CN103414176B - 一种磁阻限流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁阻限流器，包括基片、磁阻传感器层、第一绝缘层、线圈、第二绝缘层、磁屏蔽层以及输入电极和输出电极。线圈位于磁屏蔽层和磁阻传感器层之间，第一绝缘层、第二绝缘层分别隔离磁阻传感器层和线圈、线圈和磁屏蔽层，磁阻传感器层和线圈串联，并连接输入电极和输出电极。磁阻传感器层包括N行阵列式的磁隧道结行，线圈包括2*N+M？（N>1，M=-1或3）行串联或N+M（N>1，M=0或2）行并联的导电行，电流同方向流入位于隧道结行之上或下的导电行，且在磁隧道结行处产生均匀磁场。磁隧道结的磁敏感轴垂直于磁隧道结行，磁阻传感器层具有单调或轴对称线性上升电阻-磁场特征。该磁阻限流器具有响应速度快、可连续操作、对增减电流均起作用等特点。
Description
技术领域
本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种新型的磁阻限流器。
技术领域
在电子电路中，由于工业电源网络波动性的存在，例如当电网中接入或者断开其他电器，以及由于错误接线或者元器件失效以及电源电路在开启时，电容性元件的瞬时充电等因素都可能导致高的电流冲击，使得电子元器件如LED等受到破坏。与此相对的另一种情况是，电网电压的波动导致电路中瞬时出现电压不足，导致工作电流低于正常工作电流值。
为了解决这个问题，需要采用电热元件作为限流器来保护电子元件，通过电热元件自身参数性能如电阻的改变使得在高电流时能够增加电阻降低电流，在电流不足时能够减小电阻来增加电流，并在稳定时使得电阻回复至正常电阻值来实现电流的限制作用，以保护电路中的元件。通常采用的电热元件分为两种，一种是正电阻温度系数的电热元件，当电流增加时，电热元件发热，温度升高导致电阻快速增加，从而减小电流幅度。而对于电容性元件存在的电路中例如AC-DC电源电路，在启动时电容充电导致瞬时峰值电流，则采用另外一种负电阻温度系数的电热元件，即在起始阶段具有高的电阻，用于限制开始时的电容充电的瞬时冲击电流，当电容正常工作时，电阻开始发热温度升高，导致电阻减小，使得消耗减小。
但是电热元件用于电流限流，存在着以下缺点和不足：
1）电热元件阻值的变化依赖于热传导所导致的温度变化，温度的上升和下降通常需要一定时间，因此其响应速度较慢，而且温度的变化依赖于电热元件所处的环境，例如环境温度的变化，以及电热元件附近可能存在的其他元件如PCB板等都可能影响其相应量及相应速度；
2）如果电路中电流在间隔很短的时间内连续产生峰值，则电热元件在开始时能够产生相应，对于后面发生的变化，由于温度无法在短时间内恢复到稳定的工作状态，所以无法发挥限流作用；
3）电热元件只能使得电路中的冲击电流受到限制，对于电流低于正常值的情况则不能发挥作用，从而使电流减小幅度得到限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型磁阻限流器，利用磁隧道结电阻随外磁场变化的特点，通过线圈将电流转变成磁场，当电流增加时，磁场增加，导致磁隧道结电阻增加，从而使得电流增加幅度得到限制，当电路恢复正常时，磁场和电阻能够迅速回到正常值，或者另一种情况，当电流减小时，磁场减小，磁隧道结电阻减小，从而使得电流减小幅度得到限制，当电路恢复正常时，磁场和电阻回到正常值。
本发明提供了一种磁阻限流器，包括：基片、输入电极、输出电极、磁阻传感器层、第一绝缘层、线圈、第二绝缘层以及磁屏蔽层；线圈位于磁屏蔽层和磁阻传感器层之间，第一绝缘层分隔线圈和磁阻传感器层，第二绝缘层分隔线圈和磁屏蔽层；磁阻传感器层包括N行阵列式的磁隧道结行，N为大于1的整数，每行磁隧道结行包括一个或多个互联的磁隧道结单元，磁隧道结行之间以串联、并联或者混合串并联形成磁阻传感器层的两端口结构，线圈也具有两端口结构，磁阻传感器层的一个端口与线圈的一个端口相接，磁阻传感器层的另一个端口与输入电极相连，线圈的另一端口与输出电极相连；电流经输入电极流入磁阻传感器层，再经线圈从输出电极流出。
优选的，所述磁阻传感器层的电阻与流经输入电极-输出电极的电流所产生磁场成线性关系，或所述磁阻传感器层的电阻与流经输入电极-输出电极的电流所产生磁场的绝对值成对称线性分布特征，当流经输入电极-输出电极的电流为正常值时，所述磁阻传感器层的电阻处于最小值或者最大值位置，且随直流电流增加或减小，其对应电阻也相应增加或减小。
优选的，所述磁隧道结单元之间的连接方式是串联、并联或者串并联混合，所述磁隧道结单元的磁敏感轴垂直于磁隧道结行。
优选的，所述线圈包含（2*N+M）个导电行，其中N>1，M=-1或3，并且所述导电行之间串联连接，所述导电行平行于所述磁隧道结行，部分所述导电行位于所述磁隧道结行的上方或下方，另外部分所述导电行位于所述磁隧道结行之间，电流正方向流入位于所述磁隧道结行之上或之下的导电行，反方向流入位于两个所述磁隧道结行之间的导电行。
优选的，线圈包含（N+M）个导电行，其中N>1，M=0或2，并且所述导电行之间并联连接，所述导电行平行于所述磁隧道结行，所述导电行位于所述磁隧道结行的上方或下方，电流同方向流入各所述导电行。
优选的，当M>0时，所述线圈的每个导电行的截面的尺寸相同；当M=0或M＜0时，通过改变所述线圈的导电行的截面尺寸，从而保证在所述磁阻传感器层的每一磁隧道结行的位置处产生恒定敏感轴向磁场。
优选的，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层的材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅、光刻胶或苯并环丁烯。
优选的，所述线圈由铜、金或银这种高导电率金属材料制成。
优选的，所述磁屏蔽层由NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB或FeSiBNbCu这种高磁导率铁磁合金制成。
优选的，所述线圈的厚度为1-10um，所述导电行的宽度为5-40um，相邻两个所述导电行之间的间距为10-100um。
优选的，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层的厚度均为100-1000nm。
优选的，所述磁屏蔽层的厚度为1-10um。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供的新型磁阻限流器，完全采用半导体工艺制备，可以实现批量生产，降低生产成本，提高产品的一致性；
（2）磁阻传感器层的电阻和磁场响应速度快，同时还具有更高灵敏度，并具有低功耗的特点，不发热，因此受环境影响较小，可重复性强；
（3）磁阻限流器的工作不受相邻电流冲击发生事件时间的限制，能够提供即时的响应。
磁阻限流器除了可以实现通常的对冲击电流的限制之外，还可以对低于正常值的电流进行限制作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为磁阻限流器的一种拓扑结构的侧视图（传感器位于线圈之下）。
图2为磁阻限流器的另一种拓扑结构的侧视图（传感器位于线圈之上）。
图3为典型N行并联磁隧道结行和2*N+M（M=3）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图4为典型N行串联磁隧道结行和2*N+M（M=3）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图5为典型N行串联磁隧道结行和N+M（M=2）行并联导电行磁阻限流器的俯视图。
图6为典型N行并联磁隧道结行和N+M（M=2）行并联导电行磁阻限流器的的俯视图。
图7为典型N行并联磁隧道结行和N+M（M=0）行并联导电行磁阻限流器的俯视图。
图8为典型N行串联磁隧道结行和N+M（M=0）行并联导电行磁阻限流器的俯视图。
图9为典型N行串联磁隧道结行和2*N+M（M=-1）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图10为典型N行串联磁隧道结行和2*N+M（M=-1）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图11为典型N行并联磁隧道结行和N+M（M=0）行并联导电行磁阻限流器的俯视图。
图12为典型N行并联磁隧道结行和2*N+M（M=-1）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图13为典型N行串联磁隧道结行和2*N+M（M=-1）行串联导电行磁阻限流器的俯视图。
图14为典型N行串联磁隧道结行和N+M（M=0）行并联导电行磁阻限流器的俯视图。
图15为磁屏蔽层和通电串联导电行线圈磁力线的分布图。
图16为磁屏蔽层和通电串联导电行线圈在磁阻传感器层所产生敏感轴向磁场分量的分布图。
图17为通过增加串联导电行两端截面尺寸如增加宽度后在磁阻传感器层所产生的敏感轴向磁场分量的分布图。
图18为磁屏蔽层和通电并联导电行线圈磁力线的分布图。
图19为磁屏蔽层和通电并联导电行线圈在磁阻传感器层所产生敏感轴向磁场分量的分布图。
图20为通过减小并联线圈两端截面尺寸如增加宽度后在磁阻传感器层所产生的敏感轴向磁场分量的分布图。
图21为均匀磁场中空气层和磁屏蔽层磁场衰减因子计算模型示意图。
图22为空气层磁场By分量的分布曲线。
图23为磁屏蔽层磁场By分量的分布曲线。
图24为磁隧道结单向线性增加电阻-磁场特征曲线图。
图25为磁隧道结轴对称线性增加电阻-磁场特征曲线图。
图26为磁阻限流器在直流LED灯电路中的应用示意图。
图27为磁阻限流器在交流LED灯电路中的应用示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例一
本发明提供了一种磁阻限流器，图1和2分别对应该磁阻限流器的两种拓扑结构的侧视图。该磁阻限流器包括基片1（1’）、磁阻传感器层2（2’）、第一绝缘层3（3’）、线圈4（4’）、第二绝缘层5（5’）以及磁屏蔽层6（6’）。其中线圈4（4’）位于磁屏蔽层6（6’）和磁阻传感器层2（2’）之间，第一绝缘层3（3’）分隔线圈4（4’）和磁阻传感器层2（2’），第二绝缘层5（5’）分隔线圈4（4’）和磁屏蔽层6（6’）。在图1所示的拓扑结构中，磁屏蔽层6位于线圈4之上，磁阻传感器层2直接位于基片1上，在图2所示的拓扑结构中，线圈4’位于磁屏蔽层6’之上，磁屏蔽层6’直接位于基片1上。
磁阻传感器层2（2’）包括N行阵列式的磁隧道结行，N为大于1的整数，每行磁隧道结行包括一个或多个互联的磁隧道结单元，磁隧道结单元之间可以是串联、并联或者串并联混合连接，磁隧道结单元的磁敏感轴垂直于磁隧道结行。磁隧道结行之间以串联、并联或者混合串并联形成磁阻传感器层的两端口结构，线圈4（4’）也具有两端口结构。图3-14为磁阻限流器的俯视图，可以看出，磁阻传感器层2（2’）的一个端口与线圈4（4’）的一个端口相连，另一个端口与输入电极8相连，线圈的另一个端口与输出电极7相连，从而磁阻传感器层和线圈之间形成串联结构，电流经输入电极8流入磁阻传感器层2（2’），再经线圈4（4’）从输出电极7流出。线圈4（4’）包括多个导电行，其行数与磁隧道结行数N相关，且两者相互平行，磁隧道结行位于导电行之上或之下位置。
磁阻传感器层2（2’）和线圈4（4’）具有如下几种不同的形式：
在图3-6所示磁阻限流器中，磁阻传感器层包括N个阵列式的磁隧道结行，每行中的磁隧道结单元串联连接，磁隧道结行之间串联形成如图4、图5中所示的磁阻传感层2（1）的两端口结构或并联形成如图3、图6中所示的磁阻传感层2（0）的两端口结构。对于这两种磁阻传感器层结构，对应的线圈具有两种结构：其一为线圈包括2*N+M（M=3）个导电行，且各导电行之间形成如图3、图4中线圈4（0）部分所示的串联连接。部分导电行位于磁隧道结行的上方或下方，另外部分导电行位于磁隧道结行之间，电流正方向流入位于磁隧道结行之上或之下的导电行，且这些具有正方向电流的导电行具有相同的截面尺寸，电流反向流入磁隧道结行之间的导电行，这些具有反方向电流的导电行截面尺寸相同；其二为线圈包括N+M（M=2）个导电行，且各导电行之间形成如图5、图6中线圈4（1）部分所示的并联连接，导电行均位于磁隧道结行的上方或下方，电流同向流入位于磁隧道结行之上或之下的导电行，且各导电行具有相同截面尺寸。
在图7-10所示磁阻限流器中，磁阻传感器层包括N（N为大于1的整数）个阵列式磁隧道结行，每个磁隧道结行中的磁隧道结单元串联连接，磁隧道结行之间串联形成如图8、图9中所示的磁阻传感器层2（5）的两端口结构或并联形成如图7、图10中所示的磁阻传感器层2（4）的两端口结构。对于这两种磁阻传感器层结构，所对应的线圈4具有两种结构：其一为线圈包括2*N+M（M=-1）个导电行，且导电行之间形成如图9、10中线圈4（4）所示的串联连接，。部分导电行位于磁隧道结行的上方或下方，另外部分导电行位于磁隧道结行之间，电流正方向流入位于隧道结行之上或之下的导电行，反方向流入位于磁隧道结行之间的导电行，第一个和最后一个位于磁隧道结行之上或之下的导电行的横截面相对于中间位置的位于隧道结行之上或之下的导电行的横截面尺寸增加，以在所对应的磁隧道结行处产生相同的磁敏感轴磁场分量，即电流在磁阻传感器层的每一隧道结行的位置产生恒定敏感轴向磁场。其二为包括N+M（M=0）个导电行，且导电行之间形成如图7、图8中线圈4（5）部分所示的并联连接，导电行均位于磁隧道结行的上方或下方，电流同方向流入所有位于磁隧道结行之上或之下的导电行，第一个和最后一个位于磁隧道结行之上或之下的导电行的截面向对于中间位置位于隧道结行之上或之下导电行的截面尺寸减小，以在所对应的磁隧道结行处产生相同磁敏感轴向磁场分量。
在图11-14所示的磁阻限流器中，磁阻传感器层包含N=2个平行排列的磁隧道结行，每个磁隧道结行中的磁隧道结单元串联连接，磁隧道结行之间串联连接形成如图13、图14中所示的磁阻传感器层2（3）的两端口结构或并联连接形成如图11、图12所示的磁阻传感器层2（2）的两端口结构。对于这两种磁阻传感器层，所对应的线圈4具有两种结构，其一为线圈4包含2*N+M（M=-1）个导电行，且导电行之间串联连接形成如图12、图13中所示的线圈4（3），部分导电行位于磁隧道结行的上方或下方，另外部分导电行位于磁隧道结行之间，电流正方向流入位于隧道结行之上或之下的导电行，反方向流入位于隧道结行之间的导电行，第一和最后一个位于磁隧道结行之上或之下的导电行横截面尺寸相同，在所对应的磁隧道结行处所产生的相同的磁敏感轴磁场分量。其二为线圈4包含N+M（M=0）个导电行，导电行之间形成如图11、图14中所示的线圈4（2），导电行均位于磁隧道结行的上方或下方，电流同方向流入位于隧道结行之上或之下的导电行，第一个和最后一个位于磁隧道结行之上或之下的导电行横截面尺寸相同，在所对应的磁隧道结行处产生的磁敏感轴磁场分量相同。
图15所示为对应图3、图4中所示的串联导电行线圈4（0）和磁屏蔽层6（6’）在直流电流流过输入-输出电极情况下所产生磁场的矢量分布图，从图中可以看出，电流在导电行处产生环形磁场，经过磁屏蔽层6（6’）后强度得到增强。图16为各导电行在磁隧道结单元位置沿磁敏感轴方向磁场分量By的分布曲线，可以看出，对应为高磁场幅度的位于隧道结行之上或之下的具有相同电流方向的导电行所产生的磁场分量By的磁场分布特征相同，而两端的同向导电行所产生的磁场分量By要高于中间段。因此，磁隧道结行只有对应于中间段同方向电流导电行时，才能保证所有磁隧道结单元感受到相同的磁场分量By。
为了研究磁屏蔽层6（6’）对磁场分量By分布特征的影响，图16还显示了在无磁屏蔽层条件下，磁场分量By的磁场分布特征曲线。可以看出，其磁场幅度明显小于有磁屏蔽层的情况。因此，磁屏蔽板层的一个作用就是提高磁场分量By的幅度。
图17为对应图9、图10中串联导电行线圈4（4），通过增加两端导电行截面尺寸以此减小两端位置处磁场分量By的磁场幅度，从而获得和中间段相同幅度的磁场分布图，可以看出，所有对应同方向电流导电行具有相同的磁场幅度，因此隧道结行可以放置在包括两端的所有同向导电行之上或之下。
对于图12、图13中串联导电行线圈4（3），由于只有两个位于磁隧道结行之上或之下的同向导电行，且都处于两端，显然其在所对应的磁隧道结行所产生的沿敏感轴向磁场分量By的幅度相同。
图18为对应图5、图6中并联导电行的线圈4（1）和磁屏蔽层6（6’）在直流电流流过输入-输出电极情况下所产生磁场的矢量分布图。可以看出，磁场环绕着导电行，同样在屏蔽板层6（6’）中得到增强。图19为同向电流导电行在磁隧道结位置处所产生敏感轴向磁场分量By的分布图，可以看出，在有磁屏蔽层6（6’）的情况下，其磁场分量By的幅度更高。同样磁场分量By在中间段导电行处的磁场强度分布相同，而两端导电行的磁场幅度则要低于中间段。因此，磁隧道结行只有放置于中间段，才能保证所有磁隧道结感受到相同的磁场分量By。
图20为对应图7、图8中并联导电行的线圈4（5），通过减小两端导电行的截面尺寸，以此来增加其电流密度，以便提高两端导电行所对应的磁场幅度，从而使得中间段和两端导电行产生相同磁场幅度的磁场分量By的磁场分布图，因此磁隧道结行可以对应于所有并联导电行。
图11、图14所对应的并联导电行的线圈4（2）只包含两个对应磁隧道结行的同向导电行，并且位于两端位置，因此其所产生的的磁场分量By的幅度相同，无需调整截面尺寸。
在图15和图18中所用的磁屏蔽层6（6’），可以使得线圈4（4’）的导电行在磁隧道结单元位置处产生的磁场分量By得到大幅提高，另一方面，还可以使得磁隧道结单元得到保护，免受外磁场的影响。其对外磁场的衰减模型见图21，在赫姆霍兹线圈中产生的均匀磁场Bs中，没有磁屏蔽层6（6’）时，其磁敏感轴向磁场分量分布如图22所示，而在增加磁屏蔽层6（6’）时，其对应Ba磁场分布如图12所示，其磁场衰减因子约为9：1，即外磁场经过磁屏蔽层6（6’）之后，其幅度衰减到原来的9分之1，从而有效的保护了磁隧道结单元。
磁阻传感器层的电阻和外磁场关系的特征曲线对磁阻限流器起决定性作用。而特征曲线又取决于磁隧道结单元中自由层和钉扎层之间的角度关系，同时还取决于特征曲线的偏移。如图24所示的特征曲线，在正向磁场范围内，随磁场增加，磁阻传感器层的电阻线性增加，这种情况适用于直流电路，线圈4（4’）的导电行所产生的磁场分量By作用于磁隧道结行，当工作电流为正常值时，磁阻传感器层的电阻处于最大值或最小值位置，当电路中电流突然减小时，线圈4（4’）所产生By磁场也减小，磁阻传感器层2（2’）的电阻减小，从而使得直流电路中电流减小幅度得到限制；当电路中电流突然增加时，线圈4（4’）所产生By磁场增加，磁阻传感器层2（2’）的电阻增加，从而使得直流电路中电流增加幅度得到限制。
如图25所示，磁阻传感器层的电阻和外磁场特征关系曲线具有轴对称分布特征，且随磁场幅度增加，电阻增加。这种情况适用于交流电流电路限流作用，正常工作电流时，磁阻传感器层的电阻处于最小值或最大值位置，无论是正向电流幅度增加，或者是反向电流幅度增加，都可导致磁阻传感器层的电阻增加，从而使得交流电流增加幅度得到限制；当电阻位置处于最大值时，当电流小于正常值时，随磁场减小，导致电阻减小，从而使得电流减小幅度得到限制。
如图26所示，交流电源经过整流、滤波之后得到直流电流，并经磁阻限流器21给LED灯20供电。该磁阻限流器21包括基片1（1’）、磁阻传感器层2（2’）、线圈4（4’）、磁屏蔽层6（6’）、第一绝缘层3（3’）、第二绝缘层5（5’）、输入电极7和输出电极9，其中线圈4（4’）位于磁阻传感器层2（2’）和磁屏蔽层6（6’）之间，第一绝缘层3（3’）和第二绝缘层5（5’）分别介于磁阻传感器层2（2’）和电流4（4’）以及电流层4（4’）和磁屏蔽层6之间，线圈4（4’）和磁阻传感器层2（2’）串联，磁阻传感器层2（2’）和线圈4（4’）的另一端口分别连接输入电极7和输出电极8。其拓扑结构有两种形式，其一为磁阻传感器层2直接位于基片上1，线圈4位于磁阻传感器层2之上，而磁屏蔽层6位于顶部，其二为磁屏蔽层6’直接位于基片1’上，磁阻传感器层2’位于顶部，线圈4’位于磁阻传感器层2’之下。磁阻传感器层2（2’）包括N（N为大于1的整数）个阵列式的磁隧道结行，每行内磁隧道结单元串联连接，磁隧道结行之间串联连接或并联连接成两端口结构，磁隧道结单元的磁敏感轴垂直于磁隧道结行。对应线圈则有两种连接方式，其一为导电行串联连接，包含2*N+M（M=-1或3）个导电行，电流正向流入位于磁隧道结行之上或之下的导电行，反向流入位于磁隧道结行之间的导电行，其二为导电行并联连接，包含N+M（M=0或2）个导电行，电流同向流入位于隧道结行之上或之下的导电行。M>0时，线圈的导电行可以具有相同的截面尺寸，此外各导电行横截面尺寸可以变化以在其上或其下的磁隧道结单元处产生相同的沿敏感轴向的磁场分量。
其中，第一绝缘层3（3’）、第二绝缘层5（5’）的组成材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅、光刻胶或者苯并环丁烯等材料，其厚度为100-1000nm，线圈4（4’）为Cu，Au或Ag等高导电率材料，其厚度在1-10um范围内，导电行宽度为5-40um，相邻导电行之间的间距为10-100um。磁屏蔽层6（6’）为NiFe，CoZrNb，CoFeSiB，CoFeB，FeSiB，FeSiBNbCr等高磁导率合金材料，其厚度在1-10um范围内。
直流电流经过输入电极7流入磁阻传感器层2（2’），后流入线圈4（4’），最后通过输出电极8流出。当交流电源电压出现波动导致电路工作电流增加时，线圈4（4’）的导电行中电流增加，导致其在磁隧道结行所产生的敏感轴向磁场分量By增加，由于此时磁阻传感器层具有单向线性增加电阻-磁场特征，且正常工作电流时，电阻处于最小值位置，因此磁场增加导致磁阻传感器层的电阻增加，从而使得电流增加幅度得到限制，LED灯20得到保护，当电源电压恢复正常时，电流幅度恢复正常，磁阻传感器层的电阻和磁场均恢复到起始值；另外一种情况是，由于交流电源电压波动导致电路中工作电流减小时，导电行中电流减小导致其在磁隧道结行所产生的磁敏感轴向磁场分量By减小，此时磁阻传感器层依旧选择具有单向线性增加电阻-磁场特征，工作电流正常时，电阻处于最大值位置，因此磁场减小导致磁阻传感器层的电阻减小，从而使得电流减小幅度得到限制。
如图27所示，磁阻限流器结构如上所述，而交流电源直接给LED灯22-23供电，LED灯通过正向和反向并联连接，当交流电源在正半周范围内工作时，正向LED灯22工作，当交流电流在负半周工作时，反向LED灯23工作。磁阻限流器24与LED灯22-23串联，交流工作电流经过输入电极7流入磁阻传感器层2（2’），后流入线圈4（4’），经电流输出电极8流出。此时选择具有对称电阻-磁场特征的磁阻传感器层，且电阻随磁场幅度增加而增加，工作电流为正常值时，电阻处于最小值位置，当交流电源在正向产生波动时，磁场分量By在正向的幅度增加，从而导致磁阻限流器的电阻增加，使得正向电流幅度得到限制，LED灯22得到保护，当交流电源在反向产生波动时，磁场分量By在反向的幅度增加，磁阻限流器的电阻同样增加，使得反向电流幅度得到限制，LED灯23得到保护，当交流电源恢复正常时，电流恢复正常，此时感应磁场分量By和磁阻传感器层的电阻恢复正常，使得LED灯恢复正常状态。另一种情况是交流电源波动导致工作电流减小，此时仍居选择具有对称电阻-磁场特征的磁阻传感器层，交流电流正负半周分别对应磁场-电阻正负半周，并且工作电流正常时电阻分别处于对应的最大值位置，当工作电流减小时，导致磁场分量By减小，从而使磁阻传感器层的电阻减小，从而使得电流减小幅度得到限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种磁阻限流器，其特征在于：其包括：
基片、输入电极、输出电极、磁阻传感器层、第一绝缘层、线圈、第二绝缘层以及磁屏蔽层；
线圈位于磁屏蔽层和磁阻传感器层之间，第一绝缘层分隔线圈和磁阻传感器层，第二绝缘层分隔线圈和磁屏蔽层；
磁阻传感器层包括N行阵列式的磁隧道结行，N为大于1的整数，每行磁隧道结行包括一个或多个互联的磁隧道结单元，磁隧道结行之间以串联、并联或者混合串并联形成磁阻传感器层的两端口结构，线圈也具有两端口结构，磁阻传感器层的一个端口与线圈的一个端口相接，磁阻传感器层的另一个端口与输入电极相连，线圈的另一端口与输出电极相连；电流经输入电极流入磁阻传感器层，再经线圈从输出电极流出。
2.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述磁阻传感器层的电阻与流经输入电极-输出电极的电流所产生磁场成线性关系，或所述磁阻传感器层的电阻与流经输入电极-输出电极的电流所产生磁场的绝对值成对称线性分布特征，当流经输入电极-输出电极的电流为正常值时，所述磁阻传感器层的电阻处于最小值或者最大值位置，且随电流增加或减小，其对应电阻也相应增加或减小。
3.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述磁隧道结单元之间的连接方式是串联、并联或者串并联混合，所述磁隧道结单元的磁敏感轴垂直于磁隧道结行。
4.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述线圈包含2*N+M个导电行，其中N>1，M=-1或3，并且所述导电行之间串联连接，所述导电行平行于所述磁隧道结行，部分所述导电行位于所述磁隧道结行的上方或下方，另外部分所述导电行位于所述磁隧道结行之间，电流正方向流入位于所述磁隧道结行之上或之下的导电行，反方向流入位于两个所述磁隧道结行之间的导电行。
5.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：线圈包含N+M个导电行，其中N>1，M=0或2，并且所述导电行之间并联连接，所述导电行平行于所述磁隧道结行，所述导电行位于所述磁隧道结行的上方或下方，电流同方向流入各所述导电行。
6.根据权利要求4或5所述一种磁阻限流器，其特征在于：当M>0时，所述线圈的每个导电行的截面的尺寸相同；当M=0或M＜0时，通过改变所述线圈的导电行的截面尺寸，从而保证在所述磁阻传感器层的每一磁隧道结行的位置处产生恒定敏感轴向磁场。
7.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述第一绝缘层、所述第二绝缘层的材料为二氧化硅、氧化铝、氮化硅、光刻胶或苯并环丁烯中的一种。
8.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述线圈由铜、金或银中的一种金属材料制成。
9.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述磁屏蔽层由NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB或FeSiBNbCu中的一种铁磁合金制成。
10.根据权利要求4或5所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述线圈的厚度为1-10um，所述导电行的宽度为5-40um，相邻两个所述导电行之间的间距为10-100um。
11.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述第一绝缘层、所述第二绝缘层的厚度均为100-1000nm。
12.根据权利要求1所述一种磁阻限流器，其特征在于：所述磁屏蔽层的厚度为1-10um。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |