CN105044439A - 一种隧道磁电阻电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道磁电阻电流传感器，通过感应被测定电流产生的磁场大小来检测流经U形电流导体的电流的大小，包括绝缘壳体，U形电流导体，第三电端子，两个磁场传感器，ASIC专用电子电路，印刷电路板等，U形电流导体包括第一电端子和第二电端子，磁场传感器采用TMR传感器，对平行于所述传感器表面的磁场分量敏感，两个磁场传感器布置在U形电流导体的第一电端子和第二电端子的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或相背离，这就构成了差分的方式检测电流，能够有效抑制来自外部的干扰磁场和因环境温度变化产生的影响。

Description

一种隧道磁电阻电流传感器

技术领域

本发明涉及一种使用磁电阻传感元件的电流传感器，用来测量流经导体的电流。

背景技术

一般来说，磁传感器，包括利用了霍尔效应的霍尔传感器、磁阻元件和磁效应晶体管等。磁传感器将磁场的大小转换为与电阻变化或电动势等对应的电信号并输出，通过感应被测定电流产生的磁场大小来检测流经导体的电流的大小，如果存在来自外部的干扰磁场有可能导致电流测量精度下降。

在传统的测量方法中，都采用磁芯靠近霍尔效应元件的方式进行测量，然而，这种构造的电流传感器就必须要有围绕在导体的周围的磁芯，因此，不适用于小型化，且电流传感器不允许分别制造磁芯和磁传感器，再进行组装，就会导致了生产成本高且测量精度受到环境温度变化和组装性能的影响较大。

为了追求电流传感器的小型化，现有技术中，已经存在无需磁芯的电流检测芯片。然而，在此类产品中，需要充分考虑以电子设备为对象的安全标准，并充分考虑到空间距离和爬电距离的产品开发。这里所说的空间距离是指穿过两个导电部分之间的空间的最短距离，而爬电距离是指沿着两个导电部分(一次电流线和二次电路)之间的绝缘物的表面的最短距离。而对于此类电流检测芯片，由于将一次电流线置于芯片内部，导致绝缘距离不够，而且会发生因电流较大时产生的发热，导致输出精度漂移，甚至发生芯片过热损坏。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于，提供一种新型的提高抗干扰性并能减少部件数量来实现小型化，能够PCB安装且保证了足够的电隔离强度的隧道磁电阻电流传感器。此隧道磁电阻电流传感器采用原边被测电流线与测试电路分开布置的方式，确保通过较大电流时一次电流线的发热不会损坏二次电路，而且利用隧道磁电阻较稳定的温度特性，确保环境温度变化时的输出精度。

为了达到上述目的，本发明提出一种隧道磁电阻电流传感器，通过感应被测定电流产生的磁场大小来检测流经U形电流导体的电流的大小，所述隧道磁电阻电流传感器包括：

绝缘壳体，装配于绝缘壳体上的U形电流导体，第三电端子，两个磁场传感器，ASIC专用电子电路及PCB印刷电路板，其中所述的U形电流导体具有一体成型的第一电端子和第二电端子，电流通过所述的第一电端子到第二电端子，或者电流通过第二电端子到第二电端子；所述的第一电端子和所述的第二电端子并排排列；所述的第三电端子包括并排设定的三个接线端子；

所述的ASIC专用电子电路和所述两个磁场传感器设置在所述U形电流导体的下方；所述的ASIC专用电子电路和所述磁场传感器设置在PCB印刷电路板的同侧或者两侧；所述的第三电端子与所述ASIC专用电子电路电连接。

优选的，所述的两个磁场传感器分别布置在U形电流导体的第一电端子和第二电端子的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或相背离，流过所述U形电流导体的电流产生的磁场在所述的两个磁场传感器的位置处指向相反的方向。

优选的，所述的磁场传感器为TMR传感器。

优选的，所述的磁场传感器为AMR传感器或者GMR传感器。

优选的，所述的磁场传感器包含有1、2或4个磁电阻元件，构成惠斯通电桥电路。

优选的，所述的惠斯通电桥电路为半桥、全桥或者准桥。

优选的，所述的ASIC专用电子电路，至少包括电阻，电容，信号处理电路，信号放大电路和滤波电路。

优选的，所述的ASIC专用电子电路和所述两个磁场传感器集成在同一芯片上。

优选的，所述的U形电流导体的第一电端子和第二电端子内侧边的间距为0.5mm或1mm或2mm。

优选的，所述的绝缘壳体为塑料壳体，其设有圆柱形定位桩以对所述U形电流导体定位，所述圆柱形定位桩的直径和所述U形电流导体内侧的直径相匹配。

本发明的磁场传感器对平行于所述传感器表面的磁场分量敏感，两个磁场传感器布置在U形电流导体的第一电端子和第二电端子的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或相背离，这就构成了差分的方式检测电流，能够有效抑制来自外部的干扰磁场和因环境温度变化产生的影响。

此外，与传统的霍尔传感器相比，在温度稳定性方面，本发明的磁场传感器具有绝对的优势，更适合在温度变化较大的环境下应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明磁电阻传感器的立体结构示意图；

图2为本发明磁电阻传感器的U形电流导体局部放大示意图；

图3为本发明磁电阻传感器的截面示意图；

图4为本发明磁电阻传感器的俯视示意图；

图5为本发明磁电阻传感器的包含磁场传感器的俯视示意图；

图6为本发明磁电阻传感器的实施例一示意图；

图7为本发明磁电阻传感器的实施例二示意图。

具体实施方式

下面结合附图分别对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

请参阅附图1，附图1为本发明的磁电阻传感器的立体结构示意图，包含有U形电流导体1，第三电端子2，塑料壳体3等，从附图1可以看出，整体结构为长方体形状，U形电流导体1的两个电端子平行设置。第三电端子包含有并排设定的三个接线端子。上述塑料壳体3也可以是其它绝缘壳体。

图2为本发明的隧道磁电阻电流传感器的U形电流导体的局部放大示意图，具有一体成型的第一电端子7和第二电端子8，电流通过所述的第一电端子7到第二电端子8，或者电流通过第二电端子8到第一电端子7；所述的第一电端子7和所述的第二电端子8并排排列。所述的第一电端子和第二电端子内侧边的间距为0.5mm或1mm或2mm。

图3为本发明磁电阻电流传感器的截面示意图，从图3中可以看出，两个磁场传感器4设置在PCB印刷电路板6的上方，而ASIC专用电子电路5设置在PCB印刷电路板6的下方。ASIC专用电子电路5，至少包括电阻，电容，信号处理电路，信号放大电路和滤波电路。

通过塑料壳体的圆柱形定位桩对U形电流导体定位，定位桩的直径和U形电流导体内侧的直径相匹配，使得U形电流导体能够容易且准确的安装在塑料壳体的上表面，显著提高了安装精度。

通过塑料壳体左右两个固定部，在装配处在塑料壳体的上方插入U形电流导体，塑料壳体是以弹性变形材料一体成型而成，只要U形电流导体的尺寸在公差要求内均可装配。

塑料壳体内部有多个定位销，PCB在对应位置布置有定位孔，确保PCB的装配精度。

图4和图5为本发明的磁电阻传感器的俯视图，所述的两个磁场传感器布置在U形电流导体的第一电端子和第二电端子的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或相背离，流过所述U形电流导体的电流产生的磁场在所述的两个磁场传感器的位置处指向相反的方向。

其中，磁场传感器为TMR传感器,也可以用AMR传感器或者GMR传感器替代。磁场传感器包含有1、2或4个两个磁电阻元件，构成电桥电路。所述的电桥电路为半桥、全桥或者准桥。

图6是本发明的一种实施例的示意图，包含有U形电流导体1，第三电端子2，塑料壳体3，两个磁场传感器4，ASIC专用电子电路5，PCB印刷电路板6。两个磁场传感器4和ASIC专用电子电路设置在U形电流导体1下方，两个磁场传感器4设置在PCB印刷电路板的上方且对称设置，ASIC专用电子电路5设置在PCB印刷电路板6的下方。两个磁场传感器4布置在U形电流导体1的第一电端子7和第二电端子8的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或构成反向，这就构成了差分的方式检测电流，能够有效抑制来自外部的干扰磁场和因环境温度变化产生的影响。

图7为本发明的另一种实施例的示意图，同样包含有U形电流导体1，第三电端子2，塑料壳体3，两个磁场传感器4，ASIC专用电子电路5，PCB印刷电路板6。两个磁场传感器4和ASIC专用电子电路设置在U形电流导体1下方，两个磁场传感器4设置在PCB印刷电路板的上方且对称设置，ASIC专用电子电路5同样设置在PCB印刷电路板6的上方。上述结构同样构成了差分的方式检测电流，此外，为了实现小型化，将磁场传感器和ASIC专用电子电路集成在同一个芯片中，这样能够方便使用和安装。

以上对本发明的特定实施例结合图示进行了说明，很明显，在不离开本发明的范围和精神的基础上，可以对现有技术和方法进行很多修改。在本发明的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在本发明的技术要旨范围内，进行多种多样的变更。

Claims (10)

1.一种隧道磁电阻电流传感器，通过感应被测定电流产生的磁场大小来检测流经U形电流导体的电流的大小，其特征在于：所述隧道磁电阻电流传感器包括

绝缘壳体，装配于绝缘壳体上的U形电流导体，第三电端子，两个磁场传感器，ASIC专用电子电路及PCB印刷电路板，其中所述的U形电流导体具有一体成型的第一电端子和第二电端子，电流通过所述的第一电端子到第二电端子，或者电流通过第二电端子到第二电端子；所述的第一电端子和所述的第二电端子并排排列；所述的第三电端子包括并排设定的三个接线端子；

所述的ASIC专用电子电路和所述两个磁场传感器设置在所述U形电流导体的下方；所述的ASIC专用电子电路和所述磁场传感器设置在PCB印刷电路板的同侧或者两侧；所述的第三电端子与所述ASIC专用电子电路电连接。

2.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的两个磁场传感器分别布置在U形电流导体的第一电端子和第二电端子的轴线上且沿一条水平线布置，且敏感轴方向相对或相背离，流过所述U形电流导体的电流产生的磁场在所述的两个磁场传感器的位置处指向相反的方向。

3.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的磁场传感器为TMR传感器。

4.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的磁场传感器为AMR传感器或者GMR传感器。

5.根据权利要求3所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的磁场传感器包含有1、2或4个磁电阻元件，构成惠斯通电桥电路。

6.根据权利要求5所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的惠斯通电桥电路为半桥、全桥或者准桥。

7.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的ASIC专用电子电路，至少包括电阻，电容，信号处理电路，信号放大电路和滤波电路。

8.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的ASIC专用电子电路和所述两个磁场传感器集成在同一芯片上。

9.根据权利要求1或2所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的U形电流导体的第一电端子和第二电端子内侧边的间距为0.5mm或1mm或2mm。

10.根据权利要求1所述的隧道磁电阻电流传感器，所述的绝缘壳体为塑料壳体，其设有圆柱形定位桩以对所述U形电流导体定位，所述圆柱形定位桩的直径和所述U形电流导体内侧的直径相匹配。