[发明专利]基于TMR测量微电流原理测量直流配电网电压的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于TMR测量微电流原理测量直流配电网电压的装置及方法，属于传感器技术应用领域。本发明装置，包括：高阻值电阻、接入待测直流配电网的直流母线电压，将所述直流母线电压转化为DC小电流信号，并将所述DC小电流信号传输至电流互感器；电流互感器、接收DC小电流信号，并将所述DC小电流信号以预设比例转换为AC微电流信号传输至二级管整流桥；二级管整流桥、接收AC微电流信号，并将AC微电流信号转换为DC微电流信号，并传输至TMR微电流测量电桥；微电流测量电桥、接收DC微电流信号，并将DC微电流信号产生的磁场，以差分电压的形式输出，测量差分电压。本发明弥补了基于分压结构测量电压的精度、稳定性两方面不足。

技术领域

本发明涉及传感器技术应用领域，并且更具体地，涉及一种基于TMR测量微电流原理测量直流配电网电压的装置及方法。

背景技术

我国已陆续开展直流配电网科研项目与典型示范工程：例如浙江海宁尖山交直流混合配电网工程(±10kV)、杭州江东新城柔性直流配电网工程(±10kV)、上虞交直流混合微网工程示范(560V)等。但目前针对适用于直流配电网的电能计量方法及电能计量与检测器具尚未开展深入研究，计量直流配电网电能的重中之重便是精确测量直流母线的电压和电流。

目前针对电力系统中直流电量，常用的电压传感器以电阻式或阻容式的直流分压器为主；常用的电流传感器有零磁通式电流互感器、有源光电式电流互感器、全光纤电流传感器、Hall电流传感器。近几十年，随着磁电阻效应的深入研究，各向异性磁电阻(AMR)、巨磁电阻(GMR)、隧道磁电阻(TMR)技术渐渐成熟应用于电流测量中，而TMR元件凭借高灵敏度、广线性范围、低功耗、低温漂等优异特性，在电流测量领域脱颖而出。然而，为了适用于直流配电网的电压测量，传统基于分压原理的电压传感器在精度、稳定性等方面有所欠缺，性能优异的TMR元件尚未涉足电压测量领域。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于TMR测量微电流原理测量直流配电网电压的装置，包括：

高阻值电阻、接入待测直流配电网的直流母线电压，将所述直流母线电压转化为DC小电流信号，并将所述DC小电流信号传输至电流互感器；

电流互感器、接收DC小电流信号，并将所述DC小电流信号以预设比例转换为AC微电流信号传输至二级管整流桥；

二级管整流桥、接收AC微电流信号，并将AC微电流信号转换为DC微电流信号，并传输至TMR微电流测量电桥；

微电流测量电桥、接收DC微电流信号，并将DC微电流信号产生的磁场，以差分电压的形式输出，测量差分电压，输出的差分电压即为直流配电网电压；

所述微电流测量电桥，包括：通流U型导体、第一MTJ元件、第二MTJ元件、第三MTJ元件、第四MTJ元件和参考电源；

所述通流U型导体一端为输出电阻，接收DC微电流信号，所述DC微电流信号经第三MTJ元件、第二MTJ元件、第一MTJ元件、第四MTJ元件下方流过，将DC微电流信号产生的磁场，以差分电压的形式输出，通流U型导体另一端作为微电流测量电桥的二次测量端，测量差分电压；

所述第一MTJ元件的一端与第二MTJ元件一端共同连接参考电压源的正极输入端，第三MTJ元件一端与第四MTJ元件一端共同连接参考电压源的负极输入端；

所述第一MTJ元件的另一端与第三MTJ元件的另一端共同连接二次测量端的正极性端，第二MTJ元件另一端与第四MTJ元件的另一端共同连接二次测量端的负极性端。

可选的，高阻值电阻为所述装置的一次测量端，电流互感器为一次测量端进行电气隔离。

可选的，高阻值电阻为多个阻值相同的电阻串联组成，一端连接直流配电网的直流母线电压测量点，另一端通过通流导体连接参考地点。