CN103988086B - 感测电流的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述了用于感测电流的装置和方法。一个装置(100)包括：基底构件(102)，其具有第一支腿(104，106)和第二支腿(104，106)，支腿(104，106)在其间限定一角度(108)；第一磁电流传感器(110，112)，其耦合到所述基底构件(102)并布置在等分所述角度(108)的平面中的第一位置处；以及第二磁电流传感器(110，112)，其耦合到所述基底构件(102)并布置在等分所述角度(108)的所述平面中的第二位置处。
Description
技术领域
本公开涉及用于感测电流的装置和方法。
背景技术
穿过电路导体(例如导线)的电流可以根据电流通过电路导体时电路导体生成的磁场来确定(例如：感测、获取和/或测量)。例如，根据磁场确定电流可以允许电流被测量而不用物理接触电路导体。
根据磁场确定电流的一些先前方法可以使用磁芯来集中电流产生的磁通量。此类方法可以例如将单个磁电流传感器放置在磁芯的间隙中。
然而，使用磁芯确定电流的方法可能使用大量的空间(例如体积)和/或电力。另外，此类方法对于生产可能是昂贵的，例如因为它们可能具有复杂的结构和/或许多组件。另外，此类方法由于例如与磁芯相关联的剩余磁化强度而可能易于有测量误差。
附图说明
图1A和1B示出了根据本公开一个或多个实施例的电流传感器。
图2是根据本公开一个或多个实施例的用于感测电流的方法的框图。
具体实施方式
本文描述了用于感测电流的装置和方法。例如，一个或多个实施例包括：基底构件，其具有第一支腿和第二支腿，支腿在它们之间限定一角度；第一磁电流传感器，其耦合到所述基底构件并布置在等分所述角度的平面中的第一位置处；以及第二磁电流传感器，其耦合到所述基底构件并布置在等分所述角度的所述平面中的第二位置处。
本公开的一个或多个实施例可以根据电路导体传导电流时由电路导体生成的磁场来感测与电路导体相关联的电流。例如，本公开的一个或多个实施例可以在不使用磁芯的情况下感测电流。
由于本公开的一个或多个实施例可以在不使用磁芯的情况下感测电流，因此，与先前方法(例如其中使用磁芯感测电流的方法)相比，本公开的一个或多个实施例可以使用更少量的空间(例如体积)和/或电力来感测电流。另外，与先前的方法相比，本公开的一个或多个实施例可以使用更不复杂的结构和/或更少的组件来感测电流。此外，根据本公开的一个或多个实施例的感测电流可以减小和/或消除与所感测的电流相关联的误差(例如测量误差)。另外，例如，由于电路导体不需要被切割来安装，因此，本公开的一个或多个实施例可以容易地安装(例如固定)在电路导体上。
在下面的详细描述中，对形成其的一部分的附图做出参考。这些图通过图示的方式示出了可以如何实践本公开的一个或多个实施例。对这些实施例进行了足够详细地描述使得本领域普通技术人员能够实践本公开的一个或多个实施例。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其它的实施例，并且可以做出处理、电气和/或结构上的改变。
本文的图遵循编号惯例，其中首先的一个或多个数位对应于附图的图号，并且剩下的数位标识附图中的元件或组件。不同图之间类似的元件或组件可以通过使用类似的数位来标识。例如，102可以标记图1A中的元件“02”，并且类似元件在图1B中可以标记为102。
如将意识到的，本文各种实施例中示出的元件可以添加、交换、组合和/或消除，以便提供本公开的多个附加实施例。图中提供的元件的比例和相对尺寸意图图示本公开的实施例，并且不应当视为是限制性意义的。
如本文所使用的，“一”或“多个”某事物可以指代一个或多个此类事物。例如，“多个磁电流传感器”可以指代一个或多个磁电流传感器。
图1A和1B示出了根据本公开一个或多个实施例的电流传感器100。图1A示出了在电流传感器100未固定到电路导体时的电流传感器100，并且图1B示出了固定到电路导体118的电流传感器100。
如图1A和1B中所示，电流传感器100包括具有第一支腿104和第二支腿106的基底构件102。在一些实施例中，支腿104和106可以在其间限定一角度108。图1A和1B中示出的实施例包括支腿104和106的三角形(例如V形)连结部(junction)，但是本公开的实施例并不限于支腿104和106的具体形状和/或连结部。
基底构件102可以是各种材料，包括例如印刷电路板(PCB)和/或非磁性材料(例如：聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等)，但是本公开的实施例并不将基底构件102限制为特定材料。如下文所讨论的(例如结合附图1B)，例如，电流传感器100可以包括在基底构件102的表面上的板(例如，板116)。
如图1A和1B中所示，基底构件102可以包括第一磁电流传感器110和第二磁电流传感器112。本公开的实施例并不将基底构件102限制为包括特定数量的磁电流传感器(例如，基底构件102可以包括多于两个的磁电流传感器)。磁电流传感器110和/或112可以布置在等分角度108的平面上，并且可以分开特定距离114，如图1A和1B中所示。
磁电流传感器110和112可以是被配置为感测(例如检测、测量和/或获取)磁场数据的各种类型的传感器中的一个或多个。例如，除了其它类型传感器之外，磁电流传感器110和/或112还可以是和/或包括霍耳效应元件、各向异性磁阻(AMR)传感器和/或隧穿磁阻(TMR)传感器。例如，除了其他磁场数据之外，磁场数据还可以包括磁场的梯度和/或大小(例如，密度、等级和/或强度)。
如图1A和1B中所示，电流传感器100包括其中具有开口122的紧固件120。开口122可以接纳支腿104和/或106(例如支腿104和/或106的末端部分)。本公开的实施例并不将紧固件120限制为特定材料。相反，如下文结合图1B所进一步讨论的，紧固件120可以包括配置为啮合(例如可固定地啮合)支腿104和106的各种紧固件。
例如，紧固件120可以通过螺纹螺钉124和/或126进行调节。在一些实施例中，紧固件120可以将支腿104和106的末端部分接纳在开口122中，并且可以通过螺纹螺钉124和/或126可调节地固定到电流传感器100。例如，除了其它啮合类型之外，螺纹螺钉124和/或126还可以摩擦地啮合支腿104和/或106的表面，和/或可以穿入支腿104和/或106上的一个或多个开口中。
开口122可以是穿过紧固件120的开口或者可以通过其一部分。此外，开口122可以是各种尺寸和/或形状；本公开的实施例不将开口122限制为特定的外观和/或结构。
图1B示出了根据本公开一个或多个实施例的固定到电路导体(例如导线)118的电流传感器100。如之前所讨论的并且如图1B中示出的实施例中所示，基底构件102可以具有在其上的板116。例如，板116可以是印刷电路板(PCB)和/或可以通过各种手段(例如焊料、胶、一个或多个机械紧固件等)附着于基底构件102。
在图1B中示出的实施例中，支腿104和106被示出为通过螺纹螺钉124和126穿过开口(例如，前面结合图1A所讨论的开口122)固定到紧固件120。如图1B中所示，紧固件120的表面可以啮合电路导体118。附加地和/或可替代地，电路导体118可以通过支腿104和/或106(例如支腿104和/或106的内表面)来啮合。
当固定到支腿104和/或106时，紧固件120的表面可以足够平坦(如图1B中所示)，如此以啮合电路导体118并将基底部分102牢固地布置在与电路导体118(例如电路导体118的纵轴)基本垂直的平面中。此类垂直布置可以允许磁电流传感器110和/或112准确地确定与电路导体118相关联的磁场，如下面结合图2所讨论的。
图1A和1B示出了紧固件120的实施例；然而，本公开并不将紧固件限制为所示出的实施例。相反，紧固件120可以是能够将传感器100固定到电路导体(例如电路导体118)的各种紧固件。例如，紧固件120可以包括捆绑组件(例如钩和环紧固件、捆索等)、夹具、粘合剂和/或各种机械紧固件等。
尽管为了清楚并且为了不模糊本公开的实施例而在图1A和/或1B中未示出，但是电流传感器100可以包括围绕电流传感器100的一部分的传导屏蔽(例如，软磁传导屏蔽)。此类屏蔽可以由各种传导和/或软磁材料制成，并且可以围绕电流传感器100和/或电路导体118的部分和/或全部。屏蔽可以防止外部磁场(例如与附加电路导体相关联的场)影响传感器110和/或112进行的磁场数据获取。
在一些实施例中，电流传感器100不包括磁芯。例如，不包括磁芯的益处可以包括：与使用磁芯的方法相比，使用更少量的空间(例如体积)和/或电力。另外，不使用磁芯可以允许电流传感器100使用与使用磁芯的方法相比更不复杂的结构和/或更少的组件。此外，不使用磁芯可以允许电流传感器100减少和/或消除与所感测的电流相关联的误差(例如测量误差)。
图2是根据本公开一个或多个实施例的用于感测电流的方法230的框图。例如，可以使用图1A和1B中示出的传感器100来执行方法230。
在方框232，方法230包括当电路导体在传导电流时，在第一位置确定与电路导体(例如，前面结合图1B所述的电路导体118)相关联的第一磁场。例如，可以通过前面结合图1A和/或1B所讨论的磁电流传感器110(例如在磁电流传感器110的位置)确定第一磁场。传感器110的操作可以依赖于传感器110的类型和/或设计，因此，本公开的实施例不将磁场的测量和/或确定限制为特定的操作。
在方框234，方法230包括在与第一位置相距特定距离的第二位置确定与电路导体相关联的第二磁场，其中电路导体的纵轴与所述特定距离基本垂直。确定第二磁场可以包括传感器112在传感器112的位置处确定由电路导体118产生的磁场，例如前面结合图1A和/或1B所讨论的。所述特定距离可以是例如前面结合图1A和/或1B所讨论的距离114。
在方框236，方法230包括至少部分地基于第一磁场、第二磁场以及所述特定距离来确定电流。例如，在第一位置测量的所确定的磁场(例如由磁传感器110确定的磁场)可以称为B1。以类似的方式，在第二位置测量的所确定的磁场(例如由磁传感器112确定的磁场)可以称为B2。第一位置和第二位置之间的特定距离(例如距离114)可以称为D。电路导体(例如电路导体118)和第一位置之间的另一距离(例如未知距离)可以称为R。
使用与自由空间的磁导率相关联的常数(例如磁常数)μ0，例如，电流(I)可以使用Biot-Savart定律确定如下：
那么
虽然图2中未示出，但是方法230可以包括确定与电路导体相关联的电源的频率。例如，在没有磁芯的情况下传导与电路导体相关联的磁场，附加(例如不期望的)数据可以通过磁电流传感器110和/或112来测量。例如，除了其他磁场之外，此类数据还可以包括与另一电路导体相关联的外部磁场和/或与地球相关联的磁场。
确定与要测量的电路导体(例如电路导体118)相关联的电源的频率可以允许本公开的一些实施例折减(例如忽视)附加和/或不期望的磁场数据。附加于和/或替代诸如前面结合图1A和/或1B所讨论的使用传导屏蔽结构地，可以使用确定电源的频率。
虽然本文示出并描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将意识到，任何打算实现相同技术的安排都可以替代所示的特定实施例。本公开意图覆盖本公开各个实施例的任何以及全部修改或变型。
应该明白，以说明性方式而非限制性方式做出了以上描述。在考查以上描述后，上述实施例的组合以及本文未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员而言将是清楚的。
本公开的各个实施例的范围包括其中使用上述结构和方法的任何其他应用。因此，应该参照所附权利要求以及这些权利要求被赋予的全部范围的等同物来确定本公开各个实施例的范围。
在前面的具体实施方式中，出于精简公开的目的，在图中示出的示例实施例中将各个特征分组在一起。该公开方法不应解释为反映了这样的意图：本公开的实施例要求比每项权利要求中明确记载的更多的特征。
相反，如所附权利要求反映的，发明主题在于少于单个公开的实施例的所有特征。因此，所附权利要求特此被并入具体实施方式中，其中每项权利要求其自身独立地作为单独的实施例。
Claims (10)
1.一种电流传感器(100)，包括：
基底构件(102)，其具有第一支腿(104，106)和第二支腿(104，106)，支腿(104，106)在其间限定一角度(108)；
第一磁电流传感器(110，112)，其耦合到所述基底构件(102)并布置在等分所述角度(108)的平面中的第一位置处；以及
第二磁电流传感器(110，112)，其耦合到所述基底构件(102)并布置在等分所述角度(108)的所述平面中的第二位置处。
2.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中所述电流传感器(100)不包括磁芯。
3.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中至少一个磁电流传感器(110，112)包括隧穿磁阻元件。
4.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中至少一个磁电流传感器(110，112)包括各向异性磁阻元件。
5.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中：
所述基底构件(102)包括印刷电路板(102，116)；以及
磁电流传感器(110，112)耦合到所述印刷电路板(102，116)。
6.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中所述基底构件(102)是非导电材料。
7.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中所述电流传感器(100)被配置为响应于当电路导体(118)在传导电流时所述基底构件(102)被布置在与所述电路导体(118)的纵轴基本垂直的平面中而确定与所述电路导体(118)相关联的电流。
8.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中所述电流传感器(100)包括可固定到所述第一支腿(104，106)和所述第二支腿(104，106)的紧固件(120)。
9.如权利要求1所述的电流传感器(100)，其中所述电流传感器(100)包括包含开口(122)的紧固件(120)，所述开口被配置为接纳所述第一支腿(104，106)的末端部分和所述第二支腿(104，106)的末端部分。
10.如权利要求1所述的电流传感器(100)，还包括围绕所述电流传感器(100)的一部分的软磁传导屏蔽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180605 |