工业的快速发展推动着电流检测技术日臻成熟,当前电流传感器普遍利用电磁特性设计而成,检测到磁场后,根据电与磁的联动关系得到电流大小,可以实现电气隔离。本文目的是基于此原理设计一款精度高、抗干扰能力强的电流传感器。霍尔电流传感器成本低,工业电流检测中使用广泛,但内部霍尔元件灵敏度低、噪声大、温度稳定性差,且必须搭配聚磁环进行磁场放大,存在严重的漏磁问题,导致抗干扰能力不强、可靠性差,不满足实验室电流测量的要求。针对上述问题,本文通过对电路和磁路的整体优化,设计了非接触式AMR零磁通电流检测系统。系统的敏感元件采用高灵敏度、低噪声、温度稳定性高的AMR磁传感器。同时,搭配空心铁氧体圆环磁芯作为磁屏蔽,取代传统的聚磁环,提高了抗干扰性能,实现了高精度电流检测。本文完成的主要工作如下:1.设计了基于AMR的磁传感器。本着芯片级尺寸、高灵敏度、低噪声、低功耗的设计要求,选用KMZ51芯片作为磁传感器探头,将感应到的磁场转化为电压信号。围绕KMZ51搭建了信号调理电路,主要包括磁化翻转单元和电磁反馈单元:通过设计脉冲翻转电路,对KMZ51内部磁阻进行周期性磁化,输出交流信号,既能提高传感器的灵敏度,通过高通滤波器后又能消除电桥的直流偏置,AD630为核心的锁相放大器对交流信号进行解调,提高信噪比;电磁反馈模块主要是以补偿线圈为核心的闭环负反馈结构,系统平衡时,补偿线圈产生的磁场抵消待测磁场,可以消除灵敏度温漂。另外,搭建了基于STM32的数字化平台,将其应用于AMR磁传感器,实现磁场的测量与显示。2.在磁传感器的基础上,设计了AMR零磁通电流检测系统,主要包括磁路和电路两部分。磁路部分,设计了锰锌铁氧体材料的空心圆环作为磁屏蔽,AMR芯片位于磁芯内部空隙处,减小了干扰磁场引起的磁性误差。用Ansoft Maxwell对磁芯进行有限元仿真,通过比较原边导线偏心放置时磁芯空隙处磁感应强度的偏差率,优化了磁芯参数,验证了空心圆环的抗干扰性能优于聚磁环。电路部分,设计了基于PI补偿器的闭环负反馈结构,消除了磁滞效应和温漂带来的误差,提高了线性度。同时,建立了电流传感器的磁路和电路模型,对系统的传递函数进行了推导,得到系统的稳态误差与PI补偿器参数的关系。3.搭建实验平台,测试了磁传感器和电流传感器的关键性能指标。通过高斯计对磁传感器进行校准,结果显示,线性度达到0.7%,灵敏度达到3.56V/Gs,短期稳定性较好。并对磁传感器进行频谱分析,得到1/f噪声水平约6 nT/Hz@1Hz。AMR电流传感器的测试结果表明,电流检测范围±50A,频带测量范围DC-100kHz,精度优于0.7%,抗干扰性能优越,可以用于实验室电流检测。