CN104049129A - 用于残留电流检测的传感器、系统和方法 - Google Patents

Abstract

实施例涉及用于残留电流检测的传感器、系统和方法。在实施例中，传感器包括磁芯和穿过芯的孔的多个导体。磁芯包括在芯本身中的间隙，并且与常规方式对照，磁场传感器与这一间隙邻近、但是未在这一间隙内布置以便检测芯中的净通量。有利地，可以在其中希望检测AC或者DC电流的应用中使用实施例。

Description

用于残留电流检测的传感器、系统和方法

技术领域

本发明总体涉及传感器，并且具体地涉及用于检测残留电流的传感器，比如磁场传感器。

背景技术

除了防止更严重的事件（比如触电死亡、电火灾和装备损坏）之外，残留电流检测对于防止浪费电力也颇为重要。常规残留电流传感器可以包括在软磁芯周围缠绕的线圈，而两个导体经过芯的孔伸展。如果在导体中的电流之和不等于零，换而言之，如果电流在两个导体之间未被平衡，则净磁通量存在于芯中。这可能向接地、另一电路或者某个其它点用信号发送电流泄漏。在芯中的净通量的瞬态可能导致线圈中的感应电动势（EMF），该EMF可以由电路检测，使得可以切断功率或者采取其它动作以停止电流流动。

然而这些常规残留电流传感器受一些缺点困扰。首先，它们通常仅针对瞬态或者AC电流工作。因此，它们并不适用于其中也希望检测DC电流的应用。其次，它们一般需要制造起来昂贵的线圈。另外，如果该线圈饱和，则传感器可能受有限灵敏度和准确度困扰。这可能在希望检测的电流经常很小（例如在100A系统中约为0.1A的泄漏）时特别重要。

发明内容

实施例涉及残留电流感测系统和方法。在一个实施例中，一种残留电流感测系统包括：包括间隙的磁芯，间隙具有由磁芯的相对边缘限定的宽度，使得磁芯在中心孔周围非连续；多个电流导体，设置于中心孔内；传感器封装，具有比间隙的宽度更大的第一尺度并且布置于间隙以外并且与间隙邻近，使得宽度和第一尺度同轴并且传感器封装跨间隙延伸；以及至少一个传感器元件，设置于传感器封装中并且被配置用于在电流在多个导体中的至少一个导体中流动时感测在磁芯中感应的磁场。

在另一实施例中，一种检测残留电流的方法包括：提供残留电流感测系统，残留电流感测系统包括磁芯和传感器封装，磁芯包括在其中的间隙，传感器封装与间隙相邻并且跨间隙布置；并且设置于传感器封装中的至少一个传感器元件感测在布置于磁芯中的至少一个导体中的电流流动在磁芯中感应的电流。

在一个实施例中，一种残留电流感测系统包括：磁芯，包括限定间隙的第一部分和第二部分，间隙具有由磁芯的相对边缘限定的宽度，使得磁芯在中心孔周围非连续；多个电流导体，设置于中心孔内；传感器封装，具有比间隙的宽度更大的第一尺度并且包括布置于间隙以外并且与间隙邻近的第一部分，使得宽度和第一尺度同轴并且传感器封装跨间隙延伸，传感器封装还包括至少部分布置于间隙内的第二部分；以及至少一个磁场传感器元件，设置于传感器封装的第二部分中并且被配置用于在电流在多个导体中的至少一个导体中流动时感测在磁芯中感应的磁场。

附图说明

可以结合附图考虑本发明的各种实施例的以下具体描述来更完全理解本发明，在附图中：

图1是根据一个实施例的残留电流传感器系统的侧视截面图。

图2是根据一个实施例的残留电流传感器系统的侧视截面图，该残留电流传感器系统具有传感器封装和磁芯的备选相对定位。

图3A是根据一个实施例的残留电流传感器系统的侧视截面图，该残留电流传感器系统具有传感器封装和磁芯的另一相对定位。

图3B是根据一个实施例的包括软磁层的残留电流传感器系统的侧视截面图。

图3C是根据一个实施例的残留电流传感器系统的侧视截面图，该残留电流传感器系统包括套管并且具有传感器封装和磁芯的另一相对定位。

图3D是根据一个实施例的包括两段式套管的残留电流传感器系统的侧视截面图。

图4是根据一个实施例的包括两段式磁芯的残留电流传感器系统的侧视截面图。

尽管本发明可有各种修改和备选形式，但是已经在附图中通过示例示出并且将具体描述其细节。然而应当理解，意图并非使本发明限于描述的具体实施例。恰好相反，意图在于覆盖落入如所附权利要求限定的本发明的精神实质和范围内的所有修改、等效和备选。

具体实施方式

实施例涉及用于检测残留电流的传感器系统和方法。在实施例中，传感器包括磁芯和穿过芯的孔的多个导体。磁芯包括在芯本身中的间隙，并且与常规方式对照，磁场传感器与这一间隙邻近、但是未在这一间隙内布置，以便检测芯中的净通量。有利地，可以在其中希望检测AC或者DC电流的应用中使用实施例。

参照图1，描绘残留电流传感器系统100。传感器系统100包括磁芯102和穿过芯102中的中心孔106的多个电流导体104。在实施例中，导体104包括铜，例如在各种实施例中在印刷电路板中或者上的铜接线、穿孔铜片金属或者铜迹线。导体104有利地关于图1中的y轴对称地布置，而具体位置至少部分由芯102的几何形状限定。在实施例中，导体104可以例如由印刷电路板或者另一电介质、非传导材料绝缘，但是在图1中未描绘绝缘。

芯102也包括由芯102的相对边缘限定的间隙108，使得芯102在中心孔106周围非连续。在一个实施例中，芯102可以包括单段式构造和/或如下材料，比如坡莫合金、高导磁率合金（Mumetal）、铁素体或者具有低矫顽磁性的另一材料，但是可以在其它实施例中使用其它材料。在以下关于图4更具体讨论的另一实施例中，芯102可以包括夹紧、固定或者另外组合并且在其间限定间隙108的至少两段，比如两半。印刷电路板（PCB）110或者其它结构与芯102邻近布置，使得磁场传感器封装112可以与芯102邻近装配，而具体为在封装112中或者上的磁场传感器114与间隙108邻近或者相邻布置。在实施例中，传感器封装112具有与间隙108的宽度x尺度同轴的尺度，比如图1中的宽度x尺度，并且封装112的尺度大于宽度，使得封装112跨间隙108的整个宽度延伸。封装112可以如图1中那样关于间隙108的中心y轴而处于中心，或者封装112可以偏离中心（例如见图2）。然而一般而言，封装112的包括传感器114的部分布置于间隙108以外，使得传感器114也布置于间隙108以外。以下参照图4更具体讨论其中封装112的其它部分至少部分布置于间隙108中的实施例。

在实施例中，磁场传感器114包括霍尔效应传感器元件或者器件，比如竖直霍尔效应传感器元件或者器件；磁阻（xMR）元件或者器件，比如AMR、GMR、TMR、CMR或者其它xMR元件或者器件；巨型磁阻抗器件；或者另一适当磁场感测元件或者器件。传感器元件114的具体取向和配置在这一和其它实施例中可以根据实施的磁场传感器器件类型变化。例如如图1中描绘的那样，磁场传感器114包括竖直霍尔效应传感器器件或者xMR传感器器件。在其它实施例中，传感器114可以旋转或者其它位置改变，使得可以使用普通霍尔效应传感器。如本领域技术人员理解的那样，这仅为一个示例，并且可以在其它实施例中使用其它传感器和配置。

然而一般而言，传感器114相对于芯102（尤其间隙108）的位置是重要因素，因为传感器114用于感测芯102中的通量，该通量的路径受间隙108影响。杂散通量或者在芯102外并且在间隙108的区域周围离开或延伸的通量线可以依赖于间隙108的宽度以及间隙108的几何形状的其它特性。例如芯102的限定间隙108的相对边缘在各种实施例中可以平行或者非平行、阶梯状、弯曲或者包括一些其它非平坦表面，并且可以在边缘或者表面的任何方向上具有这些特性。

因此，在实施例中，传感器114与间隙108尽可能接近、但是未在间隙108内定位，比如在一些实施例中d少于约0.5mm，例如在一个实施例中约为0.3mm。在一个实施例中，d可以由在封装112内的模制化合物116的厚度和/或由封装112和/或芯102的绝缘层限定。例如在实施例中，芯102可以部分或者完全卷包于绝缘箔中，或者薄片可以插入于芯102与封装112之间。

封装112在实施例中包括表面装配器件（SMD）并且由引线框118耦合到PCB110，裸片120（比如半导体裸片）耦合到该引线框。封装112可以在其它实施例中包括某个其它适当配置，比如无引线封装，如很薄的四方扁平无引线（VQFN）封装。磁场传感器114布置于裸片118上，并且在一个实施例中模制化合物116总体包围磁场传感器114。

在实施例中，芯102包括软磁材料，比如“软”铁或者其它适当材料，并且总体是具有矩形或者圆形截面和/或孔的环形形状，而封装112耦合到的芯100的表面的至少一部分是平坦的。在其它实施例中，芯102可以具有某个其它形状和/或封装112耦合到的表面仅部分平坦或者某个其它配置，该配置使封装112能够与相对于间隙108布置的磁场传感器114耦合。封装112（更一般为PCB110的组件）可以在实施例中通过粘合、机械结合或者附着或者在实施例中通过某个其它适当材料或者工艺耦合到芯102。

在图1中包括示例磁通量线。在存储传感器114被布置为与间隙108邻近并且在间隙108以外（比如在一个实施例中在约为0.3mm的距离）时，传感器114落入芯102的由间隙108从芯102向外转移的杂散磁场内。一般而言，d可以随着w伸缩，例如在实施例中根据w/3<d<3*w。如果在芯102与封装112之间使用绝缘，则距离也可以变化，因为绝缘可以在一些实施例中约为0.2mm到约1.5mm厚。杂散磁场略微更弱，但是却足以用于杂散电流检测目的。由于更窄间隙108增加这一杂散场的强度，所以在实施例中，间隙108的宽度在实施例中少于约1mm，比如在实施例中约为0.5mm到约0.7mm，或者在一个实施例中约为0.6mm，但是间隙也可以更宽，比如在实施例中上至约5mm。如在包括用于参考的x-y坐标方格的图1中布置的那样，磁场传感器114布置于芯102的对称轴上，使得传感器114对芯102感应的磁场的水平x分量或者B_x敏感。在实践中，组装容差可能使传感器114脱离对称轴定位，从而在实施例中，系统100可以包括在裸片120上的多个传感器114。多个传感器114可以在坐标方格配置中相互间隔开（例如在一个实施例中约为100μm）布置于裸片120上，使得选择在组装之后与理想对称轴位置（例如如图1中的x=0）最接近的特定传感器114用于在场中使用。可以例如在制造线末端（end-of-line）测试之后禁用其它传感器114，在线末端测试中标识最佳定位的传感器114并且在裸片120上的存储器中或者例如在PCB110上的EEPROM器件中存储该最佳定位的传感器114。

将磁场传感器114定位于间隙108附近、但是在间隙108以外相对于常规的在间隙中的传感器方式而言提供若干优点。首先，如本领域技术人员理解的那样，系统100比在间隙中的传感器系统更易于制造，因为更易于与间隙108邻近而不是在间隙108内布置传感器114。这也可以提供成本节省。其次，系统100可以比在间隙中的传感器系统更灵敏，例如因为可以将间隙108制成为更窄，这增加磁场使得实现检测更高效残留电流。此外，在间隙中的传感器系统需要更宽间隙以便在其内容纳传感器。因此，可以通过如图1中那样在间隙以外布置传感器来实现减少空间或者面积要求。

可以在实施例中提供附加优点的附加配置也是可能的。除非另有指明，这里全文将使用相同或者相似标号（例如图1中的芯102和图2中的芯202）指代附图中的相同或者相似特征或者元件。

参照图2，描绘另一传感器系统200，该传感器系统包括可以在差分和/或梯度度量感测系统中使用的两个磁场传感器元件214a和214b。这里讨论的其它实施例也可以用作被配置用于感测磁场的差值和/或空间梯度的差分和/或梯度度量传感器和系统。第一传感器元件214a与图1中的传感器114的传感器元件相似布置于芯202的对称轴上，即如在图2中描绘的那样布置于x=0处。第二传感器元件214b被移位如裸片220将在x方向中的一个或者另一方向（即在图2中的负x方向）上允许的那样远。例如传感器元件214b可以在一个实施例中布置于x=-2mm处，但是这一距离可以在其它实施例中变化。在这样布置时，传感器元件214a将感测更强B_x场，而传感器元件214b将感测更弱B_x场。在实施例中，传感器元件214a和214b包括竖直霍尔效应传感器元件或者适当布置的一些其它磁场传感器元件。在其它实施例中，传感器元件214a和214b可以包括在惠斯通电桥配置中布置的xMR传感器元件。因此，桥配置可以被布置为使得桥的一个元件定位于x=0处而另一个定位于x=-2mm处或者某个其它适当点。

可以确定传感器元件214a和214b感测的场的差值，从而系统200包括差分感测系统。差分感测系统的优点可以是提高的准确度，因为可以在组合的差分信号中抵消影响两个或者所有传感器元件的公共误差，例如零点、偏移、干扰和扰动磁场以及其它误差。

取代如图1中那样的SMD封装，封装212在一个实施例中包括引线218，使得封装212可以更紧密地胶合、粘合或者另外粘附到芯202。引线218可以被确定尺寸并且配置用于在实施例中充分柔性以便吸收在PCB210与芯202之间的移动，由此保持在封装212中的模制化合物216包围的传感器元件214a和214b布置相对于芯202和间隙208一致。在其它实施例中，图1的系统100的SMD封装配置可以被实施为图2的系统200的一部分并且反之亦然。这同样对于关于这里的任何具体实施例讨论的其它元件和特征成立，这些元件和特征一般可以如本领域技术人员理解的那样在其它实施例中被实施。

系统200也包括导体203的交替配置。与图1中的导体104的圆形、接线式结构对照，在系统200中，导体204包括沿着x轴伸长的条。导体204也关于y轴镜像对称。这一对称性可以减少或者防止与导体204相对于x轴并且因此相对于间隙208的不准确定位相关的在传感器元件214a和214b周围的净通量分布的误差。在实施例中，导体204在y方向上堆叠而导体104在x方向上堆叠。在其它实施例中，导体104和/或导体204可以用任何数目的不同方式交织，而导体中的不同导体串联和/或并联耦合，或者所有导体204和/或导体104可以相互串联连接，这可以提供更大灵敏度。同样如先前提到的那样，可以在其它实施例中实施一个实施例的元件和特征，使得例如可以在一个实施例中在系统200中实施导体104并且可以在图1中实施导体204。

在其它实施例中，传感器系统200可以包括多于两个传感器元件214a和214b。例如在一个实施例中，传感器系统200包括用于二阶梯度计的三个传感器元件，每个传感器元件对B_x磁场分量（比如如果与图2的系统200相似地布置）敏感，或者如果以另一方式或者在另一轴上布置则对另一磁场分量敏感。为了讨论这一示例，将使用与图2中的系统200的配置相似、但是包括三个传感器元件的配置。第一传感器元件Bx1布置于x=0处，并且其它两个传感器元件布置于第一传感器元件的相对侧上，与第一传感器元件等距地间隔，例如Bx2在x=1mm并且Bx3在x=-1mm，但是这些尺度可以变化。然后，传感器系统可以使用来自所有三个传感器元件的信号以计算总信号，例如2*Bx1–Bx2–Bx3。这样的系统可以在实施例中关于受外部扰动更稳健。

如先前提到的那样，例如可以在实施例中使用普通霍尔效应传感器元件或者霍尔板，而不是竖直霍尔效应或者xMR器件。参照图3A，在其中传感器元件314a和314b包括霍尔板的实施例中，传感器元件314a和314b对B_y磁场分量敏感，因此关于y轴对称地布置。例如传感器元件314a和314b可以在一个实施例中间隔开约0.8mm，从而传感器元件314a定位于x=0.4mm处并且传感器元件314b定位于x=-0.4mm处，这些尺度可以在其它实施例中变化。然而一般而言，传感器元件314a和314b将间隔开与间隙302的宽度w相同或者更大的距离。

在操作中，系统300可以确定在两个传感器信号之间的差值，例如By1–By2，其中By1是来自传感器元件314a的信号，并且By2是来自传感器元件314b的信号。在实施例（比如图3A的其中间隙308的宽度w少于约1mm（比如约为0.5mm到约为0.7mm）的实施例）中，By1–By2针对约为1mA的残留电流约为1μT（微特斯拉）。因此，约为20mA到约为30mA的残留电流可以在实施例中容易可检测。

芯302、导体304、孔306、PCB310、封装312、模制化合物316、引线318和裸片320可以与本文中关于其它图和实施例讨论的元件相似。如先前提到的那样，来自本文中讨论和/或描绘的一个实施例的元件可以与来自其它实施例的元件组合使用，即使本文中可能未讨论或者描绘具体组合。

图3B与图3A相似，但是在图3B中，系统300还包括在裸片320的第一表面上提供的软磁层322，比如软铁材料，从而裸片320布置于层322与芯302之间。可以如图3A中那样、如描绘的那样或者在其它实施例中根据某个其它配置来布置传感器元件314a和314b。在实施例中保持裸片320为薄以最小化在层322与传感器元件314a和313b之间的距离，比如在实施例中少于约200μm，例如在一些实施例中少于约100μm，而在一些实施例中少于约50μm。另外，层322可以在实施例中比传感器元件314a和314b的间距更宽，比如甚至比裸片320更宽。这可以减少对关于残留电流的灵敏度和/或对背景场的稳健性的不利影响，这些背景场可以与裸片320相对于层322的定位容差相关。层322可以帮助从背景磁扰动绝缘传感器元件314a和314b，并且也使系统300更少受到组装容差。例如在操作中，在导体304中的电流引起的对传感器元件314a有影响的磁场相对于在纸面上的取向向下指向，而影响传感器元件314b的磁场向上指向。假设信号为相反符号，例如在传感器元件314a和314b包括霍尔板传感器器件时减去竖直B_y场提供信号的有效倍增。反言之，外部扰动场可以基本上均匀，并且因此可以具有影响传感器元件314a和314b的相同符号或者方向，因此相互抵消。

参照图3C，在另一实施例中，可以通过在芯302周围或者包围芯302提供屏蔽磁套管324来减少外部磁场的影响。在实施例中，套管324包括软磁材料，例如与芯302的材料相同或者相似的材料。在一个实施例中，套管324包括软磁铁，而芯302在实施例中包括更高质量和/或更高性能的材料，比如坡莫合金、高导磁率合金、铁素体或者具有低矫顽磁性的另一材料或者某个其它适当材料。这些材料也可以在其它实施例中使用，包括用于图3B中的磁层322。

如描绘的那样，套管324部分或者完全包围芯302和传感器封装312。在实施例中，在芯302的外表面与套管324的内表面之间的充分分离必须存在以避免套管324短接或者另外影响芯302中的通量。可以选择沿着芯302的整个周界的最小分离距离，使得在芯302与套管324之间的等效磁阻大于间隙308的等效磁阻。因此，如果间隙308在一个实施例中约为0.5mm宽并且具有约为10mm²的截面面积，并且如果芯302的周界表面约为300mm²，则在芯302与套管324之间的距离应当在一个实施例中大于约15mm（0.5*10/300）。例如在实施例中，套管324和芯302被分离至少约5mm，例如约为15mm。芯302本身可以在实施例中具有在约为5mm到约15mm的范围内的进入图3B的绘图平面中的截面厚度，而套管324可以在实施例中具有在约为10mm到约为25nm的范围内的也进入绘图平面中的截面厚度。套管324包括的材料（比如在一个实施例中为片金属）可以在实施例中在约为0.5mm到约为1.5mm厚的范围内。比如用于芯302的这些尺度也可以应用于其它实施例。

在实施例中，传感器封装312布置于芯302的孔306内，即芯302定位于封装312与套管324之间。尽管制造这样的配置可能比对于其它实施例更复杂，但是优点可以是芯302可以在封装312布置于该芯内时保护封装312。然而封装312和间隙308的相对位置相似，而传感器元件314a和314b在间隙308沿着x轴的相对侧上在裸片320上相互间隔开。封装312也通过一个或者多个引线318耦合到PCB310，而PCB310和引线318也布置于芯302的孔306内。PCB310在实施例中与导体304之一邻近布置或者耦合到导体304之一，这些导体可以与关于其它实施例和附图讨论的导体相同或者相似。在这样定位时，传感器元件314a和314b比在其它实施例中从导体304间隔开更远，这可以关于减少导体布置容差对传感器元件314a和314b感测的磁场的影响而有利。

在更多另一实施例中，套管324可以包括比如图3D中描绘的至少两个部分324a和324b，并且PCB310可以支持套管324以及芯302和封装312。PCB310可以包括孔326，封装312可以比如在将部件焊接到PCB310之前布置于该孔中。因此，PCB310可以与典型配置相反并且倒置布置，使得迹线和其它互连被布置于例如引线318可以如图3D中描绘的那样焊接到的下表面上。在这一实施例中，假设利用PCB310装配配置，传感器封装312可以耦合到芯302，或者从芯302分离比如约0.5mm或者更少，比如约0.1mm。套管324包括如图3D中描绘的两个部分324a和324b。可以有利的是在PCB310的边缘布置该两个部分之一（这里为部分324b）以沿着至少一侧提供连续表面。可以在其它实施例中实施包括关于套管部分324a和324b、PCB310、封装312和/或芯302的一个或者多个相对位置的其它配置。

如先前提到的那样，软磁芯可以可以在实施例中包括“拆分芯”配置。例如可以夹紧、固定或者另外组合至少两个芯部分，比如两半或者尺寸和配置不同或者等同的其它段，这可以帮助保持间隙108的尺度一致。参照图4的系统400，芯402包括两个这样的芯部分402a和402b。芯部分402a和402b尺寸不同，使得芯部分402a具有更大竖直截面尺度以及至少沿着一个表面的更大水平截面尺度。芯部分402a和402b有些交织或者重叠，其中部分402b的外底表面403b与部分402a的上底表面403a的至少部分长度相对。在实施例中，在表面403a与403b之间在y方向上的最小分离和在x方向上的最大长度（如图4中标识）有利于最小化在部分402a和402b的那些表面403a和403b之间的分离的净效果。芯部分402a和402b的末端也跨间隙308相互相对或者形成间隙408。可以在其它实施例中使用其它配置，使得部分402a和402b可以倒置或者旋转或者实施其它形状和相对布局。例如可以装配芯部分402a和402b为用于图3D中的套管部分324a和324b，使得至少一个部分装配到PCB310的侧部或者端部。在实施例中，芯部分402a和402b包括相同材料（比如软磁材料），但是在其它实施例中可以使用不同材料。

在实施例中，通过在如图4中的较大箭头指示的方向上提供压力来将芯部分402a和402b保持在一起。例如夹具、耦合封装或者耦合件和/或弹簧元件可以在实施例中用来将芯部分402a和402b保持于它们的相对位置。例如可以使用包括塑料弹簧部分的塑料耦合件和/或可以实施如下弹簧，该弹簧包括铍铜（BeCu）、钢铁、合金或者橡胶或者某种其它适当材料。一般而言，保持芯部分402a和402b的力应当充分强以便维持间隙408的希望的位置关系和几何形状，但是未强到足以影响芯402的软磁材料的结构完整性或者压迫封装412。

此外，系统400可以包括传感器封装412，该传感器封装包括至少部分向间隙408中延伸的鳍413或者其它部分。鳍413在实施例中可以被配置用于限定间隙408的宽度，特别是在比如其中组合两个芯部分402a和402b以形成单个芯402的系统400的实施例中。可以一体地将鳍413形成为封装412的一部分，由此也用于维持在间隙408与传感器元件414a和414b之间的空间关系。

在实施例中，鳍413可以包括与在封装412的其它部分中形成的模制化合物416相同的材料。例如典型模制化合物材料可以包括高硅填充物含量，它具有低热膨胀系数，因此可以有益于在间隙408布置于其中时维持该间隙的一致宽度。可以在其它实施例中使用鳍413的其它模制化合物材料或者配置和组成。例如在另一实施例中，鳍413可以包括：封装412的分离部分，该分离部分包括不同填充物材料；在封装412上形成的或者耦合到封装412的件；或者更一般为辅助将封装412耦合到芯402的鳍。

导体404、孔406、引线418和裸片420可以与这里关于其它附图和实施例讨论的相似元件相似。尽管未描绘为系统400的部分，但是其它实施例可以包括耦合到封装412的PCB以及其它元件和特征，包括本文中关于其它附图和实施例讨论的元件和特征。如先前提到的那样，来自本文中讨论和/或描绘的一个实施例的元件可以与来自其它实施例的元件组合使用，即使本文中可能未讨论或者描绘具体组合。

在实施例中，残留电流感测系统（比如系统100、系统200、系统300和/或系统400）包括至少一个测试导体，使得可以执行系统自测试。例如并且参照系统400，测试导体可以布置于孔406中，并且传感器系统400的和/或耦合到传感器系统400的或者另外设置于传感器封装412中的电路装置可以通过测试导体发送已知的测试电流。在一个实施例中，传感器系统本身可以发出或者生成测试电流，这可以提高准确度，因为在传感器元件414a和414b与测试电流之间的距离在它们被限定于相同裸片420上时更小。电路装置然后可以确定传感器元件414a和414b是否感测到测试电流并且可以提供对应的输出信号。例如在图3C的实施例中，可以在PCB310中或者上形成测试导体。可以按照需要施加测试信号，或者测试信号可以周期性地（比如在一个实施例中每100ms）运行。

本文中已经描述系统、设备和方法的各种实施例。这些实施例是仅通过示例给出的并且未旨在于限制本发明的范围。另外应当理解可以用各种方式组合已经描述的实施例的各种特征以产生许多附加实施例。另外，尽管已经描述各种材料、尺度、形状、配置和位置等用于与公开的实施例使用，但是可以利用除了公开的材料、尺度、形状、配置和位置等之外的其它材料、尺度、形状、配置和位置等而未超出本发明的范围。

相关领域普通技术人员将认识本发明可以包括比以上描述的任何单独实施例中所示更少的特征。本文中描述的实施例不是为了穷尽呈现其中可以组合本发明的各种特征的方式。因而，实施例并不是特征的互斥组合；实际上，如本领域普通技术人员理解的那样，本发明可以包括从不同单独实施例选择的不同单独特征的组合。另外，除非另有指明，关于一个实施例描述的元件可以在其它实施例中被实施，即使在这样的实施例中未描述这些元件时。虽然从属权利要求可以在权利要求书中是指与一个或者多个其它权利要求的具体组合，但是其它实施例也可以包括独立权利要求与每个其它独立权利要求的主题内容的组合或者一个或者多个特征与其它从属或者独立权利要求的组合。除非陈述未旨在于具体组合，本文中提出这样的组合。另外，也旨在于在任何其它独立权利要求中包括权利要求的特征，即使未直接使这一权利要求引用该独立权利要求。

限制以上文献的通过引用的任何结合，使得未结合与本文中的明确公开相对的主题内容。还限制以上文献的通过引用的任何结合，使得在文献中包括的权利要求未通过引用而结合于此。进而还限制以上文献的通过引用的任何结合，使得除非本文中明确的包括，在文献中提供的任何限定未通过引用而结合于此。

为了解释用于本发明的权利要求书，除非在权利要求中记载具体措词“用于……的装置”或者“用于……的步骤”，明确地旨在于将未援用35U.S.C.的第112节第六段的规定。

Claims (27)

1.一种残留电流感测系统，包括：

包括间隙的磁芯，所述间隙具有由所述磁芯的相对边缘限定的宽度，使得所述磁芯在中心孔周围非连续；

多个电流导体，设置于所述中心孔内；

传感器封装，具有比所述间隙的所述宽度更大的第一尺度，并且布置于所述间隙以外并且与所述间隙邻近，使得所述宽度和所述第一尺度同轴并且所述传感器封装跨所述间隙延伸；以及

至少一个传感器元件，设置于所述传感器封装中并且被配置用于在电流在所述多个导体中的至少一个导体中流动时感测在所述磁芯中感应的磁场。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述中心孔由所述磁芯的第一表面限定，并且其中所述传感器封装耦合到所述磁芯的第二表面。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器元件包括在所述传感器封装中的半导体裸片上布置的第一传感器元件和第二传感器元件，并且其中所述残留电流传感器系统包括被配置用于确定在第一传感器元件信号与第二传感器元件信号之间的差值的电路装置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一传感器元件和所述第二传感器元件在所述半导体裸片上相互间隔开并且被配置用于用作梯度计以感测磁场的空间梯度。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一传感器元件与所述间隙的中心轴对准，并且所述第二传感器元件在与所述间隙的所述宽度同轴的方向上与所述间隙间隔开，其中所述间隙的所述中心轴与所述间隙的所述宽度垂直。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一传感器元件和所述第二传感器元件在与所述间隙的所述宽度同轴的方向上布置于所述间隙的相对侧上并且与所述间隙的中心轴等距地间隔，其中所述间隙的所述中心轴与所述间隙的所述宽度垂直。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器元件包括在所述传感器封装中的半导体裸片上相互间隔开的多个传感器元件，并且其中所述残留电流传感器系统还包括被配置用于选择所述多个传感器元件中的在制造所述传感器系统之后相对于所述间隙具有最优位置的至少一个传感器元件以用于在操作中使用、并且存储与所述多个传感器元件中的选择的所述至少一个传感器元件相关的信息的电路装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个传感器元件中的在制造所述传感器系统之后相对于所述间隙具有最优位置的所述至少一个传感器元件包括在所述多个传感器元件之中的与所述间隙的中心轴最接近定位的传感器元件，所述间隙的所述中心轴与所述间隙的所述宽度垂直。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器元件包括霍尔效应传感器元件、竖直霍尔效应传感器元件、巨型磁阻抗元件或者磁阻传感器元件中的至少一个。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器封装包括表面装配器件（SMD）封装。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器封装包括与在所述传感器封装中的半导体裸片平行布置的软磁层，并且其中在所述软磁层与所述磁芯之间的距离大于在所述至少一个传感器元件与所述磁芯之间的距离。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁芯包括第一部分和第二部分，其中所述相对边缘包括所述第一部分的边缘和所述第二部分的边缘。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述传感器封装还包括鳍部分，并且其中所述传感器封装耦合到所述磁芯，使得所述鳍部分至少部分布置于在所述相对边缘之间的所述间隙内。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个传感器元件包括相互间隔开与所述间隙的宽度的至少一半相等的距离并且被配置用于用作差分或者梯度度量传感器的第一霍尔传感器元件和第二霍尔传感器元件。

15.根据权利要求1所述的系统，还包括至少部分包围所述磁芯和所述传感器封装的磁套管部分。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括通过至少一个引线耦合到所述传感器封装的印刷电路板（PCB）。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述PCB在所述传感器封装与所述多个导体之间布置于所述磁芯的所述孔内。

18.根据权利要求1所述的系统，还包括：测试导体，设置于所述中心孔内；以及电路装置，被配置用于通过向所述测试导体提供已知测试电流并且确定所述至少一个传感器元件是否感测到所述已知测试电流来促进所述残留电流感测系统的自测试。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述已知测试电流由设置于所述传感器封装中的电路发出。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述电路装置还被配置用于提供输出信号，所述输出信号指示是否感测到所述已知测试电流。

21.一种检测残留电流的方法，包括：

提供残留电流感测系统，所述残留电流感测系统包括磁芯和传感器封装，所述磁芯包括在其中的间隙，所述传感器封装与所述间隙相邻并且跨所述间隙布置；并且

设置于所述传感器封装中的至少一个传感器元件感测在布置于所述磁芯中的至少一个导体中的电流流动在所述磁芯中感应的电流。

22.根据权利要求21所述的方法，其中提供残留电流感测系统还包括由至少两段形成所述磁芯，所述间隙被限定于所述至少两段之间。

23.根据权利要求22所述的方法，其中提供残留电流感测系统还包括在所述间隙中布置所述传感器封装的第一部分，其中所述传感器封装的第二部分包括所述至少一个传感器元件。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述至少一个传感器元件包括霍尔效应传感器元件、竖直霍尔效应传感器元件、巨型磁阻抗元件或者磁阻传感器元件中的至少一个传感器元件。

25.根据权利要求21所述的方法，还包括通过向布置于所述磁芯中的测试导体施加已知电流并且确定所述至少一个传感器元件是否感测到所述已知电流在所述磁芯中感应的磁场来实施自测试。

26.根据权利要求25所述的方法，其中实施自测试还包括提供与所述至少一个传感器元件是否感测到所述已知电流在所述磁芯中感应的磁场相关的输出信号。

27.一种残留电流感测系统，包括：

磁芯，包括限定间隙的第一部分和第二部分，所述间隙具有由所述磁芯的相对边缘限定的宽度，使得所述磁芯在中心孔周围非连续；

多个电流导体，设置于所述中心孔内；

传感器封装，具有比所述间隙的所述宽度更大的第一尺度并且包括布置于所述间隙以外并且与所述间隙邻近的第一部分，使得所述宽度和所述第一尺度同轴并且所述传感器封装跨所述间隙延伸，所述传感器封装还包括至少部分布置于所述间隙内的第二部分；以及

至少一个磁场传感器元件，设置于所述传感器封装的所述第二部分中并且被配置用于在电流在所述多个导体中的至少一个导体中流动时感测在所述磁芯中感应的磁场。