随着新能源汽车和储能产业的快速发展，快速充电技术正成为支撑电动汽车规模化普及的重要基础。当前，新能源汽车快速充电桩正朝向480 kW大功率、千安级（kA）以上电流以及约10 min充电时间的目标迈进。传统的小量程电流传感器已难以满足大容量、大功率的安全监测需求。研发具备kA级大电流检测范围、mA级检测精度和100 kHz级响应速度的高性能电流传感器具有重要意义和市场价值。

针对上述问题，上海交通大学雷冲、上海大学孙学成研究团队提出一种宽量程、高精度、高频响应的MEMS磁通门电流传感器，可满足千安级电流监测要求，为高性能电流传感器的开发提供了新的技术方案。相关研究成果以“面向新能源快充应用的千安级MEMS磁通门电流传感器制作与性能”为题发表在《磁性材料及器件》期刊上。

这项研究所提出的磁通门电流传感器芯片由跑道型磁芯制成，磁芯上绕有两组线圈，分别为激励绕组和测量绕组。研究人员通过有限元仿真对传感器模型进行了优化设计，结果显示，当磁芯磁饱和感应强度为1.729 T、激励线圈和感应线圈匝数为30、磁芯尺寸为1.1 mm × 16 mm × 0.02 mm时，MEMS磁通门芯片的量程可达到20 mT，可满足千安级电流监测要求。

图1 MEMS螺线管磁通门电流传感器芯片几何模型：（a）空气域，（b）磁芯

图2 超宽磁场线性检测量程仿真结果

在芯片制造方面，研究人员采用MEMS微加工工艺（包括光刻、溅射、微电镀和聚酰亚胺绝缘层制备等），在玻璃晶片衬底上成功制作了包含三维螺线管线圈与跑道型磁芯的微型传感器。该芯片选用了高磁导率、零磁致伸缩的钴基非晶软磁材料作为磁芯，大大缩小了传感器整体尺寸。

图3 磁通门电流传感器的MEMS加工步骤

图4 MEMS磁通门电流传感器芯片样品

研究人员利用自研的300 μT量程MEMS磁通门电流传感器开展了电流检测实验。结果表明，在保证线性度的前提下，该传感器成功实现了10 mA到200 A电流的精确线性检测，检测精度达10 mA，其线性拟合系数（R²）为0.9999。此外，为了消除环境中地磁场对测量精度的干扰，研究人员创新性地采用了双芯片差分检测模式。通过将正向与反向放置的两组芯片数据相加并取平均值，系统有效抵消了地磁场带来的检测误差，进一步提升了电流检测的绝对精度。

图5 芯片差分检测模式测试曲线

这项研究成果证实了MEMS磁通门技术在宽量程和高精度检测中的可行性，为未来开发满足大功率快充及储能应用的新型电流传感器提供了坚实的研究基础与技术支撑。

论文信息：

DOI: 10.19594/j.cnki.09.19701.2025.05.007