闭环隧道磁电阻电流传感器仿真分析与验证

史 轮,孙 冲,石振刚,陶 鹏,张林浩,李 磊,刘佳乐,陈鹏威

(1.国网河北省电力有限公司营销服务中心,河北 石家庄 050000; 2.南京理工大学 自动化学院,江苏 南京 210094)

随着电力工业设备的不断完善和发展,对高精度、宽测量范围和高频宽带的电流传感器的要求越来越高[1-3]。磁敏传感器因其集成度高、体积小、结构简单的优点备受关注。作为一种使用较为广泛的电流传感器,霍尔电流传感器存在着灵敏度低、功耗高和线性度差的固有缺点,且其受温度影响较大[4,5]。磁阻材料的出现使得传感器向更高灵敏度和更优异测量性能的发展成为可能。随着磁阻材料的发展,基于隧道磁电阻(Tunneling magnetoresistance,TMR)的电流传感器在微型化、低成本、低功耗、高集成度、高响应频率和高灵敏度特性等方面有着巨大优势[6-9]。

为了提高磁传感器的测量效果,改善传感器的温度特性,学者们致力于将零磁通技术融入电流测量中[10,11]。Yang等[12]基于零磁通技术提出了一种闭环电流传感器,使用磁芯和反馈绕组形成闭环结构,消除温度引起的传感器输出偏移和漂移,而且在很大程度上降低了磁滞现象引起的误差,同时磁芯提高了闭环传感器的灵敏度。Cheng等[13]系统地分析了磁芯的各种因素以研究其如何影响闭环电流传感器铁心的磁性能。针对磁芯可能存在饱和现象的问题,Li等[14]提出一种不带磁芯的闭环电路,将传感器放置在闭环线圈绕制成的螺线管中。随后Weiss等[15]提出了一种新型的基于圆形磁场传感器阵列的无芯电流传感器,将“闭环”的原理应用到圆形阵列中,但这种无芯的结构易受外界磁场干扰。……