1.TMR电流传感器技术方案

TMR电流传感器从原理上可以分为开环电流传感器和闭环电流传感器，二者区别主要是有无反馈电路。其中，开环电流传感器具有结构简单、功耗低、成本低和响应速度快等特点，相对的对TMR芯片本身的线性度要求较高。闭环电流传感器由于引入了反馈，增加了部分成本，且功耗会随着待测电流增加而增大，但具有精度高、稳定性好等特点。针对不同的应用场景和成本要求，可以灵活选择开环或闭环方案。

开环TMR电流传感器基本的构造如图1所示，导线中通过待测电流Ip，根据电磁感应Ip会在其周围产生一个对应的磁场；这个磁场被集中在磁芯中，磁芯一侧存在气隙，气隙中放置了TMR器件用来感应气隙处的磁场强度。在TMR器件中通过恒定的激励电压Uc，这样根据隧穿磁电阻效应及惠斯通电桥的原理，在TMR器件的两端会产生与磁场线性相关的信号电压，信号电压经过放大调理等输出至外部，以输出信号与原边电流Ip的关系（即变比）计算出Ip的大小了。实际上由于器件的失调电压及温漂等特性影响，开环传感器的变比及失调电压会随环境温度等外界条件的改变而改变。因此对开环TMR电流传感器的设计包含三部分，第一部分是对磁路的设计，应保证在设计使用范围内尽可能的线性且屏蔽外部磁场的干扰；第二部分是对放大调理电路的设计，通常放大调理电路基于运算放大器构建用于控制传感器的变比；第三则是补偿电路的设计，包括失调电压补偿、灵敏度补偿等。针对开环TMR的相关应用，市面上有专用集成电路（ASIC）可实现上述第二与第三部分功能。

图1：TMR开环传感器框图

闭环TMR电流传感器与霍尔闭环电流传感器类似，均采用磁平衡原理，因TMR器件灵敏度、分辨率高于霍尔器件一个数量级，其闭环指标极其优越，标定精度可达 0.05%，并且可以测量微安级交直流和各种复杂波形，但同样存在功耗和外部磁场干扰问题，整体稳定性需采取新的技术手段方可提高且成本一般高于开环传感器。

闭环TMR电流传感器的框图如图2所示，设计过程分为四个部分：第一部分是对磁路的设计，此部分设计与开环传感器基本相同；第二部分是对误差放大电路的设计，与开环中设计不同的是，为获得高精度，放大电路的倍数通常设置得比较大，同时参数设置需考虑闭环系统的幅值/相位裕度等；第三则是反馈电路，依据磁平衡原理，利用二次侧补偿线圈产生的磁场对一次侧磁场进行补偿，使气隙处始终处于零磁通状态。该部分设计为闭环传感器特有的，用以实现磁场反馈，通常由电流驱动电路及绕制在磁芯上的反馈线圈组成；第四则是补偿电路，主要实现失调电压补偿的功能，闭环传感器变比的温漂一般较低，对灵敏度补偿需求较低。