CN112394219A

CN112394219A - 电流测量装置

Info

Publication number: CN112394219A
Application number: CN202011209196.7A
Authority: CN
Inventors: 李鹏; 张佳明; 尹旭; 钟连宏; 余文辉; 周柯; 徐长宝; 赵继光; 田兵; 王志明; 辛明勇; 王晓明
Original assignee: China Southern Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd; Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guangxi Power Grid Co Ltd; Southern Power Grid Digital Grid Research Institute Co Ltd; Electric Power Research Institute of Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-02-23

Abstract

本申请涉及一种电流测量装置，包括传感电路、加法电路和处理单元，传感电路包括多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片，各磁场测量芯片分别连接加法电路的输入端，加法电路的输出端连接处理单元，被测导线穿过多个磁场测量芯片围成的闭合图形所在的平面；磁场测量芯片感应被测导线通过的电流，输出感应电压至加法电路，加法电路对各磁场测量芯片输出的感应电压相加后输出总电压至处理单元，处理单元根据总电压得到被测导线的电流值。采用本申请，可有效地避免被测导线需处于中央位置这一测量方法的缺陷，适用性高，还可避免铁芯带来的铁损，降低功耗。

Description

电流测量装置

技术领域

本申请涉及电力仪器测试技术领域，特别是涉及一种电流测量装置。

背景技术

随着电力***输送容量的增加、电压等级的提升，加上近几年智能电网概念的提出及其不断成熟，对电网信号的采集和检测的设备都提出了更高的要求，尤其在对采集电网信号的准确度、稳定性和快速性等方面都有了更新的期许。因此，测量电流的设备作为电网信号和计算机***的中间纽带更是重中之重，比如电流互感器采集信号的准确性和实时性都将影响着计算机***对故障的准确分析。

传统一般使用电磁式电流互感器或罗氏线圈的测量方法进行电流测量。电磁式电流互感器的测量精度可达千分之几，但由于受到铁芯的影响，存在铁损、功耗大。而罗氏线圈的测量方法要求被测导线要处于线圈中央，才能保证环形各处的磁场相等，对被测导线的形状也有一定要求，适用性低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种功耗小、适用性高的电流测量装置。

一种电流测量装置，包括：传感电路、加法电路和处理单元，所述传感电路包括多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片，各磁场测量芯片分别连接所述加法电路的输入端，所述加法电路的输出端连接所述处理单元，被测导线穿过多个磁场测量芯片围成的闭合图形所在的平面；

所述磁场测量芯片感应所述被测导线通过的电流，输出感应电压至所述加法电路，所述加法电路对各磁场测量芯片输出的感应电压相加后输出总电压至所述处理单元，所述处理单元根据所述总电压得到所述被测导线的电流值。

上述电流测量装置，传感电路中的磁场测量芯片感应被测导线通过的电流输出感应电压至加法电路，由加法电路对多个感应电压相加后输出总电压至处理单元，处理单元可以根据总电压得到被测导线的电流值，实现被测导线的电流测量。通过采用多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片进行感应，围成的闭合图形可以根据需要任意设计，被测导线在闭合图形中的摆放位置可以随意，不需要限定在闭合图形中间，可有效地避免被测导线需处于中央位置这一测量方法的缺陷，适用性高；而且，取消了铁芯的使用，避免铁芯带来的铁损，降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中电流测量装置的结构框图；

图2为一个实施例中传感电路的结构示意图；

图3为一个实施例中传感电路的结构示意图；

图4为又一个实施例中传感电路的结构示意图；

图5a为TMR2503芯片输出随外加磁场强度变化的曲线图；

图5b为TMR2503芯片输出随外加磁场强度变化的另一个曲线图；

图6为一个实施例中加法电路的电路原理图；

图7为另一个实施例中电流测量装置的结构框图；

图8为一个实施例中调理电路的电路原理图；

图9为一个实施例中对ADE7753芯片量程选取和电流有效值读取的流程示意图；

图10为一个实施例中比差、角差补偿的流程示意图；

图11为一个实施例中电源管理模块的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

如图1和图2所示，在一个实施例中，提供了一种电流测量装置，包括：传感电路110、加法电路130和处理单元150；传感电路110包括多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片111(参考图2)，各磁场测量芯片111分别连接加法电路130的输入端，加法电路130的输出端连接处理单元150，被测导线穿过多个磁场测量芯片111围成的闭合图形所在的平面。具体地，被测导线放置在闭合图形的闭合环路所包围的范围内、与闭合图形所在的平面呈角度，即，各磁场测量芯片111包围被测导线，更具体地，被测导线可以是垂直穿过闭合图形所在的平面。具体地，各磁场测量芯片111的表面处于同一平面，即为闭合图形所在的平面。

其中，多个磁场测量芯片111间隔排列围成闭合图形，是指磁场测量芯片111的排列路径为闭合图形，磁场测量芯片111之间本身没有连接。其中，闭合图形的形状可以根据需求任意设计，比如圆形、曲线环形、正方形等。具体地，各磁场测量芯片111可焊接在中空、轮廓为闭合图形的电路板上，电路板的形状可根据不同需求进行设计。

磁场测量芯片111通过电磁感应产生感应电压；具体地，磁场测量芯片111感应被测导线通过的电流，输出感应电压至加法电路130。如图2所示，B₁、B₂、……、B_n分别为第一个磁场测量芯片的磁感应强度、第二个磁场测量芯片的磁感应强度、……、第n个磁场测量芯片的磁感应强度，L₁、L₂、……、L_n分别为第一个磁场测量芯片到第二个磁场测量芯片的间隔距离、第二个磁场测量芯片到第三个磁场测量芯片的间隔距离、……、第n个磁场测量芯片到第一个磁场测量芯片的间隔距离。加法电路130是一种可以对输入的电压进行相加输出的电路；具体地，加法电路130对各磁场测量芯片111输出的感应电压相加后输出总电压至处理单元150。处理单元150根据总电压得到被测导线的电流值。具体地，处理单元150可以包括按照预设对应关系将电压值转换为电流值的器件，处理单元150接收总电压的电压信号后，可以处理得到对应的电流值。

上述电流测量装置中，传感电路110中的磁场测量芯片111感应被测导线通过的电流输出感应电压至加法电路130，由加法电路130对多个感应电压相加后输出总电压至处理单元150，处理单元150可以根据总电压得到被测导线的电流值，实现被测导线的电流测量。通过采用多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片111进行感应，围成的闭合图形可以根据需要任意设计，被测导线在闭合图形中的摆放位置可以随意，不需要限定在闭合图形中间，可有效地避免被测导线需处于中央位置这一测量方法的缺陷，适用性高；而且，取消了铁芯的使用，避免铁芯带来的铁损，降低功耗。

在其中一个实施例中，磁场测量芯片111为单轴磁场测量芯片，各单轴磁场测量芯片的磁场敏感方向为指向下一相邻的单轴磁场测量芯片的中间位置。

对于单轴磁场测量芯片，其磁场敏感方向确定；采用单轴磁场测量芯片，前一个单轴磁场测量芯片的磁场敏感方向指向下一个单轴磁场测量芯片的中间位置，从而整体的磁场敏感方向与单轴磁场测量芯片的排列走向相同，绕一圈形成闭合图形，可以对放置于闭合图形内的被测导线进行电磁感应。

例如图2所示，第一个单轴磁场测量芯片的磁场敏感方向指向第二个单轴磁场测量芯片的表面中心点；根据安培环路定理，磁感应强度沿着任意闭合环路L的线积分，等于穿过这环路所有电流的代数和的μ₀倍，如下公式(1)。

电流方向服从右手定则，如图2，被测导线电流方向为垂直纸面，由外向内，符合右手定则。

在其中一个实施例中，多个磁场测量芯片111按照预设距离等间隔排列。即，各磁场测量芯片111之间的间隔距离相等。具体地，预设距离可以根据实际需求设置。

若磁场测量芯片111非等间距排列布置，则必然需设计大量与磁场测量芯片111数量相对等数量的处理单元150，必然使整个电流测量装置的电路设计非常复杂、体积增大，不满足微型智能的要求。通过等间距设置磁场测量芯片111，可以避免简化电路结构，减小体积。

具体地，预设距离可以为5mm(毫米)，即，相邻磁场测量芯片111的间隔距离为5mm，间距大小适中，效果最佳。

磁场测量芯片111围成的图形可以根据需求任意设计，为闭合环路即可。针对电力***架空导线、配电柜等应用场景，设计了两种与应用场景相对应的圆型传感电路和母排型传感电路，如图3和图4所示，从图中可以看出架空导线或配电柜母排导线的形状任意，放置的位置不要求为中央。

在其中一个实施例中，磁场测量芯片111采用TMR2503芯片，即芯片的型号为TMR2503。TMR2503芯片有一个独特的推挽式惠斯通全桥结构设计，包含四个非屏蔽高灵敏度TMR传感器元件，可感应垂直于芯片表面的磁场；当外加磁场沿垂直于芯片表面方向变化时，惠斯通全桥提供差分电压输出；在-55℃～+150℃范围内，TMR2503的敏感度和失调电压可保持在一个稳定的水平。TMR2503芯片输出随外加磁场强度变化(外加磁场强度±2000Oe和+/-200Oe、激励电源1V)的典型曲线如图5a和图5b所示。为保证敏感度，TMR2503芯片一般工作其线性区(-200GS～200GS)，从图5b可知该曲线通过原点，其关系可用一元一次方程表示，如下公式(2)所示：

U＝aB (2)

式中，a为芯片线性区的比例系数；U为芯片惠斯通全桥输出的差分电压；B为芯片测量到的磁感应强度。

对公式(1)离散化并结合公式(2)得到如下公式(3)：

式中，Δl为磁场测量芯片的排列布置间距，

均为常数，I为电流。

在其中一个实施例中，如图6所示，加法电路130包括运算放大器U_1A、第一电阻R₁、第二电阻R_f和多个输入电阻，输入电阻的数量与磁场测量芯片111的数量相等。图6中，R_i1、R_i2、R_i3、……、R_in分别为第一个输入电阻、第二个输入电阻、第三个输入电阻、……、第n个输入电阻，U₁、U₂、U₃、……、U_n分别为第一个磁场测量芯片输出的感应电压、第二个磁场测量芯片输出的感应电压、第三个磁场测量芯片输出的感应电压、……、第n个磁场测量芯片输出的感应电压。各磁场测量芯片111分别通过对应的一个输入电阻连接运算放大器U_1A的同向输入端，即，一个磁场测量芯片111对应一个输入电阻，磁场测量芯片111连接一个输入电阻的一端、该输入电阻的另一端连接运算放大器U_1A的同向输入端。运算放大器U_1A的反向输入端通过第一电阻R₁接地，且通过第二电阻R_f连接运算放大器U_1A的输出端，运算放大器U_1A的输出端连接处理单元150。

从公式(3)可知，要获得电流，必须计算出所有磁场测量芯片111输出电压和，为此设计同相加法电路，可以根据“虚断”、“虚短”和戴维宁定理进行计算：

从图6可知，设计取R_i1＝R_i2＝…＝R_in，其表达式可变为：

若取R_f＝(n-1)R₁，其表达式可变为一个完美的加法电路，如公式(6)：

因此，通过设计加法电路130，可将各磁场测量芯片输出的感应电压进行相加处理，输出总电压V_sum至处理单元150。

具体地，加法电路130还可以包括电阻R_p，电阻R_p一端连接运算放大器U_1A的同向输入端，另一端接地。具体地，运算放大器U_1A可以采用LTC2051；各输入电阻和电阻R_p的阻值可以为10K欧姆。

在其中一个实施例中，参考图7，处理单元150包括调理电路151、采样电路152和处理器153，调理电路151连接加法电路130的输出端和采样电路152，采样电路152连接处理器153。加法电路130输出总电压至调理电路151，调理电路151对总电压进行调理，采样电路152对调理后的电压进行采样并输出数字信号至处理器153，处理器153根据数字信号得到被测导线的电流值。通过采用调理电路151、采样电路152和处理器153，依次对加法电路130输出的总电压进行调理、采样和获取电流值，得到的电流值准确性高。

在其中一个实施例中，参考图8，调理电路151包括第一分压电阻R₂₀、第二分压电阻R₂₁、第三分压电阻R₂₂、电容C₂₀、差分跟随运放电路1512和滤波电路1513。第一分压电阻R₂₀一端连接加法电路130的输出端，另一端通过第二分压电阻R₂₁接地，第三分压电阻R₂₂的一端、电容C₂₀的一端以及差分跟随运放电路1512的第一输入端均连接第一分压电阻R₂₀和第二分压电阻R₂₁的公共端，第三分压电阻R₂₂的另一端、电容C₂₀的另一端以及差分跟随运放电路1512的第二输入端接地，差分跟随运放电路1512的输出端通过滤波电路1513连接采样电路152。

加法电路130输出的总电压经过第一分压电阻R₂₀、第二分压电阻R₂₁和第三分压电阻R₂₂的分压作用后，通过差分跟随运放电路1512跟随输出至滤波电路1513进行滤波得到调理后的电压输出至采样电路152。通过调理滤波，可以提高信号的准确性。

在其中一个实施例中，参考图8，差分跟随运放电路1512包括电压跟随器U_1B、电阻R₂₃、电阻R₂₄、电阻R₂₅和电阻R₂₆。电阻R₂₃的一端作为差分跟随运放电路1512的第一输入端、连接第一分压电阻R₂₀和第二分压电阻R₂₁的公共端，电阻R₂₃的另一端连接电压跟随器U_1B的正向输入端且通过电阻R₂₄接地；电阻R₂₅的一端作为差分跟随运放电路1512的第二输入端、接地，电阻R₂₅的另一端连接电压跟随器U_1B的反向输入端，且电压跟随器U_1B的反向输入端通过电阻R₂₆连接电压跟随器U_1B的输出端；电压跟随器U_1B的输出端连接滤波电路1513。通过采用该结构的差分跟随运放电路1512，电压跟随器U_1B用作缓冲级或隔离级，可提高输入阻抗、降低输出阻抗，信号调理效果好。

在其中一个实施例中，滤波电路1513包括电阻R₂₇和电容C₂₁，电阻R₂₇一端连接电压跟随器U_1B的输出端，另一端连接采样电路152，且通过电容C₂₁接地。通过采用电阻R₂₇和电容C₂₁进行滤波，结构简单。

在其中一个实施例中，采样电路152包括电能计量芯片，电能计量芯片连接调理电路151和处理器153。经过调理电路151处理后的信号送入处理器153之前必须进行A/D(模拟/数字)转换。电能计量芯片可对采样的电压信号进行A/D转换，并计算得到电流有效值，便于处理器153读取使用。

A/D转换必须考虑分辨率和模拟输入电压量程相匹配。为了使传输数据更加准确，常希望接收信号的幅值非常的接近A/D输入电压量程的上限。而在之前的大部分研究中，常常忽略这一点，从而使得量程和测量精度之间出现矛盾，而本申请研究一种宽范围的电流测量装置，即采用改变放大器增益的方法对幅值大小不一的信号进行放大；为了满足不同测量范围的电流信号，同时提高A/D转换的分辨率既提高处理***的精度，可编程增益放大器可以配合A/D的使用，进行输入信号增益的调节，实现在较大范围内允许输入的模拟信号动态变化，达到扩大A/D输入电压量程的目的。

根据以上对可编程增益放大器的需要，在一个实施例中，电能计量芯片采用ADE7753芯片。ADE7753芯片内部包含了可编程增益放大器寄存器，其增益可选择1、2、4、8和16，可以准确的还原输出的信号。ADE7753芯片V1P/V1N端的最大差分输入电压为±0.5V，可编程增益放大器增益可选择1、2、4、8和16，通过设置可编程增益放大器寄存器中的3位和4位，可以来设置A/D的最大输入量程范围分别为0.5V、0.25V、0.125V、0.0625V、0.0313V、0.0156V、0.00781V，即为通过调整ADC参考实现通道输入电压范围的自适应调整。具体地，如图9所示，对ADE7753芯片初始化，采集信号进ADE7753芯片以后，就要对增益做出选择，这部分由可编程增益放大器寄存器设计，由于初次接收的信号不知道多大，为了避免信号超出可编程增益放大器寄存器所设置的量程范围，对ADE7753芯片造成影响，初次进行采样时均将增益设置为1，ADC的最大输入量程设置为0.5V，这样就避免了因为外界信号过大、超出量程范围而对ADE7753芯片造成影响。初次放大以后，经过ADC转换为数字信号，再进行电流有效值的计算，根据初次计算出的电流有效值，再根据有效值计算公式反推出通道初次采集的电动势信号的大小。根据这个大小，选出其相对应的输入量程范围，此步骤为输入量程的选择(又名选档)。根据这次选择，再重新初始化可编程增益放大器寄存器，为输入的信号选择合适的增益和ADC最大量程，然后再进行有效值计算，将此次结果输出显示等。

偏移量校正是通过对A/D芯片的偏移校正寄存器进行写操作来完成通道的偏移量的调整。这个寄存器可以校正±20mV～±50mV的偏移量，偏移量的调整可以通过增益进行设置。

具体地，可以通过标准信号发生装置输出标准电流信号，通过采样获取的电压和，以及公式(3)和公式(6)，利用最小二乘法可以简便地求得匹配最佳系数m，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。比差、角差计算公式如下所示：

其中，i₁和i₂其中一个为标准电流信号的电流，另一个为被测信号的电流。如图10所示，将原始信号的离散波形通过样条插值法还原出相应的模拟信号，然后对此模拟信号根据被测信号采样点进行同一时刻点的采样，将同一时刻点的电流值及电流差值，先后计算，得出比差和角差的大小，然后将被测信号乘以比差值、减去角差值，就可以实现比差、角差部分的补偿。

ADE7753芯片省去了很多外部模拟电路，降低了外界的干扰，对于电流测量装置自身的比差、角差，ADE7753芯片内还专门含有角差、比差的补偿寄存器，同时包含了电流有效值计算的电路，可以通过寄存器直接获得电流有效值，不需要在处理器153里进行程序的计算，提高了处理器153的处理速度。

在其中一个实施例中，处理器153采用nRF52840芯片，为低功耗蓝牙***级芯片。nRF52840芯片采用一个64MHz、32位处理器，具有充足的通用处理能力、浮点运算和DSP性能，具有内置PA(功率放大器)，发射功率可达+8dBm，内置了1MB Flash和256kB RAM，全面支持蓝牙5、802.15.4(包括Thread)、ANT和私有2.4GHz无线技术，并带有一个全速USB 2.0控制器和一系列***设备，包括一个四通道SPI接口，满足于A/D转换的采样值数据读取、校正和增益放大调整。

在其中一个实施例中，可继续参考图7，上述电流测量装置还包括连接处理单元150的通信模块180，通信模块180用于与外部设备通信连接，处理单元150通过通信模块180将被测导线的电流值发送至外部设备。通过采用通信模块180将电流值发送至外部设备，可以实现电流测量装置与外部设备的通信，使得适用于电力***智能化、数字化的发展，例如，外部设备可以是上位机、控制设备、包含测量保护***的设备等。具体地，通信模块180为蓝牙通信模块。蓝牙通信模块可以是利用nRF52840芯片的ANT技术实现蓝牙通信。

在其中一个实施例中，请继续参考图7，上述电流测量装置还包括电源管理模块170，电源管理模块170连接电源提供设备，以及连接传感电路110、加法电路130和处理单元150。其中，电源提供设备是用于输出电压以供电的设备，例如可以是电池。电源管理模块170将电源提供设备输出的电压提供给传感电路110、加法电路130和处理单元150，从而给传感电路110、加法电路130和处理单元150供电。

在其中一个实施例中，参考图11，电源管理模块170包括电流感应取能器件(图未示)、倍压整流电路172、比较器173、模拟开关174和稳压器175，被测导线穿过电流感应取能器件，倍压整流电路172连接电流感应取能器件、比较器173和模拟开关174，模拟开关174还连接电源提供设备、比较器173和稳压器174，稳压器174连接传感电路110、加法电路130和处理单元150。

电流感应取能器件用于感应被测导线的电流并输出电压至倍压整流电路172。倍压整流电路172输出倍压后的电压至比较器173。比较器173根据倍压后的电压与预设电压阈值的比较结果控制模拟开关174选择电源提供设备的电压或倍压整流电路172输出的电压并输出至稳压器175，稳压器175对输入的电压稳压后输出，从而给传感电路110、加法电路130和处理单元150供电。通过采用电流感应取能器件对被测导线取能作为一种电源提供方式，采用外部的电源提供设备作为另一种电源提供方式，通过模拟开关174根据比较器173的比较结果从两种电源提供方式中选择一种，可以实现自供电和外部供电的切换，供电便利。

其中，电流感应取能器件是具有电磁感应功能的器件，电流感应取能器件设置有中空的环结构，被测导线穿过中空的环结构，从而电流感应取能器件感应被测导线的电流得到产生电压。具体地，电流感应取能器件可以是采用在弱磁场下有较高的导磁率的坡莫合金作为磁芯、绕线约为2000匝得到的电流互感器(CT)。

其中，倍压整流电路172是可以对输入的电压进行倍压后输出的电路。在其中一个实施例中，参考图11，倍压整流电路包括电容C10、电容C11、二极管D10和二极管D11，电容C10一端连接电流感应取能器件，另一端连接二极管D10的负极和二极管D11的正极；二极管D10的正极连接电流感应取能器件且接地，二极管D11的负极连接比较器173和模拟开关174，电容C11的一端连接比较器173和模拟开关174，另一端接地。倍压整流电路172利用电容对电荷的存储作用，使输出的电压为输入电压的两倍，即为二倍压整流方案。具体地，二极管D10和二极管D11采用IN4148WS，电容C10和电容C11采用680uF的电容。设计初始启动电流为2A，经倍压整流和最后稳压器175后输出电压为3V。

在其中一个实施例中，参考图11，比较器173包括比较芯片、电阻R10、电阻R11和电阻R12，电阻R10、电阻R11和电阻R12依次串联，且串联后电阻R10另一端连接倍压整流电路172，串联后电阻R12另一端接地；电阻R10和电阻R11的公共端连接比较芯片的低压输入端口Lth，电阻R11和电阻R12的公共端连接比较芯片的高压输入端口Hth；比较芯片的输出端连接模拟开关174，用于给使能信号至模拟开关174，控制模拟开关174的选择。具体地，可以使用带参考电位的比较芯片MIC833设计电压阈值，高电压阈值为：

V_Hth＝Vref×[(R₁₀+R₁₁+R₁₂)/R₁₂] (14)

低电压阈值V_Lth为：

V_Lth＝Vref×[(R₁₀+R₁₁+R₁₂)/(R₁₁+R₁₂)] (15)

具体地，可以设计V_Hth和V_Lth分别为3.56V和2.49V，即，预设电压阈值包括3.56V和2.49V。

具体地，模拟开关174可以采用TPS2105系列的模拟开关，稳压器175可以为AMS1117系列的稳压芯片。利用比较芯片MIC833对倍压后的电压和预设电压阈值比较判断产生使能信号进而控制模拟开关174选择是电池供电还是CT取能供电，接着利用稳压芯片AMS1117使输出电压稳定在3V供电给传感电路110、加法电路130、调理电路151、采样电路152、处理器153和通信模块180使用。比如，比较芯片MIC833可以是在倍压后的电压大于3.56V时给使能信号至模拟开关174，模拟开关174选择接入倍压整流电路172输出的电压，若无使能信号，则模拟开关174选择接入电池输出的电压。如此，可以在电流感应取能器件输出的电压满足要求时优先选用电流感应取能器件，减少电池的使用，更环保。

传统使用的包含铁芯的电磁式电流互感器还存在的问题包括：测量高电压等级时，一般会采用油浸式绝缘，当出现过电压过电流故障时极易发生火灾或者***情况，存在易燃易爆的问题；而且由于电磁式互感器是按机电式继电器设计的，设备电压等级越高，相应的体积就会越来越大，存在体积大的问题；输出接口不兼容，一般情况下输出的电流信号要经过适当地处理后才能传至上位机，然而电磁式电流互感器由于二次侧不存在相应的接口，无法与控制设备相连，故其不能适应现阶段电力***智能化、数字化的发展。本申请提供的电流测量装置，基于环路多磁场测量组合，不使用油浸式进行绝缘，无易燃易爆问题，绝缘骨架内无铁芯，无铁损，功耗小，绝缘性能好，体积小重量轻，测量频带宽，无磁饱和，线性度好，环保性强，造价低，二次侧可开路，可直接将测得的电流值提供给测量保护***并可与二次设备直接连接进行***集成，简化二次设备，适用当前电力***大发电容量、高电压等级需要，此外克服罗氏线圈等测量方法要求被测导线要处于线圈中央、才能保证环形各处的磁场相等、对被测导线的形状也有一定要求的缺陷，提高微型智能电流传感器的适用性、兼容性、准确性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括：传感电路、加法电路和处理单元，所述传感电路包括多个间隔排列围成闭合图形的磁场测量芯片，各磁场测量芯片分别连接所述加法电路的输入端，所述加法电路的输出端连接所述处理单元，被测导线穿过多个磁场测量芯片围成的闭合图形所在的平面；

2.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述磁场测量芯片为单轴磁场测量芯片，各单轴磁场测量芯片的磁场敏感方向为指向下一相邻的单轴磁场测量芯片的中间位置。

3.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，多个磁场测量芯片按照预设距离等间隔排列。

4.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述加法电路包括运算放大器、第一电阻、第二电阻和多个输入电阻，所述输入电阻的数量与所述磁场测量芯片的数量相等；

各磁场测量芯片分别通过对应的一个输入电阻连接所述运算放大器的同向输入端，所述运算放大器的反向输入端通过所述第一电阻接地，且通过所述第二电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述处理单元。

5.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，所述处理单元包括调理电路、采样电路和处理器，所述调理电路连接所述加法电路的输出端和所述采样电路，所述采样电路连接所述处理器。

6.根据权利要求5所述的电流测量装置，其特征在于，所述调理电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、电容、差分跟随运放电路和滤波电路；

所述第一分压电阻一端连接所述加法电路的输出端，另一端通过所述第二分压电阻接地，所述第三分压电阻的一端、所述电容的一端以及所述差分跟随运放电路的第一输入端均连接所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端，所述第三分压电阻的另一端、所述电容的另一端以及所述差分跟随运放电路的第二输入端接地，所述差分跟随运放电路的输出端通过所述滤波电路连接所述采样电路。

7.根据权利要求5所述的电流测量装置，其特征在于，所述采样电路包括电能计量芯片，所述电能计量芯片连接所述调理电路和所述处理器。

8.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，还包括电源管理模块，所述电源管理模块连接电源提供设备，以及连接所述传感电路、所述加法电路和所述处理单元。

9.根据权利要求8所述的电流测量装置，其特征在于，所述电源管理模块包括电流感应取能器件、倍压整流电路、比较器、模拟开关和稳压器，所述被测导线穿过所述电流感应取能器件，所述倍压整流电路连接所述电流感应取能器件、所述比较器和所述模拟开关，所述模拟开关还连接所述电源提供设备、所述比较器和所述稳压器，所述稳压器连接所述传感电路、所述加法电路和所述处理单元；

所述电流感应取能器件用于感应所述被测导线的电流并输出电压至所述倍压整流电路，所述倍压整流电路输出倍压后的电压至所述比较器，所述比较器根据所述倍压后的电压与预设电压阈值的比较结果控制所述模拟开关选择所述电源提供设备的电压或所述倍压整流电路输出的电压并输出至所述稳压器，所述稳压器对输入的电压稳压后输出。

10.根据权利要求1所述的电流测量装置，其特征在于，还包括连接所述处理单元的通信模块，所述通信模块用于与外部设备通信连接，所述处理单元通过所述通信模块将所述被测导线的电流值发送至所述外部设备。