一種閉環(huán)tmr電流傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明還涉及一種閉環(huán)TMR電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)測(cè)量電流。在現(xiàn)有技術(shù)中，主要使用的是霍爾電流傳感器。以霍爾元件為敏感元件的霍爾電流傳感器通常使用聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)放大磁場(chǎng)，提高霍爾輸出靈敏度，從而增加了傳感器的體積和重量，同時(shí)霍爾元件具有功耗大、線性度差的缺陷。
[0003]最近十幾年間，AMR(各向異性磁電阻AnisotropicMagneto resistance)、GMR(巨磁電阻Giant Magneto resistance)和TMR(隧道磁電阻Tunnel Magneto Resistance)元件已逐步在電流傳感器上得到了應(yīng)用。AMR、GMR電流傳感器元件其靈敏度比霍爾元件高很多，但是其線性范圍窄。
[0004]TMR電流傳感器相對(duì)于霍爾電流傳感器的優(yōu)勢(shì)在于:具有更好的溫度穩(wěn)定性，更高的靈敏度，更低的功耗，更好的線性度。TMR電流傳感器相對(duì)于AMR、GMR電流傳感器的優(yōu)勢(shì)在于:具有更好的溫度穩(wěn)定性，更高的靈敏度，更寬的線性范圍。
[0005]現(xiàn)有的TMR電流傳感器，一類僅使用了TMR元件替代霍爾元件，仍然需要鐵芯進(jìn)行聚磁，結(jié)構(gòu)成本上沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。另一類產(chǎn)品沒(méi)有使用鐵芯進(jìn)行聚磁，而使用霍爾元件直接感應(yīng)磁場(chǎng)，所以仍受外界磁場(chǎng)干擾，且這類產(chǎn)品為開(kāi)環(huán)電流傳感器，精度和溫漂性能比閉環(huán)電流傳感器差。如申請(qǐng)公布號(hào)為CN102928651A(申請(qǐng)?zhí)枮?01210489181.X)的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《TMR電流傳感器》，其中公開(kāi)的TMR電流傳感器即為一種開(kāi)環(huán)電流傳感器，其測(cè)量精度和溫漂性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種體積小、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)的閉環(huán)TMR電流傳感。
[0007]本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種閉環(huán)TMR電流傳感器，包括有母排、印制電路板、連接在電路板上的TMR元件，其特征在于:所述TMR元件與所述母排相對(duì)并間隔設(shè)置，所述TMR元件集成有線圈，該TMR元件的等效電路包括惠斯通電橋和線圈，所述印制電路板中具有第一運(yùn)放電路和第二運(yùn)放電路，所述惠斯通電橋的兩個(gè)輸出端分別與第一運(yùn)放電路的兩個(gè)輸入端相連接，所述第一運(yùn)放電路的輸出端與所述線圈的一端相連接，所述線圈的另一端則與第二運(yùn)放電路的輸入端相連接，所述第二運(yùn)放電路的輸出端則輸出檢測(cè)信號(hào)。
[0008]為了減小外部干擾磁場(chǎng)對(duì)TMR元件工作的影響，還包括有一屏蔽環(huán)，所述屏蔽環(huán)穿設(shè)在所述母排、印制電路板中并圍在母排、印制電路板和TMR元件的工作元件外。
[0009]優(yōu)選地，所述屏蔽環(huán)為一 U形的屏蔽環(huán)。
[0010]為了保證信號(hào)的穩(wěn)定性，減小振動(dòng)和母排移動(dòng)時(shí)傳感器的輸出誤差，所述母排、印制電路板和TMR元件通過(guò)限位裝置進(jìn)行限位，以使得母排和TMR元件之間具有固定的間距。
[0011]方便地，所述限位裝置為一限位塊，所述限位塊夾設(shè)在所述母排和印制電路板之間，所述限位塊上對(duì)應(yīng)于所述TMR元件設(shè)置有一供所述TMR元件容置在內(nèi)的凹槽。
[0012]方便地，所述母排、定位塊和印制電路板中貫穿設(shè)置有螺絲以實(shí)現(xiàn)固定。
[0013]優(yōu)選地，還包括有一殼體，所述母排、印制電路板、TMR元件均設(shè)置在所述殼體內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，所述TMR元件一體貼覆在所述印制電路板上。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該閉環(huán)TMR電流傳感器中，TMR元件沒(méi)有采用磁環(huán)進(jìn)行聚磁而采用集成線圈作為次邊反饋線圈使用，從而實(shí)現(xiàn)原邊待測(cè)電流和次邊反饋電流的磁場(chǎng)平衡，達(dá)到了閉環(huán)的控制目的，對(duì)待測(cè)電流的測(cè)量更加精確。同時(shí)還減小了該電流傳感器的體積、重量，也降低了電流傳感器的生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的主視圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的后視圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的側(cè)視圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的仰視圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的俯視圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的剖視圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中母排、限位塊和屏蔽環(huán)的安裝圖。
[0023]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中閉環(huán)TMR電流傳感器的電路等效圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025]如圖1?圖7所示，本實(shí)施例中的閉環(huán)TMR電流傳感器，包括有母排1、印制電路板2、TMR元件3、屏蔽環(huán)4和殼體5，母排1、印制電路板2、屏蔽環(huán)4均置于在殼體5內(nèi)，母排I和電路板的連接端伸出在殼體5外以方便連線。
[0026]本實(shí)施例中，TMR元件3—體貼覆連接在印制電路板2上，TMR元件3與母排I相對(duì)并間隔設(shè)置，TMR元件3和母排I通過(guò)限位裝置保持固定的間距，從而保證TMR元件3和母排I的相對(duì)距離不變，能夠消除了母排I位置的移動(dòng)引起的磁場(chǎng)變化，提高了從而提高閉環(huán)TMR電流傳感器的測(cè)量精度。本實(shí)施例中的限位裝置為一限位塊6，該限位塊6夾設(shè)在母排I和印制電路板2之間，限位塊6上對(duì)應(yīng)于所述TMR元件3設(shè)置有一供TMR元件3容置在內(nèi)的凹槽61，本實(shí)施例中的凹槽61內(nèi)壁與TMR元件3之間具有間隙以方便安裝。
[0027]母排1、限位塊6和印制電路板2中貫穿設(shè)置有螺絲7以固定在一起。
[0028]本實(shí)施例中的屏蔽環(huán)4為一導(dǎo)磁的U形屏蔽環(huán)4，該屏蔽環(huán)4的側(cè)壁穿設(shè)在母排1、印制電路板2中，并且屏蔽環(huán)4的底部對(duì)應(yīng)于TMR的連接位置貼覆在印制電路板2上，U形屏蔽環(huán)4的兩個(gè)側(cè)壁則通過(guò)緊配的方式和母排I以及印制電路板2實(shí)現(xiàn)固定。該屏蔽環(huán)4環(huán)置于母排1、印制電路板2和TMR元件3的工作元件外，從而可提高TMR元件3處的磁場(chǎng)，并能減小外部干擾磁場(chǎng)對(duì)TMR元件3的影響，保證TMR元件3的工作精度。
[0029]TMR元件3集成有線圈31，該TMR元件3的等效電路包括惠斯通電橋32和線圈31，本實(shí)施例中，將TMR元件3中的線圈31作為次邊反饋線圈進(jìn)行使用。
[0030]印制電路板2中具有第一運(yùn)放電路21和第二運(yùn)放電路22，惠斯通電橋32的兩個(gè)輸出端分別與第一運(yùn)放電路21的兩個(gè)輸入端相連接，第一運(yùn)放電路21的輸出端與次邊反饋線圈31的一端相連接，次邊反饋線圈31的另一端則與第二運(yùn)放電路22的輸入端相連接，第二運(yùn)放電路22的輸出端則輸出檢測(cè)信號(hào)。
[0031]本實(shí)施例中的閉環(huán)TMR電流傳感器的工作原理是磁場(chǎng)平衡式，即母排I內(nèi)通以原邊電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用通過(guò)TMR元件3內(nèi)部集成的線圈的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使TMR元件3始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。
[0032]當(dāng)原邊母排I通以大電流Ip時(shí)，在母排I周圍產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的磁場(chǎng)Hp，這一磁場(chǎng)Hp感應(yīng)TMR元件3，使TMR元件3內(nèi)自惠斯通電橋3 2的兩個(gè)輸出端輸出相應(yīng)的差分信號(hào)Uh，該差分信號(hào)Uh經(jīng)第一運(yùn)放電路21放大后，再反饋輸出至TMR元件3內(nèi)部的次邊反饋線圈31中，從而使次邊反饋線圈31獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。而由該補(bǔ)償電流Is所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Hs與母排I原邊電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Hp方向相反，因而相互抵消，引起磁路中總的磁場(chǎng)變小，使TMR元件3的輸出的差分信號(hào)Uh逐漸減小，最后當(dāng)Is所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Hs與Ip所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Hp相等時(shí)，達(dá)到磁場(chǎng)平衡，Is不再增加，這時(shí)TMR元件3就處于零磁通檢測(cè)狀態(tài)。上述過(guò)程是在非常短的時(shí)間內(nèi)完成的，且是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，即:原邊電流Ip的任何變化都會(huì)破壞這一磁場(chǎng)平衡，一旦磁場(chǎng)失去平衡，TMR元件3就有信號(hào)輸出，經(jīng)運(yùn)放放大后，立即有相應(yīng)的電流流過(guò)TMR元件3內(nèi)部集成的次邊反饋線圈31對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
[0033]因此從宏觀上看，原邊電流與補(bǔ)償電流始終保持線性關(guān)系:
[0034]I Ip I =K I Is I
[0035]其中:Ip為原邊電流，Is為補(bǔ)償電流，K為比例系數(shù)。
[0036]所以，若已知K，測(cè)得Is，即可得原邊電流Ip的大小。其中影響K值的因素有:TMR元件的靈敏度;TMR內(nèi)的磁感應(yīng)部件與母排1、線圈31的距離和位置。
[0037]使用放大電路或信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，可將補(bǔ)償電流Is進(jìn)行放大或信號(hào)轉(zhuǎn)換以獲得電壓的輸出形式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種閉環(huán)TMR電流傳感器，包括有母排(I)、印制電路板(2)、連接在電路板上的TMR元件(3)，其特征在于:所述TMR元件(3)與所述母排(I)相對(duì)并間隔設(shè)置，所述TMR元件(3)集成有線圈(31)，該TMR元件(3)的等效電路包括惠斯通電橋(32)和線圈(31)，所述印制電路板(2)中具有第一運(yùn)放電路(21)和第二運(yùn)放電路(22)，所述惠斯通電橋(32)的兩個(gè)輸出端分別與第一運(yùn)放電路(21)的兩個(gè)輸入端相連接，所述第一運(yùn)放電路(21)的輸出端與所述線圈(31)的一端相連接，所述線圈(31)的另一端則與第二運(yùn)放電路(22)的輸入端相連接，所述第二運(yùn)放電路(22)的輸出端則輸出檢測(cè)信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:還包括有一屏蔽環(huán)(4)，所述屏蔽環(huán)(4)穿設(shè)在所述母排(I)、印制電路板(2)中并環(huán)置于母排(I)、印制電路板(2)和TMR元件(3)的工作元件外。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:所述屏蔽環(huán)(4)為一U形的屏蔽環(huán)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:所述母排(I)、印制電路板(2)和TMR元件(3)通過(guò)限位裝置進(jìn)行限位，以使得母排(I)和TMR元件(3)之間具有固定的間距。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:所述限位裝置為一限位塊(6)，所述限位塊(6)夾設(shè)在所述母排(I)和印制電路板(2)之間，所述限位塊(6)上對(duì)應(yīng)于所述TMR元件(3)設(shè)置有一供所述TMR元件(3)容置在內(nèi)的凹槽(61)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:所述母排(1)、限位塊(6)和印制電路板(2)中貫穿設(shè)置有螺絲(7)以實(shí)現(xiàn)固定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:還包括有一殼體(5)，所述母排(I)、印制電路板(2)、TMR元件(3)均設(shè)置在所述殼體(5)內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)TMR電流傳感器，其特征在于:所述TMR元件(3)—體貼覆在所述印制電路板(2)上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種閉環(huán)TMR電流傳感器，包括有母排、印制電路板、連接在電路板上的TMR元件。TMR元件與母排相對(duì)并間隔設(shè)置，TMR元件集成有線圈，該TMR元件的等效電路包括惠斯通電橋和線圈，印制電路板中具有第一運(yùn)放電路和第二運(yùn)放電路，惠斯通電橋的兩個(gè)輸出端分別與第一運(yùn)放電路的兩個(gè)輸入端相連接，第一運(yùn)放電路的輸出端與線圈的一端相連接，線圈的另一端則與第二運(yùn)放電路的輸入端相連接，第二運(yùn)放電路的輸出端則輸出檢測(cè)信號(hào)。該閉環(huán)TMR電流傳感器中，TMR元件集成有線圈作為次邊反饋線圈使用，從而實(shí)現(xiàn)原邊待測(cè)電流和次邊反饋電流的磁場(chǎng)平衡，對(duì)待測(cè)電流的測(cè)量更加精確。同時(shí)該電流傳感器的體積小、重量輕、生產(chǎn)成本低。
【IPC分類】G01R19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105606877
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610096240
【發(fā)明人】王文武, 鄭民, 顧忠輝, 王飛, 鄭華雄, 曹力, 侯曉偉, 李敏
【申請(qǐng)人】寧波南車時(shí)代傳感技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年2月22日