航者——访莱姆电子（中国）有限公司总经理
张宗慧先生 [J], 徐红志
2.莱姆公司 IN2000-S高精度电流传感器 [J],
3.莱姆电子CAB高精度电流传感器 [J],
4.GHS系列隔离式电流传感器莱姆电子（中国）有限公司 [J],
5.GO系列电流传感器莱姆电子(中国)有限公司 [J],
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闭环霍尔方案以及磁通门方案---电流传感器
闭环霍尔方案以及磁通门方案---电流传感器闭环霍尔电流传感器下图为前文介绍过的开环霍尔电流传感器的结构图（图片来自于LEM官网），待测电流Ip建立起磁芯内的磁场后，通过霍尔元件感应出的霍尔电压来测量电流值大小；它对外输出的是一个电压模拟量。
而闭环霍尔电流传感器是基于开环原理（下图来自于网络），然后引入了补偿电路；通过磁芯的有两部分电流：原边待测电流与副边补偿电流；原边待测电流就是指电池流经母线铜排中的大电流，而副边补偿电流是由闭环霍尔电流传感器内部产生的，流经磁芯上的副边线圈。
具体地（下图来自于LEM官网），霍尔元件感应出来的霍尔电压并没有直接用于测量，而是霍尔电压通过放大电路后产生了一个副边电流，这个副边电流流过缠绕在磁芯上的线圈，然后通过采样电阻Rm流到地。
这样的话副边电流也会在磁芯中产生一个磁场，并且设计让这个磁场与原边待测电流产生的磁场方向相反，强度相等，那么总磁通量为0，即霍尔元件处于0磁通的环境中。
接下来，当霍尔元件中的磁通为0后，就会得到如下公式，通过测量Is，即可得到Ip；Ns一般为1000~5000，Is一般为25mA~300mA左右。
磁通门电流传感器（Fluxgate）磁通门电流传感器才是我们经常遇到的产品，如LEM的CAB系列。
磁通门电流传感器又可以分为几种，如下图所示（图片来源LEM官网）：例如标准型、C-type、IT-type、低频型等，这里介绍比较基本的标准型磁通门原理。
标准型的磁通门电流传感器结构很类似闭环霍尔结构，如下图所示（图片来源于网络），只是在磁芯的气隙处放置的不是霍尔元件，而是一个磁通门的传感器，即可饱和电感。
具体地，在结构上同样有原边待测电流Ip（母线中电流），副边反馈电流Is（副边线圈中），同样地，只要让气隙中的总磁通量为0，根据下式可以计算出Ip：此方案的原理框图如下（来源于LEM官网），前面我们知道了计算电流Ip 的方法，即调节副边电流Is，使得气隙处的总磁通量为0，即可得出Ip；那么，我们怎么实时检测气隙处的磁通量，然后调节磁通量为0呢？这里在气隙处应用了可饱和电感作为探头来识别气隙处的磁通量（下图来源于LEM官网），它是由磁芯与线圈组成的电感探头。
一种单环磁通门传感器的设计与仿真
一种单环磁通门传感器的设计与仿真陈浩;倪大成;任浩;郑华雄;李敏【摘要】文中提出了一种单环磁通门传感器并介绍了单环磁通门的工作原理.另外介绍了一种磁芯的等效电路模型,并以此为基础建立单磁芯磁通门传感器仿真模型,通过制作产品和仿真分析确定传感器设计的合理性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)013【总页数】5页(P123-127)【关键词】单环;电流传感器;仿真;激励信号;小电流测量【作者】陈浩;倪大成;任浩;郑华雄;李敏【作者单位】宁波中车时代传感技术有限公司浙江宁波315021;宁波中车时代传感技术有限公司浙江宁波315021;宁波中车时代传感技术有限公司浙江宁波315021;宁波中车时代传感技术有限公司浙江宁波315021;宁波中车时代传感技术有限公司浙江宁波315021【正文语种】中文【中图分类】TM933.1磁通门传感器本质上是一种利用法拉第电磁感应定律的测磁传感器。
磁通门传感器要求磁铁芯高导磁率，铁芯在激励信号作用下周期饱和，通过这种方式将被测信号调制，然后通过电路解调和处理输出[1-2]。
磁通门原理的传感器的分辨力一般能达到10-8～10-9T[3-5]，而霍尔元件很难测量1 mT以下的弱磁场[6]。
随着工业技术进步，越来越多的场合需要进行微小电流检测，霍尔传感器已无法满足需求，磁通门传感器的优势得以凸显。
多数磁通门传感器采用双环原理，一环为激励线圈，另一环为感应线圈[7-8]，另外有追求高精度的多环磁通门传感器，也有为精度要求不高场合而设计的成本相对低廉的单环磁通门传感器，其激励线圈和感应线圈为同一组线圈。
本文设计了一款单环磁通门传感器，应用于漏电流测量领域。
1 单环磁通门探头原理单环磁通门探头的工作原理如图1所示，周期变换的激励信号激励磁芯，产生激磁磁场。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会使线圈内产生感应电动势。
当原边通有电流Ip时，铁芯中产生磁场Hp。
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器工作原理图文详解
磁通门电流传感器是一种是以磁通门技术为基本原理，加上闭环控制在电子电路中的应用，磁通门传感器具有分辨力高、测量弱磁场范围宽、可靠、能够直接测量磁场的分量和适于在速运动系统中使用等特点。
下面本文就对磁通门电流传感器的工作原理及构成等进行详细介绍。
磁通门电流传感器工作原理磁通门传感器的工作原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯：一个是激励线圈，另一个是信号线圈。
在交变激励信号fl的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号。
因为磁通门传感器是利用被测磁场中高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量弱磁场的。
这种物理现象对被测环境磁场来说好像是一道门，通过这道门，相应的磁通量即被调制，并产生感应电动势。
利用这种现象来测量电流所产生的磁场，从而间接的达到测量电流的目的。
磁通门电流传感器原理图
二、磁通门电流传感器的构成下图是磁通门电流传感器的系统构成
磁通门电流传感器系统构成框图
电流传感器的系统框图所示。
电流所产生的的磁场在磁通门探头内经激励信号调制后，通过峰值检波和积分滤波电路产生有用的电压信号，然后经过反馈，使电流传感器工作在零磁通状态。
图1：磁通门绕组结构图。
三磁芯磁通门电流传感器原理
三磁芯磁通门电流传感器原理今天咱们来唠唠三磁芯磁通门电流传感器的原理，这可有点像探秘一个超级有趣的小世界呢。
咱先得知道啥是磁通门。
你可以把磁通门想象成一个特别聪明的小门卫，专门看守磁通量这个调皮的小怪兽。
磁通量就像一阵看不见的小旋风，在各种电路里跑来跑去。
那三磁芯磁通门电流传感器呢，它有三个磁芯，就像三个小伙伴手拉手。
这三个磁芯啊，可是有大作用的。
磁芯是一种能够聚集磁力线的东西，就像一个小磁场所喜欢的小窝。
当电流要通过的时候，就好像一群小蚂蚁要搬家，这个电流会产生磁场。
这个磁场呢，就会影响到磁芯里的磁通量。
对于三磁芯磁通门电流传感器来说，它其中一个磁芯是用来做激励的。
这个激励磁芯就像一个小鼓手，不停地敲打着节奏。
它会产生一个交变的磁场，这个交变磁场就像一个波动的小海浪，在磁芯周围晃悠。
另外两个磁芯呢，就像是两个小耳朵，在静静地听着这个小海浪的动静。
当有电流通过的时候，电流产生的磁场就会和这个激励磁芯产生的交变磁场相互作用。
你想啊，就像两个人跳舞，一个人按照自己的节奏跳，另一个人突然加入，那这个节奏就会发生变化。
电流产生的磁场就像那个突然加入的舞者，它让原本的交变磁场变得不一样了。
这两个作为检测的磁芯就能感受到这种变化。
它们就像两个超级敏感的小侦探，哪怕磁场有一点点的变化都能察觉到。
这种变化会在磁芯里产生感应电动势。
感应电动势就像是一个小信号，在告诉我们：“有电流来捣乱啦！”然后这个小信号就会被后面的电路捕捉到。
这个小信号可是很重要的呢，就像一个小秘密一样。
电路会把这个小信号进行处理，就像把小秘密解读出来。
通过一系列复杂又有趣的计算和转换，最后就能知道通过的电流到底有多大啦。
这三磁芯磁通门电流传感器就像是一个小小的电流侦探团。
三个磁芯各有各的任务，激励磁芯负责制造波动，检测磁芯负责发现波动的变化，然后整个电路就像一个智慧的大脑，把这些发现转化成我们能看懂的电流大小。
而且啊，这种传感器还特别的精准。
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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
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
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
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。
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]
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
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）
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
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