CN109030906A - 一种电流探头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流探头，涉及电流测量技术领域。霍尔传感器嵌入下磁芯的一边，且下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路同相输入端和反相输入端；差分放大器电路的输出端连接至运算放大器电路的反相输入端；反馈***电路连接于运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，次级绕组线圈的一端连接运算放大器电路的输出端，次级绕组线圈的另一端连接第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；第一并联端接电阻的另一端接地。将霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路同相输入端和反相输入端，可使得霍尔传感器的输出平衡。

Description

一种电流探头

技术领域

本发明涉及电流测量技术领域，尤其涉及一种电流探头。

背景技术

当前，随着电子技术的发展，电流探头的应用已经十分广泛。电流探头的基本原理是流经导线的电流会在其导线周围产生磁场，通过传感器对磁场进行接收，转化成线性电压量。该线性电压量可以在示波器或其它测量仪器上进行显示和测量，从而达到对导线中的电流进行测量的目的。目前通过电流探头来进行导线电流测量的方式可以广泛应用于测量马达驱动、开关电源、功率逆变器/转换器、LCD显示器(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、电子镇流器、放大器的稳态或瞬时电流、交通运输***、移动通信、工业/消费电子产品和半导体设备等。

现有技术的电流探头的简单原理框图如图1所示。现有技术的电流探头采用了变压器原理以及霍尔效应原理，通过该电流探头能够测量下至DC(直流电，Direct Current)的低频电流信号，以及高至高频电流信号。该电流探头由上磁芯101和下磁芯102组成闭合磁芯103。该电流探头还包括夹在下磁芯102截面上的霍尔传感器105，另外还包括信号放大器106、单刀双掷开关112、功率放大器111、反馈***103、绕在下磁芯103上的线圈107、端接电阻109以及信号输出级运算放大器108。通过***电源110给霍尔传感器105一个偏置电压，从而给霍尔传感器105感应部位加上磁通量，霍尔传感器105即可输出与其线性相关的霍尔电压参量。信号放大器106采集霍尔传感器105输出的霍尔电压参量。并通过单刀双掷开关112将信号放大器106输出的信号耦合到功率放大器111中，电流探头的磁头消磁信号也是通过单刀双掷开关112耦合到功率放大器111中，通过功率放大器111将信号放大后传输到线圈107，线圈107作为闭合磁芯103形成的变压器的次级绕组，而初级绕组就是被测导线104。线圈107的另一端接端接电阻109，同时接输出级运算放大器108，作为输出级。由于被测导体104周围会产生磁场，高磁导率的闭合磁芯103会将磁通束缚在磁芯中。当磁通垂直穿过被嵌在磁芯中的霍尔传感器105时，霍尔传感器105会输出霍尔电压参量，该霍尔电压参量被以差分的形式输入给信号放大器106，再通过单刀双掷开关112连通到功率放大器111。单刀双掷的开关112也可以选择消磁信号输入到功率放大器111。反馈***113一般采用普通电阻反馈，以达到调节增益稳定***的目的。功率放大器111将霍尔电压参量线性放大为电流量，驱动线圈107作为变压器的次级线圈。该电流在线圈中产生的磁通方向与被测导线在线圈中产生的磁通方向相反，在磁芯中这两种磁通大小相等，方向相反，相互抵消，此时被测导体中的电流与功率放大器111输出的电流具有一定的线性关系，功率放大器111输出的电流量通过输出级运算放大器108输出到示波器或者测量仪器中。通过测量功率放大器111输出的电流来测量被测导线中流过的电流，就是电流探头零磁通测量的原理。

在进行上述现有技术的过程中，发明人发现在反复使用电流探头的过程中，闭合磁芯103的磁头容易产生剩磁，这将会给电流探头的测量引入额外的误差，使得测量结果产生偏差。对于用户来说为了使上述电流探头进行消磁，需要进行如下操作，首先需要将载流导体104从电流探头的闭合磁头103中移出来，然后电流探头电路通过控制单刀双掷开关112，将输入到功率放大器111的信号切换成消磁信号，对闭合磁芯103进行消磁。因此，单刀双掷开关112在这个过程中，就会显得尤为的关键。由于单刀双掷开关112的频繁切换，容易造成损坏，从而影响了对闭合磁芯103的消磁性能。另外，由于霍尔传感器105本身偏置电压的不对称，也会在没有被测导体的情况下有信号输出。这样子也会给电流探头测量带来一个直流偏移误差。现有技术是通过调节霍尔传感器的偏置电压来实现处理该直流偏移误差的。然而这种校正方法灵敏度要求较高，调节过程中容易出现反复的现象，总在零点左右很难调节到零点。可见，现有技术的电流探头存在结构上的缺陷，容易造成电流探头的测量不准确的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种电流探头，以解决现有技术的电流探头存在结构上的缺陷，容易造成电流探头的测量不准确的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电流探头，包括由上磁芯和下磁芯组成的闭合磁芯、霍尔传感器、差分放大器电路、运算放大器电路、反馈***电路、第一并联端接电阻和信号输出电路；

所述霍尔传感器嵌入所述下磁芯的一边，且所述下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路的输出端连接至所述运算放大器电路的反相输入端；所述反馈***电路连接于所述运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，所述次级绕组线圈的一端连接所述运算放大器电路的输出端，所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；所述第一并联端接电阻的另一端接地。

进一步的，所述电流探头还包括功率放大器电路和直流校准信号产生电路；所述功率放大器电路的反相输入端与所述运算放大器电路的输出端连接，所述功率放大器电路的输出端与所述次级绕组线圈的一端连接；所述直流校准信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接。

进一步的，所述电流探头还包括消磁信号产生电路；所述消磁信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接。

具体的，所述信号输出电路包括一输出级运算放大器电路；所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和所述输出级运算放大器电路的输入端；所述输出级运算放大器电路的输出端作为所述电流探头的测量输出端。

具体的，所述霍尔传感器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第二输入端连接***电源电路的供电输出端；

所述第一输出端连接所述差分放大器电路的同相输入端，所述第二输出端连接所述差分放大器电路的反相输入端；所述差分放大器电路的输出端与所述运算放大器电路的反相输入端之间还设置有RC滤波电路；所述差分放大器电路的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接运算放大器电路的反相输入端。

具体的，所述信号输出电路包括串联端接电阻、传输线缆、滤波器电路、第二并联端接电阻和高频连接器；

所述串联端接电阻的一端与所述次级绕组线圈的另一端连接；所述串联端接电阻的另一端依次连接所述传输线缆、滤波器电路及高频连接器；所述滤波器电路与所述高频连接器的连接处连接所述第二并联端接电阻的一端，所述第二并联端接电阻的另一端接地；所述高频连接器用于与示波器的模拟前端连接。

具体的，所述差分放大器电路包括一差分放大器芯片；所述差分放大器芯片包括反相输入端IN－、同相输入端IN+、第一电阻连接端Rg1、第二电阻连接端Rg2、电源正极连接端Vs+、电源负极连接端Vs﹣、输出端Vout和参考电压连接端REF；

所述霍尔传感器的第一输出端连接所述反相输入端IN﹣；所述霍尔传感器的第二输出端连接所述同相输入端IN+；

所述第一电阻连接端Rg1和第二电阻连接端Rg2通过一第一电阻连接；

所述电源正极连接端Vs+加载有正12伏电压；所述电源负极连接端Vs﹣加载有负12伏电压；

所述参考电压连接端REF接地；

所述输出端Vout连接所述RC滤波电路的输入端。

具体的，所述反馈***电路包括一数字可调电位器；所述数字可调电位器包括第一引脚连接端A1、第二引脚连接端A2、第三引脚连接端B1、第四引脚连接端B2、第五引脚连接端W1、第六引脚连接端W2、接地端GND、工作电压连接端VDD、双向数据连接线端SDA以及时钟连接线端SCL；

所述接地端GND接地；所述工作电压连接端VDD加载有正5伏电压；所述双向数据连接线端SDA加载有双向数据信号；所述时钟连接线端SCL加载有时钟信号；所述第一引脚连接端A1和第五引脚连接端W1相连接；所述第二引脚连接端A2连接一第二电阻后加载有正12伏电压；所述第四引脚连接端B2连接一第三电阻后加载有负12伏电压。

具体的，所述运算放大器电路包括：运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第一电容；

所述运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻与所述RC滤波电路的输出端连接；所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第五电阻的一端和第六电阻的一端；所述第五电阻的另一端作为所述运算放大器电路的同相输入端；所述第六电阻的另一端接地；所述运算放大器的输出端与运算放大器的反相输入端连接所述第一电容的两端；所述运算放大器的输出端还连接所述数字可调电位器的第三引脚连接端B1；所述运算放大器的反相输入端还连接所述数字可调电位器的第一引脚连接端A1。

具体的，所述功率放大器电路包括：功率放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻；

所述功率放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述功率放大器的反相输入端通过所述第八电阻与所述运算放大器的输出端连接；所述功率放大器的同相输入端分别连接所述第九电阻的一端和第十电阻的一端；所述第九电阻的另一端作为所述功率放大器电路的同相输入端；所述第十电阻的另一端接地；所述功率放大器的输出端与功率放大器的反相输入端连接所述第七电阻的两端；所述功率放大器的输出端还连接所述次级绕组线圈的一端。

具体的，所述直流校准信号产生电路包括：直流校准运算放大器、第十一电阻、第十二电阻以及第二电容；

所述直流校准运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述直流校准运算放大器的反相输入端通过所述第十一电阻与所述数字可调电位器的第六引脚连接端W2连接；所述直流校准运算放大器的同相输入端通过所述第十二电阻与所述直流校准运算放大器的输出端连接；所述直流校准运算放大器的输出端还通过所述第二电容接地；所述直流校准运算放大器的输出端作为所述直流校准信号产生电路的输出端。

具体的，所述消磁信号产生电路包括：消磁运算放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第三电容、第四电容以及第五电容；

所述消磁运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述消磁运算放大器的反相输入端通过所述第十四电阻接地；所述消磁运算放大器的同相输入端通过第四电容和第十五电阻组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器的同相输入端还通过所述第五电容和第十六电阻组成的串联电路后连接所述消磁运算放大器的输出端；所述消磁运算放大器的输出端加载有消磁控制信号；所述消磁运算放大器的输出端还通过所述第三电容和第十三电阻组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器的输出端作为所述消磁信号产生电路的输出端。

本发明实施例提供的一种电流探头，通过将霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路同相输入端和反相输入端，而并非霍尔传感器的一端接地，另一端连接差分放大器电路，使得霍尔传感器的输出平衡，避免霍尔器件本身由于偏置电压的不对称，在没有被测导体的情况下有信号输出造成电流探头的测量结果不准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的电流探头的简单原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种电流探头的结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的一种电流探头的结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种电流探头的结构示意图三；

图5为本发明实施例中的***电源电路的结构示意图；

图6为本发明实施例中的霍尔传感器的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种电流探头的结构示意图四；

图8为本发明实施例中的差分放大器电路的示意图；

图9为本发明实施例中的反馈***电路的示意图；

图10为本发明实施例中的运算放大器电路的示意图；

图11为本发明实施例中的功率放大器电路的示意图；

图12为本发明实施例中的直流校准信号产生电路的示意图；

图13为本发明实施例中的消磁信号产生电路的示意图；

图14为本发明实施例中的巴特沃斯滤波电路的示意图；

图15为本发明实施例中的输出阻抗匹配电路的示意图；

图16为本发明实施例中的高频输出端子BNC的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供一种电流探头20，包括由上磁芯201和下磁芯202组成的闭合磁芯203、霍尔传感器204、差分放大器电路220、运算放大器电路205、反馈***电路207(用于增益调节)、第一并联端接电阻211和信号输出电路212。

所述霍尔传感器204嵌入所述下磁芯202的一边，且所述下磁芯202和上磁芯201组成的磁头中穿过有被测导线213。所述霍尔传感器204的两个输出端分别连接差分放大器电路220的同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路220的输出端连接至运算放大器电路205的反相输入端；所述反馈***电路207连接于所述运算放大器电路205的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯202绕有被测导线213的一边的对边绕有次级绕组线圈214，所述次级绕组线圈214的一端连接所述运算放大器电路205的输出端，所述次级绕组线圈214的另一端连接所述第一并联端接电阻211的一端和信号输出电路212；所述第一并联端接电阻211的另一端接地。

另外，如图2所示，所述电流探头20，还包括***电源电路210，该***电源电路210为整个电流探头20的各部分供电。

进一步的，如图3所示，所述电流探头20还包括功率放大器电路206和直流校准信号产生电路209；所述功率放大器电路206的反相输入端与所述运算放大器电路205的输出端连接，所述功率放大器电路206的输出端与所述次级绕组线圈214的一端连接；所述直流校准信号产生电路209与所述功率放大器电路206的同相输入端或者运算放大器电路205的同相输入端连接。

进一步的，如图3所示，所述电流探头20还包括消磁信号产生电路208；所述消磁信号产生电路208与所述功率放大器电路206的同相输入端或者运算放大器电路205的同相输入端连接。在图3中，仅以消磁信号产生电路208和直流校准信号产生电路209的一种连接方式为例进行阐述，其他连接方式此处不再赘述。

由于闭合磁芯203采用高频磁材制成，其在磁场中会被磁化，闭合磁芯中的磁畴在外磁场的作用下就会有序的排列，因此，闭合磁芯拥有了磁性。当磁场移走后磁畴仍然有序排列，也就是说闭合磁芯仍然具有磁性。闭合磁芯在去掉外界磁场的情况下，仍然保持磁性，即剩磁。因此需要采用消磁信号产生电路208来进行消磁。

这样，将被测信号和消磁信号进行叠加，从而实现直接消磁的功能，另外将被测信号和直流校准信号进行叠加，从而可以实现直流偏置校准。

具体的，如图4所示，所述信号输出电路212包括一输出级运算放大器电路215；所述次级绕组线圈214的另一端连接所述第一并联端接电阻211的一端和所述输出级运算放大器电路215的输入端；所述输出级运算放大器电路215的输出端作为所述电流探头20的测量输出端。

具体的，所述***电源电路210的结构可以如图5所示，其中的***电源电路芯片包括空脚NC1至NC3，输入引脚IN，输出引脚OUT，接地引脚GND，水平调节控制引脚NR以及电压微调引脚TRIM；另外***电源电路210的结构还包括两个放大器。

具体的，如图6所示，所述霍尔传感器204具有第一输入端216、第二输入端217、第一输出端218和第二输出端219；所述第一输入端216和第二输入端217连接***电源电路210的供电输出端，即如图5所示的两个放大器的输出端。

进一步的，如图7所示，该霍尔传感器204的第一输出端218可以连接差分放大器电路220的同相输入端，所述霍尔传感器204的第二输出端219可以连接所述差分放大器电路220的反相输入端；所述差分放大器电路220的输出端连接一RC滤波电路221的输入端，RC滤波电路221的输出端连接运算放大器电路205的反相输入端。

具体的，如图7所示，所述信号输出电路212包括串联端接电阻222、传输线缆223、滤波器电路224、第二并联端接电阻225和高频连接器226。

所述串联端接电阻222的一端与所述次级绕组线圈214的另一端连接；所述串联端接电阻222的另一端依次连接所述传输线缆223、滤波器电路224及高频连接器226；所述滤波器电路224与所述高频连接器226的连接处连接所述第二并联端接电阻225的一端，所述第二并联端接电阻225的另一端接地；所述高频连接器226用于与示波器30的模拟前端301连接。

具体的，如图8所示，所述差分放大器电路220包括一差分放大器芯片227；所述差分放大器芯片包括反相输入端IN－、同相输入端IN+、第一电阻连接端Rg1、第二电阻连接端Rg2、电源正极连接端Vs+、电源负极连接端Vs﹣、输出端Vout和参考电压连接端REF。

图6中所述的霍尔传感器204的第一输出端218连接图8中的所述反相输入端IN﹣；所述霍尔传感器204的第二输出端219连接图8中的所述同相输入端IN+。

如图8所示，所述第一电阻连接端Rg1和第二电阻连接端Rg2通过一第一电阻228连接。

所述电源正极连接端Vs+加载有正12伏电压；所述电源负极连接端Vs﹣加载有负12伏电压。

所述参考电压连接端REF接地。

所述差分放大器芯片227的输出端Vout连接所述RC滤波电路221的输入端。

此处，由于霍尔传感器输出的信号非常微弱，而且容易引入噪声，噪声太大就会导致电流探头的测量最小精度变大，探头性能变差。为了降低该部分的噪声，因此在差分放大器之后设置一个RC滤波电路，从而可以很好的抑制噪声，提高信噪比，改善电流探头的性能。

具体的，如图9所示，所述反馈***电路207包括一数字可调电位器229；所述数字可调电位器229包括第一引脚连接端A1、第二引脚连接端A2、第三引脚连接端B1、第四引脚连接端B2、第五引脚连接端W1、第六引脚连接端W2、接地端GND、工作电压连接端VDD、双向数据连接线端SDA以及时钟连接线端SCL。

所述接地端GND接地；所述工作电压连接端VDD加载有正5伏电压；所述双向数据连接线端SDA加载有双向数据信号(SDA)；所述时钟连接线端SCL加载有时钟信号(SCL)；所述第一引脚连接端A1和第五引脚连接端W1相连接；所述第二引脚连接端A2连接一第二电阻230后加载有正12伏电压；所述第四引脚连接端B2连接一第三电阻231后加载有负12伏电压。

具体的，如图10所示，所述运算放大器电路205包括：运算放大器232、第四电阻233、第五电阻234、第六电阻235以及第一电容236。

所述运算放大器232加载有正12V电压和负12V电压；所述运算放大器232的反相输入端通过所述第四电阻233与所述RC滤波电路221的输出端连接；所述运算放大器232的同相输入端分别连接所述第五电阻234的一端和第六电阻235的一端；所述第五电阻234的另一端作为运算放大器电路205的同相输入端；所述第六电阻235的另一端接地；所述运算放大器232的输出端与运算放大器232的反相输入端连接所述第一电容236的两端；所述运算放大器232的输出端还连接图9中所述数字可调电位器229的第三引脚连接端B1；所述运算放大器232的反相输入端还连接图9中所述数字可调电位器229的第一引脚连接端A1。

具体的如图11所示，所述功率放大器电路206包括：功率放大器237、第七电阻238、第八电阻239、第九电阻240以及第十电阻241。

所述功率放大器237加载有正12V电压和负12V电压；所述功率放大器237的反相输入端通过所述第八电阻239与图10中的所述运算放大器232的输出端连接；所述功率放大器237的同相输入端分别连接所述第九电阻240的一端和第十电阻241的一端；所述第九电阻240的另一端作为所述功率放大器电路206的同相输入端；所述第十电阻241的另一端接地；所述功率放大器237的输出端与功率放大器237的反相输入端连接所述第七电阻238的两端；所述功率放大器237的输出端还连用于接所述次级绕组线圈214的一端。

具体的如图12所示，所述直流校准信号产生电路209包括：直流校准运算放大器242、第十一电阻243、第十二电阻244以及第二电容245。

所述直流校准运算放大器242加载有正12V电压和负12V电压；所述直流校准运算放大器242的反相输入端通过所述第十一电阻243与图9所示的所述数字可调电位器229的第六引脚连接端W2连接；所述直流校准运算放大器242的同相输入端通过所述第十二电阻244与所述直流校准运算放大器242的输出端连接；所述直流校准运算放大器242的输出端还通过所述第二电容245接地；所述直流校准运算放大器242的输出端作为所述直流校准信号产生电路209的输出端。

具体的如图13所示，所述消磁信号产生电路208包括：消磁运算放大器246、第十三电阻247、第十四电阻248、第十五电阻249、第十六电阻250、第三电容251、第四电容252以及第五电容253。

所述消磁运算放大器246加载有正12V电压和负12V电压；所述消磁运算放大器246的反相输入端通过所述第十四电阻248接地；所述消磁运算放大器246的同相输入端通过第四电容252和第十五电阻249组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器246的同相输入端还通过所述第五电容253和第十六电阻250组成的串联电路后连接所述消磁运算放大器246的输出端；所述消磁运算放大器246的输出端加载有消磁控制信号；所述消磁运算放大器246的输出端还通过所述第三电容251和第十三电阻247组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器246的输出端作为所述消磁信号产生电路208的输出端。

对于图13所示的消磁信号产生电路208，需要知道的是，高磁导率的铁磁材料，可通过施加适当的反向磁场，就是可以通过交变电流信号驱动线圈产生方向交替变化的磁场，用该磁场可以对磁芯进行消磁。或对其施加高温或者振动来达到减弱或消除剩磁。在本发明实施例中采用的消磁方法就是将磁芯放在交变磁场中，使其失去磁性。首先，设计正弦波发生电路产生正弦信号，作为消磁信号，用该正弦信号驱动线圈产生磁场方向交替变化的磁场，用该磁场进行磁芯的消磁。而该消磁信号是通过运算放大器叠加到磁头的线圈上，信号在线圈上产生方向交替变化的磁场，并且，其幅度值也逐渐减小，即可实现消磁的目的。图13中的消磁信号产生电路208可以采用文氏电桥振荡电路。该电路会产生一定幅值一定频率的正弦信号，最后将该正弦信号输入到线圈中产生一个方向随时间交替变化的磁场用来给磁芯进行消磁。

此外，如图14所示，该滤波器电路224可以采用巴特沃斯滤波电路。其中该巴特沃斯滤波电路的最左端连接传输线缆223，最右端连接第二并联端接电阻225和高频连接器226。

此外，如图15所示，该第二并联端接电阻225可以采用输出阻抗匹配电路来实现。其中该输出阻抗匹配电路的最左端连接上述的巴特沃斯滤波电路，最右端连接高频连接器226。

此外，如图16所示，该高频连接器226可以采用高频输出端子BNC(Bayonet NutConnector)来实现。其中该高频输出端子BNC可以连接示波器30的模拟前端301(图16中未示出)。

本发明实施例提供的一种电流探头，通过将霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路同相输入端和反相输入端，而并非霍尔传感器的一端接地，另一端连接差分放大器电路，使得霍尔传感器的输出平衡，避免霍尔器件本身由于偏置电压的不对称，在没有被测导体的情况下有信号输出造成电流探头的测量结果不准确的问题。另外，本发明实施例优选的选用差分放大器、运算放大器和功率放大器的三级信号放大的电路结构，并通过消磁信号产生电路和直流校准信号产生电路分别将消磁信号和直流校准信号同时引入电流探头电路中，在不影响电流测量的情况下，可以随时对闭合磁芯进形成的磁头行消磁以及进行偏移校正，可以避免现有技术中电流探头的测量结果不准确的问题。另外，该三级信号放大的电路结构的第一级采用差分放大电路，具有很好的抑制共模噪声，提高信号质量的效果。

另外，值得说明的是，本发明实施例可以通过微控制单元(MicrocontrollerUnit，简称MCU)来控制各路信号和开关，以应用所述电流探头，从而实现消磁以及直流校准的自动化操作。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种电流探头，其特征在于，包括由上磁芯和下磁芯组成的闭合磁芯、霍尔传感器、差分放大器电路、运算放大器电路、反馈***电路、第一并联端接电阻和信号输出电路；

所述霍尔传感器嵌入所述下磁芯的一边，且所述下磁芯和上磁芯组成的磁头中穿过有被测导线；所述霍尔传感器的两个输出端分别连接差分放大器电路的同相输入端和反相输入端；所述差分放大器电路的输出端连接至所述运算放大器电路的反相输入端；所述反馈***电路连接于所述运算放大器电路的反相输入端和输出端之间；所述下磁芯绕有被测导线的一边的对边绕有次级绕组线圈，所述次级绕组线圈的一端连接所述运算放大器电路的输出端，所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和信号输出电路；所述第一并联端接电阻的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的电流探头，其特征在于，所述电流探头还包括功率放大器电路和直流校准信号产生电路；所述功率放大器电路的反相输入端与所述运算放大器电路的输出端连接，所述功率放大器电路的输出端与所述次级绕组线圈的一端连接；所述直流校准信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接。

3.根据权利要求2所述的电流探头，其特征在于，所述电流探头还包括消磁信号产生电路；所述消磁信号产生电路与所述功率放大器电路的同相输入端或者运算放大器电路的同相输入端连接。

4.根据权利要求2所述的电流探头，其特征在于，所述信号输出电路包括一输出级运算放大器电路；所述次级绕组线圈的另一端连接所述第一并联端接电阻的一端和所述输出级运算放大器电路的输入端；所述输出级运算放大器电路的输出端作为所述电流探头的测量输出端。

5.根据权利要求3所述的电流探头，其特征在于，所述霍尔传感器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述第一输入端和第二输入端连接***电源电路的供电输出端；

所述第一输出端连接所述差分放大器电路的同相输入端，所述第二输出端连接所述差分放大器电路的反相输入端；所述差分放大器电路的输出端与所述运算放大器电路的反相输入端之间还设置有RC滤波电路；所述差分放大器电路的输出端连接RC滤波电路的输入端，RC滤波电路的输出端连接运算放大器电路的反相输入端。

6.根据权利要求5所述的电流探头，其特征在于，所述信号输出电路包括串联端接电阻、传输线缆、滤波器电路、第二并联端接电阻和高频连接器；

所述串联端接电阻的一端与所述次级绕组线圈的另一端连接；所述串联端接电阻的另一端依次连接所述传输线缆、滤波器电路及高频连接器；所述滤波器电路与所述高频连接器的连接处连接所述第二并联端接电阻的一端，所述第二并联端接电阻的另一端接地；所述高频连接器用于与示波器的模拟前端连接。

7.根据权利要求6所述的电流探头，其特征在于，所述差分放大器电路包括一差分放大器芯片；所述差分放大器芯片包括反相输入端IN－、同相输入端IN+、第一电阻连接端Rg1、第二电阻连接端Rg2、电源正极连接端Vs+、电源负极连接端Vs﹣、输出端Vout和参考电压连接端REF；

所述霍尔传感器的第一输出端连接所述反相输入端IN﹣；所述霍尔传感器的第二输出端连接所述同相输入端IN+；

所述第一电阻连接端Rg1和第二电阻连接端Rg2通过一第一电阻连接；

所述电源正极连接端Vs+加载有正12伏电压；所述电源负极连接端Vs﹣加载有负12伏电压；

所述参考电压连接端REF接地；

所述输出端Vout连接所述RC滤波电路的输入端。

8.根据权利要求7所述的电流探头，其特征在于，所述反馈***电路包括一数字可调电位器；所述数字可调电位器包括第一引脚连接端A1、第二引脚连接端A2、第三引脚连接端B1、第四引脚连接端B2、第五引脚连接端W1、第六引脚连接端W2、接地端GND、工作电压连接端VDD、双向数据连接线端SDA以及时钟连接线端SCL；

所述接地端GND接地；所述工作电压连接端VDD加载有正5伏电压；所述双向数据连接线端SDA加载有双向数据信号；所述时钟连接线端SCL加载有时钟信号；所述第一引脚连接端A1和第五引脚连接端W1相连接；所述第二引脚连接端A2连接一第二电阻后加载有正12伏电压；所述第四引脚连接端B2连接一第三电阻后加载有负12伏电压。

9.根据权利要求8所述的电流探头，其特征在于，所述运算放大器电路包括：运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第一电容；

所述运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻与所述RC滤波电路的输出端连接；所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第五电阻的一端和第六电阻的一端；所述第五电阻的另一端作为所述运算放大器电路的同相输入端；所述第六电阻的另一端接地；所述运算放大器的输出端与运算放大器的反相输入端连接所述第一电容的两端；所述运算放大器的输出端还连接所述数字可调电位器的第三引脚连接端B1；所述运算放大器的反相输入端还连接所述数字可调电位器的第一引脚连接端A1。

10.根据权利要求9所述的电流探头，其特征在于，所述功率放大器电路包括：功率放大器、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻；

所述功率放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述功率放大器的反相输入端通过所述第八电阻与所述运算放大器的输出端连接；所述功率放大器的同相输入端分别连接所述第九电阻的一端和第十电阻的一端；所述第九电阻的另一端作为所述功率放大器电路的同相输入端；所述第十电阻的另一端接地；所述功率放大器的输出端与功率放大器的反相输入端连接所述第七电阻的两端；所述功率放大器的输出端还连接所述次级绕组线圈的一端。

11.根据权利要求10所述的电流探头，其特征在于，所述直流校准信号产生电路包括：直流校准运算放大器、第十一电阻、第十二电阻以及第二电容；

所述直流校准运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述直流校准运算放大器的反相输入端通过所述第十一电阻与所述数字可调电位器的第六引脚连接端W2连接；所述直流校准运算放大器的同相输入端通过所述第十二电阻与所述直流校准运算放大器的输出端连接；所述直流校准运算放大器的输出端还通过所述第二电容接地；所述直流校准运算放大器的输出端作为所述直流校准信号产生电路的输出端。

12.根据权利要求11所述的电流探头，其特征在于，所述消磁信号产生电路包括：消磁运算放大器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第三电容、第四电容以及第五电容；

所述消磁运算放大器加载有正12V电压和负12V电压；所述消磁运算放大器的反相输入端通过所述第十四电阻接地；所述消磁运算放大器的同相输入端通过第四电容和第十五电阻组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器的同相输入端还通过所述第五电容和第十六电阻组成的串联电路后连接所述消磁运算放大器的输出端；所述消磁运算放大器的输出端加载有消磁控制信号；所述消磁运算放大器的输出端还通过所述第三电容和第十三电阻组成的并联电路后接地；所述消磁运算放大器的输出端作为所述消磁信号产生电路的输出端。