CN109752578A - 一种磁隔离器 - Google Patents

一种磁隔离器 Download PDF

Info

Publication number
CN109752578A
CN109752578A CN201910197873.9A CN201910197873A CN109752578A CN 109752578 A CN109752578 A CN 109752578A CN 201910197873 A CN201910197873 A CN 201910197873A CN 109752578 A CN109752578 A CN 109752578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
magnetic
current conductor
induction unit
field induction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910197873.9A
Other languages
English (en)
Inventor
郭海平
沈卫锋
薛松生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MultiDimension Technology Co Ltd
Original Assignee
MultiDimension Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MultiDimension Technology Co Ltd filed Critical MultiDimension Technology Co Ltd
Priority to CN201910197873.9A priority Critical patent/CN109752578A/zh
Publication of CN109752578A publication Critical patent/CN109752578A/zh
Priority to PCT/CN2020/078993 priority patent/WO2020187127A1/zh
Priority to JP2021555822A priority patent/JP2022525364A/ja
Priority to EP20774231.3A priority patent/EP3940397A4/en
Priority to US17/593,324 priority patent/US20220187389A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/207Constructional details independent of the type of device used
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/093Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0011Arrangements or instruments for measuring magnetic variables comprising means, e.g. flux concentrators, flux guides, for guiding or concentrating the magnetic flux, e.g. to the magnetic sensor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/007Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/007Environmental aspects, e.g. temperature variations, radiation, stray fields
    • G01R33/0076Protection, e.g. with housings against stray fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07Hall effect devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/098Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁隔离器,包括基板、磁场发生单元、磁场感应单元、屏蔽层、隔离介质,磁场发生单元包含电流导体,电流导体在基板的一侧沿第一方向延伸设置,磁场感应单元与电流导体设置于基板的同侧,磁场感应单元位于电流导体的侧方,且沿第二方向上,电流导体与磁场感应单元之间的距离大于0,其中,第一方向与第二方向垂直;电流导体和磁场感应单元之间设置有隔离介质;电流导体和磁场感应单元之间第二方向上距离内设置隔离介质,可以起到电气隔离的作用,有利于提高隔离强度,工艺简单。屏蔽层可以吸收外界的干扰磁场,进一步提高信噪比。

Description

一种磁隔离器
技术领域
本发明涉及磁性传感器领域,特别涉及一种磁隔离器。
背景技术
在电子电路中,各种信号容易产生互相干扰,为保证信号的稳定,常常会使用到信号隔离器。目前商用的信号隔离器包括光耦器件、电容耦合隔离器、磁隔离器,其中磁隔离器具有响应频率快、容易集成的特点,目前被广泛采用。
ADI公司成功商业化的iCoupler系列产品,采用芯片级变压器技术,将初次级线圈集成在半导体基片上,在初次级之间,具有高击穿强度的聚酰亚胺,隔离电压高达5000VRMS/min,传输速率达到150Mbps。由于变压器只对高频信号有响应,如果输入信号是低频信号,则需要对原始信号进行斩波等方式处理,才能实现初次级之间的信号传递。
NVE公司利用巨磁阻(GMR)元件,开发出了IsoLoop系列产品,隔离电压高达6000V,传输速率也达到了150Mbps。该系列产品内部具有一初级线圈,在初级线圈下方,具有GMR元件,初级线圈在GMR元件位置,产生一水平方向的磁场,GMR元件检测该水平方向磁场并输出,实现了信号的隔离传输。在初级线圈和GMR元件之间,具有10μm厚的苯并环丁烯(BCB),实现数千伏的隔离电压。由于GMR元件的频率响应是从0Hz到若干MHz,解决了变压器只能传输高频信号的问题。
上述两种方法的高隔离电压都是通过在信号发送元件和接收元件之间的隔离层实现的,为了达到高的隔离电压,需要采用高隔离电压的材料,并且较厚的隔离层。若用氧化硅或氧化铝作为隔离层,则需要较长的镀膜时间,需要较高的成本;若采用高分子材料如聚酰亚胺或者BCB等作为隔离层,在某些极端环境下,有器件失效的隐患,如遇潮气或者高温环境。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提出了一种磁隔离器,该磁隔离器包括基板、磁场发生单元、磁场感应单元、屏蔽层、隔离介质,磁场发生单元包含电流导体,电流导体在基板的一侧沿第一方向延伸设置,磁场感应单元位于电流导体的侧方;沿第二方向上,电流导体与磁场感应单元之间的距离大于0,其中,第一方向与第二方向垂直。在电流导体和磁场感应单元之间,具有隔离介质,该隔离介质可以是高绝缘强度的隔离材料,隔离距离只跟电流导体和磁场感应单元之间的水平距离有关。在磁场感应单元的上下两侧,具有聚磁片,可以提高磁场感应单元的输出信号。在磁场感应单元和电流导体的上侧和/或下侧具有屏蔽层,吸收外界的干扰磁场,同时防止所述电流导体产生的磁场的泄漏。该磁隔离器的结构简单,制备工艺也相对简化,节约成本。
本发明是根据以下技术方案实现的:
一种磁隔离器,包括基板、磁场发生单元、磁场感应单元、屏蔽层、隔离介质,
其中所述磁场发生单元包含电流导体,所述电流导体在所述基板的一侧沿第一方向延伸设置,所述磁场感应单元与所述电流导体设置于所述基板的同侧,所述磁场感应单元位于所述电流导体的侧方,且沿第二方向上,所述电流导体与所述磁场感应单元之间的距离大于0,其中,所述第一方向与所述第二方向垂直;
所述电流导体和所述磁场感应单元之间设置有隔离介质;所述电流信号包括输入端,所述输入端输入的电流信号流经电流导体在电流导体周围产生磁场,且所述磁场在磁场感应单元的灵敏方向上具有分量,所述磁场感应单元感应的输出信号正比于在所述电流导体周围产生的磁场;
所述屏蔽层与所述磁场发生单元位于所述基板的同一侧,且位于所述磁场发生单元靠近所述基板的一侧和/或远离所述基板的一侧,用于吸收外界的干扰磁场并防止所述磁场发生单元的电流导体周围产生的磁场泄漏。
优选地,所述磁场发生单元还包括电压转换单元,所述电压转换单元与所述电流导体的输入端电连接,用于将输入的电压信号转换成电流信号。
优选地,还包括信号处理单元,所述信号处理单元与所述磁场感应单元电连接,用于接收、处理所述磁场感应单元的输出信号,并输出处理后的信号。
优选地,所述信号处理单元包括依次串联连接的滤波模块、放大模块、比较模块和电平转换模块,其中所述滤波模块与所述磁场感应单元电连接。
优选地,所述磁场感应单元由巨磁阻元件构成,其中,所述巨磁阻元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述巨磁阻元件的表面,所述巨磁阻元件的灵敏方向垂直于所述巨磁阻元件的表面;或者
所述巨磁阻元件的钉扎层平行于所述巨磁阻元件的表面,所述巨磁阻元件的灵敏方向平行于巨磁阻元件的表面。
优选地,所述磁场感应单元由隧道磁阻元件构成,其中,所述隧道磁阻元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述隧道磁阻元件的表面,所述隧道磁阻元件的灵敏方向垂直于所述隧道磁阻元件的表面;或者
所述隧道磁阻元件的钉扎层平行于所述隧道磁阻元件的表面,所述隧道磁阻元件的灵敏方向平行于所述隧道磁阻元件的表面。
优选地,所述磁场感应单元由霍尔元件或者各向异性磁电阻元件构成。
优选地,还包含聚磁片,所述聚磁片设置在所述磁场感应单元的第一侧和第二侧,其中,所述第一侧和所述第二侧为所述磁场感应单元相背的两侧,且所述第一侧到第二侧的连线方向与所述磁场感应单元的灵敏方向相同或相反,所述聚磁片用于增强电流导体产生的磁场信号以及所述磁隔离器的信噪比。
优选地,所述聚磁片和所述屏蔽层的材料包括坡莫合金、工业纯铁、铁氧体中的至少一种。
优选地,所述基板采用硅基板、石英基板或者玻璃基板,
所述隔离介质包括氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、苯并环丁烯中的至少一种。
与现有技术相比,本发明具有以下有益技术效果:
本发明提供的磁隔离器,利用电流导体和磁场感应单元之间的第二方向(对于水平放置的磁隔离器,为水平方向)上距离内设置隔离介质,可以起到电气隔离的作用,有利于提高隔离强度,工艺简单。屏蔽层可以吸收外界的干扰磁场,进一步提高信噪比。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为现有技术中常规的磁隔离器截面示意图;
图2是本发明实施例提供的一种磁隔离器的立体结构示意图;
图3是本发明提出的一种磁隔离器截面图;
图4为本发明提出的另一种磁隔离器截面示意图;
图5是本发明实施例提供的另一种磁隔离器的立体结构示意图;
图6是本发明实施例提供的另一种磁隔离器的立体结构示意图;
图7是本发明实施例提供磁场感应单元的输出曲线示意图;
图8是本发明实施例提供的一种桥式结构的磁场感应单元的电路示意图;
图9是本发明实施例提供的另一种桥式结构的磁场感应单元的电路示意图;
图10是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的一种位置关系示意图;
图11是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的另一种位置关系示意图;
图12是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的另一种位置关系示意图;
图13是本发明实施例提供的电阻值输出的磁隔离器电气结构示意图;
图14是本发明实施例提供的桥式电压输出的磁隔离器电气结构示意图;
图15是本发明实施例提供的带信号处理的磁隔离器电气结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1是现有技术中常规的磁隔离器截面示意图,所有的部件均通过半导体工艺或者MEMS工艺沉积在基板101上,电流导体102上通有电流信号,以下以电流信号的方向为垂直纸面方向向内进行说明,电流信号大小与被测流大小有关,在电流导体102的正下方,具有磁场感应单元104,在磁场感应单元104的位置上,电流导体102产生的磁场方向如图中箭头103所示。磁场感应单元104感应该磁场,并以电压方式输出。在电流导体102和磁场感应单元104之间,具有隔离介质105,该隔离介质的材料和厚度,决定了隔离电压。为了增强对外场的抑制,以及减小磁场的泄露,在电流导体102、磁场感应单元104的上下两侧,具有屏蔽层106。为了达到较高的隔离电压,通常需要较厚的隔离介质。若用氧化硅或氧化铝作为隔离层,则需要较长的镀膜时间,需要较高的成本;若采用高分子材料如聚酰亚胺或者BCB等作为隔离层,在某些极端环境下,有器件失效的隐患,如遇潮气或者高温环境。
基于上述问题,本发明实施例提出一种磁隔离器,图2是本发明实施例提供的一种磁隔离器的立体结构示意图,图3是本发明提出的一种磁隔离器截面图,其截面所对应的剖面线为A-A’,参考图2和图3,该磁隔离器包括基板201、磁场发生单元、磁场感应单元203、屏蔽层209、隔离介质,磁场发生单元包含电流导体202,电流导体202在基板201的一侧沿第一方向x延伸设置,磁场感应单元203与电流导体202设置于基板201的同侧,磁场感应单元203位于电流导体202的侧方,且沿第二方向y上,电流导体202与磁场感应单元203之间的距离大于0,其中,第一方向x与第二方向y垂直;电流导体202和磁场感应单元203之间设置有隔离介质;电流导体包括输入端,输入端输入的电流信号流经电流导体202在电流导体202周围产生磁场,且磁场在磁场感应单元203的灵敏方向上具有分量,磁场感应单元203感应的输出信号正比于在电流导体202周围产生的磁场;
屏蔽层209与磁场发生单元203位于基板201的同一侧,位于磁场发生单元的靠近基板201的一侧和/或远离基板201的一侧,用于吸收外界的干扰磁场并防止电流导体202周围产生的磁场泄漏。
其中,电流导体202与磁场感应单元203之间的隔离电压正比于电流导体202与磁场感应单元203之间的间隔距离,该间隔距离指电流导体202与磁场感应单元203连接的长度。
参考图2和图3,具体的,在基板201的一侧,具有电流导体202,电流导体202与屏蔽层209之间可以设有隔离介质。在电流导体202的侧方,具有磁场感应单元203和205,在这两个磁场感应单元位置处,电流信号产生的磁场方向分别为图中的箭头204和206,这两个箭头的方向也是磁场感应单元203和205的灵敏方向。对于某一特定的电流值,磁场感应单元203和205的输出信号不同,即可实现信号的隔离输出。
在电流导体202和磁场感应单元203之间,其沿第二方向上的间隔距离为a1,电流导体202与磁场感应单元205之间,具有间隔距离a2,其中,a1和a2大于0,隔离电压大小与间隔距离的长度有关,通过增加间隔的长度,可以增加隔离电压,这在工艺上是很容易实现的。此外,为了增强对外场的抑制,以及减小磁场的泄露,在电流导体202、磁场感应单元203和205的靠近基板201的一侧和/或远离基板201的一侧,即图3中的上下两侧,具有屏蔽层209。
继续参考图2和图3,在上述方案的基础上,磁隔离器还包含聚磁片207,聚磁片207设置在磁场感应单元的第一侧和第二侧,其中,第一侧和第二侧为磁场感应单元相背的两侧,且第一侧到第二侧的连线方向与磁场感应单元的灵敏方向相同或相反,聚磁片207用于增强磁场感应单元的磁场信号以及磁隔离器的信噪比。
示例性的,对于图3水平放置的磁隔离器,磁场感应单元的第一侧可以为磁感应单元的上侧,第二侧可以为磁感应单元的下侧;或者磁场感应单元的第一侧可以为磁感应单元的下侧,第二侧可以为磁感应单元的上侧。为在磁场感应单元的第一侧和第二侧,设有聚磁片207,可以增加磁场感应单元处的磁场强度,并且使磁场方向沿着磁场感应单元的灵敏方向。
本发明实施例提供的磁隔离器,包括基板、磁场发生单元、磁场感应单元、屏蔽层、隔离介质,磁场发生单元包含电流导体,电流导体在基板的一侧沿第一方向延伸设置,磁场感应单元与电流导体设置于基板的同侧,磁场感应单元位于电流导体的侧方,且沿第二方向上,电流导体与磁场感应单元之间的距离大于0,其中,第一方向与第二方向垂直;电流导体和磁场感应单元之间设置有隔离介质,电流导体和磁场感应单元之间第二方向上距离内设置隔离介质,可以起到电气隔离的作用,有利于提高隔离强度,工艺简单。屏蔽层可以吸收外界的干扰磁场,进一步提高信噪比。
在上述方案的基础上,聚磁片和屏蔽层的材料包括坡莫合金、工业纯铁、铁氧体中的至少一种。基板采用硅基板、石英基板或者玻璃基板。隔离介质包括氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、苯并环丁烯中的至少一种。
图4是本发明提出的另一种磁隔离器截面示意图,在某些工艺条件下,电流导体302在高度方向上,会偏离磁场感应单元303和305的中心线,仍以电流导体302中电流方向为垂直纸面向内为例进行说明,此时在磁场感应单元303和305上,有水平方向的分量,如图中箭头304和306所示。在这种设计中,磁场感应单元303和305的灵敏方向为水平方向(以磁隔离器水平放置为例),在磁场感应单元303和305的上下两侧,可以增加聚磁片307,增加磁场感应单元处的磁场强度,提高信号输出。
图5是本发明实施例提供的另一种磁隔离器的立体结构示意图;图6是本发明实施例提供的另一种磁隔离器的立体结构示意图。
在图5中,401是基板,磁场感应单元位于电流导体402的侧面,且磁场感应单元是由多个磁感应元件403构成的M*N阵列,其中M和N为大于等于1的整数,在电流导体402和磁感应元件403之间的间隔距离里,具有隔离介质,如此便构成了一磁隔离器。此外,为了减小外界磁场的干扰以及减小磁场的泄露,在磁场感应单元和电流导体402的上方,具有高磁导率的屏蔽层405。
图6中的磁隔离器与图5中的相比,具有上下两层高磁导率的屏蔽层505,更好地起到屏蔽作用。
图7是本发明实施例提供的磁场感应单元的输入输出曲线示意图,图中横坐标是磁场信号,该磁场信号由在电流导体周围的电流产生,纵坐标是全桥结构磁场感应单元的输出电压。磁场感应单元具有饱和磁场B1,只要磁场的绝对值小于饱和磁场B1,则磁场感应单元的输出电压正比于磁场信号,而磁场信号正比于电流信号,因此,磁感应单元的输出电压正比于电流信号。
图8是本发明实施例提供的一种桥式结构的磁场感应单元的电路示意图,其中801~804代表四个磁感应电阻,每个磁感应电阻由若干个磁感应元件构成,实线箭头是这四个磁感应电阻的灵敏方向,虚线箭头是四个磁感应电阻位置的磁场方向。由于四个磁感应电阻的灵敏方向两两相反,当有一磁场施加到这四个磁感应电阻上时,便构成了差分输出信号,即可得到如图7所示的输出曲线。
图9是是本发明实施例提供的另一种桥式结构的磁场感应单元的结构示意图,四个磁感应电阻901~904的灵敏方向相同,通过版图设计,可以使该四个磁感应电阻位置的磁场两两相反,也可以得到如图7所示的输出曲线。由于灵敏方向相同,这种桥式结构可以减小外界共模磁场的干扰。
需要说明的是,电流导体的形状可以是长条形,也可以是螺旋的线圈状,还可以是其他形状,本发明在此不做具体限定。图10~图12是三种典型的电流导体和磁场感应单元的位置关系图。
图10是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的一种位置关系示意图,参考图10,图10中的虚线框1004代表磁场感应单元所在的位置,电流导体1001具有两个端口1002和1003,当电流导体1001中有电流流过时,虚线框1004内具有方向一致的磁场,磁场大小相等,磁场方向相同,若在虚线框内放置四个磁感应电阻,而其中每个磁感应电阻与相邻的磁感应电阻的灵敏方向相反,即可构成如图8所示的桥式结构。需要说明的是,当电流导体为线圈状时,线圈的两个端口1002和1003分别作为电流导体的输入端和输出端,磁感应单元在电流导体的侧方,且在第二方向上,磁场感应单元满足的与电流导体的输入端或输出端的距离大于0。
图11是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的另一种位置关系示意图,参考图11,电流导体1101同样具有两个端口1102和1103,当电流导体1101上有电流流过时,虚线框1103和1104内的磁场大小相等,方向相反。若在虚线框1103和1104内放置灵敏度相同的磁感应电阻,磁感应电阻的个数可根据实际需要确定,即可构成如图9所示的桥式结构。
图12是本发明实施例提供的电流导体和磁场感应单元的另一种位置关系示意图,参考图12,图12中有若干个虚线框,电流导体1201同样具有两个端口1202和1203,当电流导体1201上有电流流过时,虚线框1204和1205内的磁场方向大小相等,方向相反。若在虚线框1204和1205内放置灵敏度相同的磁感应电阻,即可构成如图9所示的桥式结构。
图13~图15是三种输出形式的磁隔离器。
图13是本发明实施例提供的电阻值输出的磁隔离器电气结构示意图;图13是电阻值输出形式的磁隔离器,图中1301和1302是隔离器的信号输入端,磁场发生单元1303内具有电流导体,当有输入信号时,电流导体产生一磁场,磁场感应单元1304(由Hall、AMR、GMR或者TMR电阻构成的电阻阵列)感应到该磁场,并改变电阻值,电阻值通过输出端口1305和1306输出。
根据本发明的一个具体实施例,当磁场感应单元由巨磁阻(GMR)元件构成,其中,GMR元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述GMR元件的表面,所述GMR元件的灵敏方向垂直于所述GMR元件的表面;或者
GMR元件的钉扎层平行于所述GMR元件的表面,所述GMR元件的灵敏方向平行于所述TMR或GMR元件的表面。
根据本发明的另一个具体实施例,当磁场感应单元由隧道磁阻(TMR)元件构成,其中,TMR元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述TMR元件的表面,所述TMR元件的灵敏方向垂直于所述TMR元件的表面;或者
TMR元件的钉扎层平行于TMR元件的表面,所述TMR元件的灵敏方向平行于所述TMR元件的表面。
根据本发明另一实施例,磁场感应单元由霍尔元件或者各向异性磁电阻元件构成。
图14是本发明实施例提供的桥式电压输出的磁隔离器电气结构示意图,图中1401和1402是隔离器的信号输入端,磁场发生单元1403内具有电流导体,当有输入信号时,电流导体产生一磁场。磁场感应单元1404具有半桥电路结构或者全桥电路结构,输出电压信号,其中端口1405和1406是磁场感应单元的供电端,端口1407和1408是磁场感应单元的电压输出端。
可选的,磁隔离器还包括信号处理单元,信号处理单元与磁场感应单元电连接,用于接收、处理磁场感应单元的输出信号,并输出处理后的信号。其中,信号处理单元包括依次串联连接的滤波模块、放大模块、比较模块和电平转换模块,其中滤波模块与磁场感应单元电连接。图15是本发明实施例提供的带信号处理的磁隔离器电气结构示意图,图中1501和1502是隔离器的信号输入端,信号输入端输入电压或者电流信号,磁场发生单元1503内具有电流导体,当有输入信号时,电流导体产生一磁场。磁场感应单元1504具有半桥电路结构或者全桥电路结构,输出电压信号。信号处理单元1507接收磁场感应单元1504的输出信号,并对磁场感应单元1504的输出信号进行处理,从端口1508和1509输出。端口1505和1506是磁场发生单元和信号处理单元的供电端。
基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述,但本领域的技术人员应当理解,只要不超出本发明的权利要求所限定的范围,可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (10)

1.一种磁隔离器,其特征在于:包括基板、磁场发生单元、磁场感应单元、屏蔽层、隔离介质,
其中所述磁场发生单元包含电流导体,所述电流导体在所述基板的一侧沿第一方向延伸设置,所述磁场感应单元与所述电流导体设置于所述基板的同侧,所述磁场感应单元位于所述电流导体的侧方,且沿第二方向上,所述电流导体与所述磁场感应单元之间的距离大于0,其中,所述第一方向与所述第二方向垂直;
所述电流导体和所述磁场感应单元之间设置有隔离介质;所述电流导体包括输入端,所述输入端输入的电流信号流经电流导体在电流导体周围产生磁场,且所述磁场在磁场感应单元的灵敏方向上具有分量,所述磁场感应单元感应的输出信号正比于在所述电流导体周围产生的磁场;
所述屏蔽层与所述磁场发生单元位于所述基板的同一侧,且位于所述磁场发生单元靠近所述基板的一侧和/或远离所述基板的一侧,用于吸收外界的干扰磁场并防止所述磁场发生单元的电流导体周围产生的磁场泄漏。
2.根据权利要求1所述的磁隔离器,其特征在于,所述磁场发生单元还包括电压转换单元,所述电压转换单元与所述电流导体的输入端电连接,用于将输入的电压信号转换成电流信号。
3.根据权利要求1或2所述的磁隔离器,其特征在于,还包括信号处理单元,所述信号处理单元与所述磁场感应单元电连接,用于接收、处理所述磁场感应单元的输出信号,并输出处理后的信号。
4.根据权利要求3所述的磁隔离器,其特征在于,所述信号处理单元包括依次串联连接的滤波模块、放大模块、比较模块和电平转换模块,其中所述滤波模块与所述磁场感应单元电连接。
5.根据权利要求1所述的磁隔离器,其特征在于,所述磁场感应单元由巨磁阻元件构成,其中,所述巨磁阻元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述巨磁阻元件的表面,所述巨磁阻元件的灵敏方向垂直于所述巨磁阻元件的表面;或者
所述巨磁阻元件的钉扎层平行于所述巨磁阻元件的表面,所述巨磁阻元件的灵敏方向平行于巨磁阻元件的表面。
6.根据权利要求1所述的磁隔离器,其特征在于,所述磁场感应单元由隧道磁阻元件构成,其中,所述隧道磁阻元件的钉扎层的磁化方向垂直于所述隧道磁阻元件的表面,所述隧道磁阻元件的灵敏方向垂直于所述隧道磁阻元件的表面;或者
所述隧道磁阻元件的钉扎层平行于所述隧道磁阻元件的表面,所述隧道磁阻元件的灵敏方向平行于所述隧道磁阻元件的表面。
7.根据权利要求1所述的磁隔离器,其特征在于,所述磁场感应单元由霍尔元件或者各向异性磁电阻元件构成。
8.根据权利要求1所述的磁隔离器,其特征在于,还包含聚磁片,所述聚磁片设置在所述磁场感应单元的第一侧和第二侧,其中,所述第一侧和所述第二侧为所述磁场感应单元相背的两侧,且所述第一侧到第二侧的连线方向与所述磁场感应单元的灵敏方向相同或相反,所述聚磁片用于增强电流导体产生的磁场信号以及所述磁隔离器的信噪比。
9.根据权利要求8所述的一种磁隔离器,其特征在于,所述聚磁片和所述屏蔽层的材料包括坡莫合金、工业纯铁、铁氧体中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种磁隔离器,其特征在于,
所述基板采用硅基板、石英基板或者玻璃基板,
所述隔离介质包括氧化铝、氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、苯并环丁烯中的至少一种。
CN201910197873.9A 2019-03-15 2019-03-15 一种磁隔离器 Pending CN109752578A (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910197873.9A CN109752578A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种磁隔离器
PCT/CN2020/078993 WO2020187127A1 (zh) 2019-03-15 2020-03-12 一种磁隔离器
JP2021555822A JP2022525364A (ja) 2019-03-15 2020-03-12 磁気アイソレータ
EP20774231.3A EP3940397A4 (en) 2019-03-15 2020-03-12 MAGNETIC INSULATOR
US17/593,324 US20220187389A1 (en) 2019-03-15 2020-03-12 Magnetic isolator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910197873.9A CN109752578A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种磁隔离器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109752578A true CN109752578A (zh) 2019-05-14

Family

ID=66408705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910197873.9A Pending CN109752578A (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种磁隔离器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220187389A1 (zh)
EP (1) EP3940397A4 (zh)
JP (1) JP2022525364A (zh)
CN (1) CN109752578A (zh)
WO (1) WO2020187127A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111653410A (zh) * 2020-07-03 2020-09-11 西安智源导通电子有限公司 基于全对称线圈结构的磁隔离器
WO2020187127A1 (zh) * 2019-03-15 2020-09-24 江苏多维科技有限公司 一种磁隔离器

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405558A (zh) * 2002-11-01 2003-03-26 华中科技大学 导磁构件端部缺陷检测装置
US20040008022A1 (en) * 2002-07-11 2004-01-15 Viola Jeffrey L. Current sensor
US20040021544A1 (en) * 2002-08-01 2004-02-05 Honeywell International Inc. Integrated magnetic signal isolator with feedback
JP2008116429A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Koshin Denki Kk 磁気センサデバイス
CN101666883A (zh) * 2009-08-04 2010-03-10 王红卫 一种电磁传感器
CN101728377A (zh) * 2009-12-09 2010-06-09 钱正洪 与光电耦合器兼容的高速磁电隔离信号耦合器件
JP2010258981A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Alps Green Devices Co Ltd 磁気結合型アイソレータ
JP2012105060A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Mitsubishi Electric Corp 磁気アイソレータ
CN102680009A (zh) * 2012-06-20 2012-09-19 无锡乐尔科技有限公司 线性薄膜磁阻传感器
CN103080755A (zh) * 2010-08-31 2013-05-01 阿尔卑斯绿色器件株式会社 电流传感器
WO2013141124A1 (ja) * 2012-03-23 2013-09-26 日立金属株式会社 磁気センサデバイス
CN105355778A (zh) * 2015-10-12 2016-02-24 中国科学院物理研究所 磁电隔离器、磁存储器、磁电流传感器和磁温度传感器
JP2016133498A (ja) * 2015-01-22 2016-07-25 日本特殊陶業株式会社 電流電力センサ
CN106413245A (zh) * 2016-11-15 2017-02-15 丁贤根 带磁隔离和电隔离及天线的抗emi线路板
EP3327449A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-30 Allegro Microsystems, LLC Systems and methods for integrated shielding in a current sensor
JP2018116047A (ja) * 2016-12-07 2018-07-26 旭化成エレクトロニクス株式会社 電流センサ
CN209803219U (zh) * 2019-03-15 2019-12-17 江苏多维科技有限公司 一种磁隔离器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7123452B2 (en) * 2002-09-10 2006-10-17 Headway Technologies, Inc. Spin-valve GMR with patterned synthetic exchange bias
JP2008147509A (ja) * 2006-12-12 2008-06-26 Denso Corp 絶縁カプラおよび自動車用の駆動回路搭載型電動コンプレッサ
CN201622299U (zh) * 2009-06-19 2010-11-03 钱正洪 新型巨磁阻集成电流传感器
JP2011145273A (ja) * 2010-01-15 2011-07-28 Kohshin Electric Corp 電流センサ
JP5678285B2 (ja) * 2010-02-24 2015-02-25 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
JP6256819B2 (ja) * 2012-03-29 2018-01-10 マレクシス テクノロジーズ エヌヴィー 電流センサ及び電流測定装置
CN102692242B (zh) * 2012-06-20 2015-02-25 宁波希磁电子科技有限公司 具有聚磁层的线性薄膜磁阻传感器
TWI468716B (zh) * 2012-11-12 2015-01-11 Voltafield Technology Corp 整合式磁阻感測裝置
JP6690433B2 (ja) * 2016-06-28 2020-04-28 日立金属株式会社 電流センサ
CN109752578A (zh) * 2019-03-15 2019-05-14 江苏多维科技有限公司 一种磁隔离器

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040008022A1 (en) * 2002-07-11 2004-01-15 Viola Jeffrey L. Current sensor
US20040021544A1 (en) * 2002-08-01 2004-02-05 Honeywell International Inc. Integrated magnetic signal isolator with feedback
CN1405558A (zh) * 2002-11-01 2003-03-26 华中科技大学 导磁构件端部缺陷检测装置
JP2008116429A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Koshin Denki Kk 磁気センサデバイス
JP2010258981A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Alps Green Devices Co Ltd 磁気結合型アイソレータ
CN101666883A (zh) * 2009-08-04 2010-03-10 王红卫 一种电磁传感器
CN101728377A (zh) * 2009-12-09 2010-06-09 钱正洪 与光电耦合器兼容的高速磁电隔离信号耦合器件
CN103080755A (zh) * 2010-08-31 2013-05-01 阿尔卑斯绿色器件株式会社 电流传感器
JP2012105060A (ja) * 2010-11-10 2012-05-31 Mitsubishi Electric Corp 磁気アイソレータ
WO2013141124A1 (ja) * 2012-03-23 2013-09-26 日立金属株式会社 磁気センサデバイス
CN102680009A (zh) * 2012-06-20 2012-09-19 无锡乐尔科技有限公司 线性薄膜磁阻传感器
JP2016133498A (ja) * 2015-01-22 2016-07-25 日本特殊陶業株式会社 電流電力センサ
CN105355778A (zh) * 2015-10-12 2016-02-24 中国科学院物理研究所 磁电隔离器、磁存储器、磁电流传感器和磁温度传感器
CN106413245A (zh) * 2016-11-15 2017-02-15 丁贤根 带磁隔离和电隔离及天线的抗emi线路板
EP3327449A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-30 Allegro Microsystems, LLC Systems and methods for integrated shielding in a current sensor
JP2018116047A (ja) * 2016-12-07 2018-07-26 旭化成エレクトロニクス株式会社 電流センサ
CN209803219U (zh) * 2019-03-15 2019-12-17 江苏多维科技有限公司 一种磁隔离器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020187127A1 (zh) * 2019-03-15 2020-09-24 江苏多维科技有限公司 一种磁隔离器
CN111653410A (zh) * 2020-07-03 2020-09-11 西安智源导通电子有限公司 基于全对称线圈结构的磁隔离器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020187127A1 (zh) 2020-09-24
JP2022525364A (ja) 2022-05-12
EP3940397A1 (en) 2022-01-19
US20220187389A1 (en) 2022-06-16
EP3940397A4 (en) 2022-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3006951B1 (en) Single-chip bridge-type magnetic field sensor
CN104301851B (zh) Tmr近场磁通信系统
JP6438959B2 (ja) 単一チップz軸線形磁気抵抗センサ
CN103748474B (zh) 电流传感器
US11287491B2 (en) Modulated magnetoresistive sensor
JP2015511705A (ja) 磁気抵抗磁場勾配センサ
CN109752578A (zh) 一种磁隔离器
CN105738838B (zh) 一种超导量子干涉器磁梯度计及高度平衡的磁场探测方法
WO2021036867A1 (zh) 一种基于电隔离隧道磁阻敏感元件的氢气传感器
US11067647B2 (en) Low-noise magnetoresistive sensor having multi-layer magnetic modulation structure
CN104849606B (zh) 漏电流传感器
CN209803219U (zh) 一种磁隔离器
CN103901252B (zh) 10kv输电线路零序电流检测系统
CN109358221A (zh) 一种低磁滞电流传感器
CN106026966B (zh) 一种用于gmi磁传感器的陷波滤波方法及电路
US8437107B2 (en) Magnetic coupling type isolator
KR20210091268A (ko) 저 노이즈 및 고 대역폭을 갖는 자기 센서
US11092623B2 (en) Current sensor for measuring alternating electromagnetic wave and a current breaker using the same
US8270127B2 (en) Magnetic coupling-type isolator
CN106816679B (zh) 一种基于平行板传输线的定向电桥
CN207215908U (zh) 一种各向同性电磁场传感器
CN209400462U (zh) 一种基于磁阻元件的氢气传感器
CN111653410A (zh) 基于全对称线圈结构的磁隔离器
CN204425651U (zh) Tmr近场磁通信系统
CN107543977A (zh) 一种各向同性电磁场传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination