芯森电子掌握霍尔技术、磁通门技术及隧道磁阻技术三大核心传感技术。以下详解 6 种主流电流电压传感器的工作原理与技术特点,帮助工程师理解传感器性能差异,为选型提供理论依据。
原边电流 Ip 产生的磁场,通过磁芯聚磁后,用霍尔感应芯片在磁芯气隙处感应原边电流 Ip 的大小和方向。霍尔感应芯片的输出电压,经过信号处理电路,使传感器的输出可以精确反映被测电流的大小。为了提高霍尔开环传感器的性能,通常使用硅钢或者坡莫合金作为磁芯的材料,当被测电流长时间的工作频率大于 10kHz 时,存在磁芯发热损坏传感器的可能,当测量高频电流时,请咨询芯森电子。
原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。霍尔感应器件和处理电路与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流的大小和方向。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以霍尔闭环传感器的精度较高,非线性失真小。
在被测量电压两端串联电阻 R,形成较小的原边电流 Ip。原边电流 Ip 和原边线圈产生原边磁场,这个原边磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。霍尔感应器件和处理电路与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流 Ip 的大小和方向,进而精确反映被测电压 Vp 的大小和方向。不同种类的电压传感器原边电阻 R,有的集成在传感器中,有的需要客户使用时外接。
原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。零磁通感应器是一个对称的感应器(symmetry detector),连接到一个方波发生器。零磁通感应处理电路和信号放大电路,与补偿线圈一起输出电流 Is,该输出电流 Is 精确反映被测电流的大小和方向。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以磁通门电流传感器的精度较高,非线性失真小。
原边电流 Ip 产生的磁场和输出电流 Is 在补偿线圈上产生的磁场大小相等,方向相反。由线圈和方波振荡电路产生方波,振荡电路的输出信号,通过解调滤波电路对零磁通产生的信号进行处理,再经过调零及放大电路对零点和输出信号幅度进行调整。由于磁芯工作在零磁通状态,磁芯的非线性和剩磁对传感器的精度没有影响,所以磁通门直流漏电流传感器的精度较高,非线性失真小,主要用于直流小电流和漏电流的检测。
隧道磁阻(TMR)电流传感器基于磁隧道结(MTJ)的隧穿磁阻效应。MTJ 由铁磁自由层、纳米级 MgO 绝缘势垒层和磁化方向固定的铁磁钉扎层组成:当自由层与钉扎层的磁化方向平行时,隧道结呈现低电阻;反平行时呈现高电阻,电阻随外磁场方向和大小变化。传感器通常将四个 MTJ 元件配置成惠斯通电桥,被测电流 Ip 经磁芯聚磁后在气隙处产生磁场,使电桥中 TMR 电阻发生变化,输出与被测电流成比例的差分电压信号,再经信号处理电路调理输出。TMR 传感器灵敏度高、功耗低、响应快、体积小,适用于高精度小电流检测与高密度集成场合。