电流测量方法简要介绍
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Байду номын сангаас
Trace 电阻产生的电压信号非常小（Trace 电阻很小 小） ，因此需要高增益的放大器放大电压信号，高增 益放大器的带宽性能往往成为瓶颈。 有研究者提供了一些利用 PCB 的 Trace 电阻进 行电流测量的研究资料。同时研究表明，由于铜具 有很大的热漂移，因此这种测量方法不适用于测量 精度要求高的应用场合。
2）电流变压器电流测量
图 7 所示为一个简单的 1:N 的电流变压器，变 压器的次级线圈有一个负载电阻 RS 。
图 8
如图 8 所示，有研究者通过改善负载电阻而显 著降低了电源转换器领域电流测量过程中的电压降 现象的发生。
3）法拉第电磁感应电流测量总结
法拉第电磁感应电流测量在原理提供了待测量 电路与测量电路之间的电气隔离；这种测量方法不 能够直接进行直流电流的测量。
基于法拉第电磁感应定律的电流测量方法从测 量原理上满足了待测量电路与测量电路之间的电气 隔离。
1）罗氏线圈
如图 5 所示的无磁芯罗氏线圈（Rogowski Coil） 是法拉第电磁感应定律电流测量的典型应用。
图 3 铜 Trace 电阻测量 200A 电流时绝对误差
可以通过温度传感器测量铜的温度， 并对铜的 热漂移误差进行补偿可以提高测量精度；然而我们 必须意识到，温度传感器与铜之间的热阻也会造成 测量误差。 图 3 所示的是测量利用铜 Trace 电阻测量 200A 电流时绝对误差，以及添加温度补偿后的改进。 有一点尤其值得注意的是：由于无法在生产过 程中控制铜的 Trace 电阻的精度， 因此需要对信号进 行刻度提高精度（通常可以在室温下达到 0.1%的精 度） 。
图 12 霍尔效应 图 11 常用闭环磁场传感器电流测量配置电路
与开环式配置电路相比，闭环式配置电路多了 副边补偿绕组，正是副边补偿绕组，将闭环式配置 电路的性能进行了大幅度提升。放大电路接受磁感
如图 12 所示， 磁场 B 在穿过导体的同时也穿过 了感应线圈，导致霍尔电压 v 降低。因此需要添加 一个具有相同面积但是极性相反的线圈，以消除电 压降低现象。同时，在零磁场时，传感器会输出一 个偏移电压，因此在使用中需要添加一些额外的电 路降低偏移电压的影响。
电流测量方法简要介绍
目前市面上常见的电流测量产品，可以根据产 品的设计和技术进行分类，也可以根据电流测量的 指导原理进行分。 根据电流测量指导原理可将目前常见的电流测 量设备分为以下四类：以欧姆定律为指导的测量技 术， 包括分流电阻感测、 导体 Trace 电阻感测和电感 寄生电阻感测；法拉第电磁感应定律为指导的测量 技术，包括罗氏线圈和电流变压器测量；通过测量 磁场进而测量电流，包括霍尔效应、磁通门、各向 异性磁电阻效应和巨磁阻效应；以法拉第效应（磁 致光旋效应）为指导的测量技术，包括旋光仪电流 测量方法和干涉仪电流测量方法 降的关系表达式。
图 2 分流电阻测量位置
低边电流测量的优点是测量输入端的平均电压 接近于零，能够抗高压尖峰干扰，可监测高压系统 电流； 高边电流测量可检测电路中的所有下行故障。
2） Trace 电阻电流测量
采用电路中导体的自身的 Trace 电阻代替分流 电阻测量电流也是一种可选择的电流测量方法。这 种方法的优势在于测量过程中并未引入额外的电阻， 不产生额外的电能损失；而这种方法的缺点在于
图 13 基本磁通门原理图
对于图 13 所示的基本磁通门传感器， 信号线圈 在 P 端输出的电压信号如下：
v = - NA ç
æ dBE + Ku u × dH M + Ku H × dur ö ÷ 0 r 0 M è dt dt dt ø
(10)
其中 H M 是待测量的外磁场强度， BE 是周期性 变化的激励磁场 H E 在磁芯中的磁通量密度， N 是 信号线圈的圈数， A 是磁芯的截面积， K 是磁芯与 H M 的耦合系数。在图 13 所示的设计中，激励磁场 也会在信号线圈在产生输出电压信号，这是这种设 计最显著的缺点； 图 14 所示的改进型双磁芯磁通门 传感器可以消除这种缺点。
1） 分流电阻
分流电阻是最简单的电流测量方法，既可用于 测量交流电流也可用于测量直流电流。分流电阻电 流测量的最大弊端是向待测回路中接入了电阻，造 成了电能消耗（ I 2 R ） 。 同轴分流电阻和表贴式（SMD）分流电阻是两 种最常用的分流电阻。同轴分流电阻能够测量上升 时间为几个纳秒，量级高达 kA 的电流，在测量带宽 方面有着突出优势；表贴式分流电阻通常用于测量 高达 100 - 200 A 的直流电流，具有体积小，成本低 的优势。 根据分流电阻放置位置，可以将分流电阻测量 分为高位测量和低位测量。
图 1 电流测量方法分类
同一种测量方法往往还有不同的测量配置方法， 例如分流电阻测量中可分为高位测量和低位测量， 磁场测量中又可以分为开环和闭环。
1. 欧姆定律电流测量
在电路学里，欧姆定律（Ohm's law）表明，导 电体两端的电压与通过导电体的电流成正比。而对 于电阻物质或导电物质，欧姆定律可以推广为： (1) J = s ( E + v ´ B) 式中 J 是电流密度， E 是电场强度， v 是电荷 流动速度， B 是作用在电荷上的磁通量密度， s 表 征材料的导电性。通常情况下，可以简化上式的第 二项： (2) J =sE 这便是欧姆定律在电路学中电流、电阻和电压
元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕 组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流 产生的磁场在空隙处大小相等，方向相反，抵消原 边磁场，形成负反馈闭环控制电路。若副边电流过 小，产生的磁场不足以抵消原边磁场，放大电路将 输出更大的电流，反之，放大电路输出电流减小， 从而维持空隙处的磁场平衡。 若原边电流发生变化， 空隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样 会调节副边输出电路，使磁场重新达到平衡。 闭环方案从理论上消除了磁滞和涡流效应的影 响；磁芯的非线性不对测量线性造成影响；与此同 时，闭环方法降低了热漂移的影响。闭环方案体积 更大，成本更高，制作也更为复杂；同时为保证空 隙磁场平衡， 需要给反馈电路提供高达 15V 的电压。 这种方法能够测量直流电流，却无法达到罗氏 线圈和电流变压器能够达到的精度，因此将罗氏线 圈、电流变压器和磁场电流测量方法结合起来是一 种弥补各种技术缺点的解决方案。
iC 1 vs × dt N Lm ò t
图 6 不同位置产生的测量误差
罗氏线圈的工作原理是：待测电流变化产生的 磁场变化，磁场变化在封闭回路中产生感应电势， 通过测量感应电势反推待测电流。因此罗氏线圈不 能够测量直流电流。 有文献指出，通过搭配开环磁场感应器，罗氏 线圈可以进行直流电流测量；也有研究者尝试将罗 氏线圈集成在 PCB 上。
图 14 双磁芯磁通门原理图
图 15 磁阻变化值与角度变化的关系
如图 14 所示的磁通门， 当两个磁芯的磁导性和 磁滞性相同但产生的激励磁场方向相反时， 式 （10） 中第一项和第二项被消除： 1- D du (11) v(t ) = - NAu0 H M × × r (1 + D(ur - 1))2 dt 式中 D 为磁芯退磁系数。该式可以作为双磁芯 磁通门测量外磁场强度的原理。 磁通门电流测量传感器具有超高的测量精度和 良好的温度稳定性。最近也有研究者尝试着将磁通 门传感器集成至 PCB 电路上，但是 PCB 电路上集成 的磁通门的线性较差（约为 10%，这是由于难以将
电源无损电流测量和低压（通常指低于 1.5V 输出电 压）电流测量场合。
4） 欧姆定律电流测量总结
欧姆定律电流测量是简单的电流测量方案，采 用这种测量方法会导致待测回路于测量电路之间产 生不可避免的电气连接。 有文献指出可以通过采用隔离放大器来实现电 气连接之间的隔离。
2. 法拉第电磁感应定律测量电流
e=-
(4)
B=
u0iC 2p r
(5)
式（4）和（5）中， B 是磁通量密度， r 是罗 u0 是磁常数， iC 是待测电流。 氏环的半径， 将式 （5）
图 4 电感直流电阻测量原理图
这种电路需要调试才能够准确的采样；同时这 种电路目前看来适合于粗略电流测量，常用于开关
代入式（3）并进行积分可得： NAu0 Vout = - k iC + Vout ( 0 ) 2p r
(6)
式中 N 是缠绕在罗氏线圈上的线圈匝数， A 是
罗氏线圈的横截面积。 以上测量基于罗氏线圈截面半径远小于线圈半 径的假设， 这一假设能够为绝大多数罗氏线圈满足。 另外还有一点需要注意：待测量电流不在线圈中心 时，以上原理依旧能够正常工作，只是会产生如图 6 所示的误差。
is =
(8) N 2 Au0ur Lm = lm 上式中 Lm 为磁感应系数，Cw 是线圈等效电容， 线圈等效电容的大小决定测量带宽。 相对于罗氏线圈，电流变压器测量最大的优势 是输出端电压与待测电流成正比例关系；同时待测 量线圈的位置变化对测量精度的影响得到了抑制。 测量的输出信号可以无需放大器放大而直接使用模 数变换器采样。 通过 Lm 的电流会在负载电阻 RS 测量电压与理 想感应电势之间产生一定的压降。 根据式 （8） 可知： 通过提高磁芯高磁导率或降低负载电阻，可以缓解 这种现象。
1）霍尔效应传感器
霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体（或者 半导体）放置在一个磁场内，且有电流通过时，导 体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产 生电压（霍尔电压）的现像： IB (9) v= nqd 式中 nq 为电荷密度， d 为导体（或者半导体） 的厚度。值得注意的是，有文献指出，霍尔效应可 以利用欧姆定律式 （1） 中的可以忽略的第二项解释。
图 5 无磁芯罗氏线圈原理图
“任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿 过这一电路磁通量的变化率” ，如式（3）所示：
3） 电感寄生电阻感测
Intersil 公司提供了一种通过电感直流电阻进行 电流测量的方法。如图 4 所示的电感直流电阻测量 电路属于一种无损采样电路。
dF B (3) dt 根据式（4）所示的安培环路定则，我们可以得 到图 5 所示罗氏中的磁通量密度与待测电流之间满 足关系如式（5） ：
磁场传感器既可以测量静态的磁场，也可以测 量动态的磁场。电流在导体周围某一距离产生的磁 场与电流的大小成正比关系，这种关系从原理上提 供了一种通过磁场测量交流、 直流电流的可行方法。 磁场传感器电流测量有三种不同配置的：开环、闭 环以及搭配罗氏线圈或电流变压器使用。 图 9 所示为最简单的开环配置电路，这种电路 可将磁场传感器集成至 PCB 电路中。这种方法有三 大缺点：需要在线刻度以获得磁场与电流之间的比
3. 通过磁场测量电流
图 7 简单 1:N 的电流变压器
通过负载电阻的电流 iS 会产生磁通量与待测电 i 流 C 产生的磁通量相互作用。因此线圈中产生的感 应电压满足如下关系： df u u d (i - NiS ) vs = - N = - NA 0 r C dt lm dt (7)
式中 A 是变压器磁芯的截截面积。 对上式积分：
2）磁通门
磁通门是目前最精确的磁场传感技术之一。磁 通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁 场的饱和激励下，其磁通量密度与磁场强度的非线 性关系来测量弱磁场的一种传感器。
线圈集成至 PCB 中造成的） 。
3）磁阻效应
磁阻效应是指材料之电阻随着外加磁场的变化 而改变的效应，电阻的变化量叫做磁阻。异向磁阻 和巨磁阻是目前应用最为广泛的两种。 a)各向异性磁电阻效应 有些材料中磁阻的变化，与磁场和电流间夹角 有关：当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时, 电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当 外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候, 磁 体内部磁化矢量会偏移，电阻降低，这种现象称为 各向异性磁电阻效应。
例关系；容易受到外磁场的影响；测量带宽受到放 大器带宽限制。
图 9 简单开环磁场传感器电流测量配置电路
图 10 常用开环磁场传感器电流测量配置电路
如图 10 所示的开环磁场传感器配置电路由圆 环形磁芯、磁场传感器和放大电路构成。磁芯有一 开口空隙，磁感元件放置于空隙处。当原边导体流 过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成 正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至空隙处，磁感元 件输出与空隙处磁感应强度成正比的电压信号，放 大电路将该信号放大输出，也有部分传感器为了增 强电磁兼容性，变换为电流信号输出。 这种方法降低了外磁场的影响，也不需要在线 刻度，同时增加了测量的灵敏度，另外，这种方法 还消除了待测导体表面效应的影响。磁芯的类型和 磁导性能对测量精度产生直接影响。圆环磁芯的磁 滞和涡流会造成过热现象和高达 1%的测量误差。
Trace 电阻产生的电压信号非常小（Trace 电阻很小 小） ，因此需要高增益的放大器放大电压信号，高增 益放大器的带宽性能往往成为瓶颈。 有研究者提供了一些利用 PCB 的 Trace 电阻进 行电流测量的研究资料。同时研究表明，由于铜具 有很大的热漂移，因此这种测量方法不适用于测量 精度要求高的应用场合。
2）电流变压器电流测量
图 7 所示为一个简单的 1:N 的电流变压器，变 压器的次级线圈有一个负载电阻 RS 。
图 8
如图 8 所示，有研究者通过改善负载电阻而显 著降低了电源转换器领域电流测量过程中的电压降 现象的发生。
3）法拉第电磁感应电流测量总结
法拉第电磁感应电流测量在原理提供了待测量 电路与测量电路之间的电气隔离；这种测量方法不 能够直接进行直流电流的测量。
基于法拉第电磁感应定律的电流测量方法从测 量原理上满足了待测量电路与测量电路之间的电气 隔离。
1）罗氏线圈
如图 5 所示的无磁芯罗氏线圈（Rogowski Coil） 是法拉第电磁感应定律电流测量的典型应用。
图 3 铜 Trace 电阻测量 200A 电流时绝对误差
可以通过温度传感器测量铜的温度， 并对铜的 热漂移误差进行补偿可以提高测量精度；然而我们 必须意识到，温度传感器与铜之间的热阻也会造成 测量误差。 图 3 所示的是测量利用铜 Trace 电阻测量 200A 电流时绝对误差，以及添加温度补偿后的改进。 有一点尤其值得注意的是：由于无法在生产过 程中控制铜的 Trace 电阻的精度， 因此需要对信号进 行刻度提高精度（通常可以在室温下达到 0.1%的精 度） 。
图 12 霍尔效应 图 11 常用闭环磁场传感器电流测量配置电路
与开环式配置电路相比，闭环式配置电路多了 副边补偿绕组，正是副边补偿绕组，将闭环式配置 电路的性能进行了大幅度提升。放大电路接受磁感
如图 12 所示， 磁场 B 在穿过导体的同时也穿过 了感应线圈，导致霍尔电压 v 降低。因此需要添加 一个具有相同面积但是极性相反的线圈，以消除电 压降低现象。同时，在零磁场时，传感器会输出一 个偏移电压，因此在使用中需要添加一些额外的电 路降低偏移电压的影响。
电流测量方法简要介绍
目前市面上常见的电流测量产品，可以根据产 品的设计和技术进行分类，也可以根据电流测量的 指导原理进行分。 根据电流测量指导原理可将目前常见的电流测 量设备分为以下四类：以欧姆定律为指导的测量技 术， 包括分流电阻感测、 导体 Trace 电阻感测和电感 寄生电阻感测；法拉第电磁感应定律为指导的测量 技术，包括罗氏线圈和电流变压器测量；通过测量 磁场进而测量电流，包括霍尔效应、磁通门、各向 异性磁电阻效应和巨磁阻效应；以法拉第效应（磁 致光旋效应）为指导的测量技术，包括旋光仪电流 测量方法和干涉仪电流测量方法 降的关系表达式。
图 2 分流电阻测量位置
低边电流测量的优点是测量输入端的平均电压 接近于零，能够抗高压尖峰干扰，可监测高压系统 电流； 高边电流测量可检测电路中的所有下行故障。
2） Trace 电阻电流测量
采用电路中导体的自身的 Trace 电阻代替分流 电阻测量电流也是一种可选择的电流测量方法。这 种方法的优势在于测量过程中并未引入额外的电阻， 不产生额外的电能损失；而这种方法的缺点在于
图 13 基本磁通门原理图
对于图 13 所示的基本磁通门传感器， 信号线圈 在 P 端输出的电压信号如下：
v = - NA ç
æ dBE + Ku u × dH M + Ku H × dur ö ÷ 0 r 0 M è dt dt dt ø
(10)
其中 H M 是待测量的外磁场强度， BE 是周期性 变化的激励磁场 H E 在磁芯中的磁通量密度， N 是 信号线圈的圈数， A 是磁芯的截面积， K 是磁芯与 H M 的耦合系数。在图 13 所示的设计中，激励磁场 也会在信号线圈在产生输出电压信号，这是这种设 计最显著的缺点； 图 14 所示的改进型双磁芯磁通门 传感器可以消除这种缺点。
1） 分流电阻
分流电阻是最简单的电流测量方法，既可用于 测量交流电流也可用于测量直流电流。分流电阻电 流测量的最大弊端是向待测回路中接入了电阻，造 成了电能消耗（ I 2 R ） 。 同轴分流电阻和表贴式（SMD）分流电阻是两 种最常用的分流电阻。同轴分流电阻能够测量上升 时间为几个纳秒，量级高达 kA 的电流，在测量带宽 方面有着突出优势；表贴式分流电阻通常用于测量 高达 100 - 200 A 的直流电流，具有体积小，成本低 的优势。 根据分流电阻放置位置，可以将分流电阻测量 分为高位测量和低位测量。
图 1 电流测量方法分类
同一种测量方法往往还有不同的测量配置方法， 例如分流电阻测量中可分为高位测量和低位测量， 磁场测量中又可以分为开环和闭环。
1. 欧姆定律电流测量
在电路学里，欧姆定律（Ohm's law）表明，导 电体两端的电压与通过导电体的电流成正比。而对 于电阻物质或导电物质，欧姆定律可以推广为： (1) J = s ( E + v ´ B) 式中 J 是电流密度， E 是电场强度， v 是电荷 流动速度， B 是作用在电荷上的磁通量密度， s 表 征材料的导电性。通常情况下，可以简化上式的第 二项： (2) J =sE 这便是欧姆定律在电路学中电流、电阻和电压
元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕 组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流 产生的磁场在空隙处大小相等，方向相反，抵消原 边磁场，形成负反馈闭环控制电路。若副边电流过 小，产生的磁场不足以抵消原边磁场，放大电路将 输出更大的电流，反之，放大电路输出电流减小， 从而维持空隙处的磁场平衡。 若原边电流发生变化， 空隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样 会调节副边输出电路，使磁场重新达到平衡。 闭环方案从理论上消除了磁滞和涡流效应的影 响；磁芯的非线性不对测量线性造成影响；与此同 时，闭环方法降低了热漂移的影响。闭环方案体积 更大，成本更高，制作也更为复杂；同时为保证空 隙磁场平衡， 需要给反馈电路提供高达 15V 的电压。 这种方法能够测量直流电流，却无法达到罗氏 线圈和电流变压器能够达到的精度，因此将罗氏线 圈、电流变压器和磁场电流测量方法结合起来是一 种弥补各种技术缺点的解决方案。
iC 1 vs × dt N Lm ò t
图 6 不同位置产生的测量误差
罗氏线圈的工作原理是：待测电流变化产生的 磁场变化，磁场变化在封闭回路中产生感应电势， 通过测量感应电势反推待测电流。因此罗氏线圈不 能够测量直流电流。 有文献指出，通过搭配开环磁场感应器，罗氏 线圈可以进行直流电流测量；也有研究者尝试将罗 氏线圈集成在 PCB 上。
图 14 双磁芯磁通门原理图
图 15 磁阻变化值与角度变化的关系
如图 14 所示的磁通门， 当两个磁芯的磁导性和 磁滞性相同但产生的激励磁场方向相反时， 式 （10） 中第一项和第二项被消除： 1- D du (11) v(t ) = - NAu0 H M × × r (1 + D(ur - 1))2 dt 式中 D 为磁芯退磁系数。该式可以作为双磁芯 磁通门测量外磁场强度的原理。 磁通门电流测量传感器具有超高的测量精度和 良好的温度稳定性。最近也有研究者尝试着将磁通 门传感器集成至 PCB 电路上，但是 PCB 电路上集成 的磁通门的线性较差（约为 10%，这是由于难以将
电源无损电流测量和低压（通常指低于 1.5V 输出电 压）电流测量场合。
4） 欧姆定律电流测量总结
欧姆定律电流测量是简单的电流测量方案，采 用这种测量方法会导致待测回路于测量电路之间产 生不可避免的电气连接。 有文献指出可以通过采用隔离放大器来实现电 气连接之间的隔离。
2. 法拉第电磁感应定律测量电流
e=-
(4)
B=
u0iC 2p r
(5)
式（4）和（5）中， B 是磁通量密度， r 是罗 u0 是磁常数， iC 是待测电流。 氏环的半径， 将式 （5）
图 4 电感直流电阻测量原理图
这种电路需要调试才能够准确的采样；同时这 种电路目前看来适合于粗略电流测量，常用于开关
代入式（3）并进行积分可得： NAu0 Vout = - k iC + Vout ( 0 ) 2p r
(6)
式中 N 是缠绕在罗氏线圈上的线圈匝数， A 是
罗氏线圈的横截面积。 以上测量基于罗氏线圈截面半径远小于线圈半 径的假设， 这一假设能够为绝大多数罗氏线圈满足。 另外还有一点需要注意：待测量电流不在线圈中心 时，以上原理依旧能够正常工作，只是会产生如图 6 所示的误差。
is =
(8) N 2 Au0ur Lm = lm 上式中 Lm 为磁感应系数，Cw 是线圈等效电容， 线圈等效电容的大小决定测量带宽。 相对于罗氏线圈，电流变压器测量最大的优势 是输出端电压与待测电流成正比例关系；同时待测 量线圈的位置变化对测量精度的影响得到了抑制。 测量的输出信号可以无需放大器放大而直接使用模 数变换器采样。 通过 Lm 的电流会在负载电阻 RS 测量电压与理 想感应电势之间产生一定的压降。 根据式 （8） 可知： 通过提高磁芯高磁导率或降低负载电阻，可以缓解 这种现象。
1）霍尔效应传感器
霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体（或者 半导体）放置在一个磁场内，且有电流通过时，导 体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产 生电压（霍尔电压）的现像： IB (9) v= nqd 式中 nq 为电荷密度， d 为导体（或者半导体） 的厚度。值得注意的是，有文献指出，霍尔效应可 以利用欧姆定律式 （1） 中的可以忽略的第二项解释。
图 5 无磁芯罗氏线圈原理图
“任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿 过这一电路磁通量的变化率” ，如式（3）所示：
3） 电感寄生电阻感测
Intersil 公司提供了一种通过电感直流电阻进行 电流测量的方法。如图 4 所示的电感直流电阻测量 电路属于一种无损采样电路。
dF B (3) dt 根据式（4）所示的安培环路定则，我们可以得 到图 5 所示罗氏中的磁通量密度与待测电流之间满 足关系如式（5） ：
磁场传感器既可以测量静态的磁场，也可以测 量动态的磁场。电流在导体周围某一距离产生的磁 场与电流的大小成正比关系，这种关系从原理上提 供了一种通过磁场测量交流、 直流电流的可行方法。 磁场传感器电流测量有三种不同配置的：开环、闭 环以及搭配罗氏线圈或电流变压器使用。 图 9 所示为最简单的开环配置电路，这种电路 可将磁场传感器集成至 PCB 电路中。这种方法有三 大缺点：需要在线刻度以获得磁场与电流之间的比
3. 通过磁场测量电流
图 7 简单 1:N 的电流变压器
通过负载电阻的电流 iS 会产生磁通量与待测电 i 流 C 产生的磁通量相互作用。因此线圈中产生的感 应电压满足如下关系： df u u d (i - NiS ) vs = - N = - NA 0 r C dt lm dt (7)
式中 A 是变压器磁芯的截截面积。 对上式积分：
2）磁通门
磁通门是目前最精确的磁场传感技术之一。磁 通门传感器是利用被测磁场中高导磁铁芯在交变磁 场的饱和激励下，其磁通量密度与磁场强度的非线 性关系来测量弱磁场的一种传感器。
线圈集成至 PCB 中造成的） 。
3）磁阻效应
磁阻效应是指材料之电阻随着外加磁场的变化 而改变的效应，电阻的变化量叫做磁阻。异向磁阻 和巨磁阻是目前应用最为广泛的两种。 a)各向异性磁电阻效应 有些材料中磁阻的变化，与磁场和电流间夹角 有关：当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时, 电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当 外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候, 磁 体内部磁化矢量会偏移，电阻降低，这种现象称为 各向异性磁电阻效应。
例关系；容易受到外磁场的影响；测量带宽受到放 大器带宽限制。
图 9 简单开环磁场传感器电流测量配置电路
图 10 常用开环磁场传感器电流测量配置电路
如图 10 所示的开环磁场传感器配置电路由圆 环形磁芯、磁场传感器和放大电路构成。磁芯有一 开口空隙，磁感元件放置于空隙处。当原边导体流 过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成 正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至空隙处，磁感元 件输出与空隙处磁感应强度成正比的电压信号，放 大电路将该信号放大输出，也有部分传感器为了增 强电磁兼容性，变换为电流信号输出。 这种方法降低了外磁场的影响，也不需要在线 刻度，同时增加了测量的灵敏度，另外，这种方法 还消除了待测导体表面效应的影响。磁芯的类型和 磁导性能对测量精度产生直接影响。圆环磁芯的磁 滞和涡流会造成过热现象和高达 1%的测量误差。