CN111562420A - 一种电流传感器 - Google Patents

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李大来
蒋乐跃
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Abstract

本发明提供一种电流传感器，其包括载流导体、磁传感器和软磁体，所述载流导体用于为被测定电流提供流经通道；所述磁传感器位于所述载流导体的周围，其根据在所述磁传感器处的磁场来检测所述被测定电流；所述软磁体位于所述磁传感器的周围，其用于对所述载流导体中的电流I在所述磁传感器处产生的磁场进行放大。与现有技术相比，本发明中的电流传感器包括载流导体、磁传感器和软磁体，所述软磁体对所述载流导体中的电流在所述霍尔传感器处产生的磁场起到放大的作用，从而增大了电流传感器的灵敏度。

Description

一种电流传感器
【技术领域】
本发明涉及电流传感器技术领域，尤其涉及一种具有高精度、高带宽的电流传感器。
【背景技术】
用于测量电流大小的电流传感器广泛应用于各种电子设备中。对于传统的基于霍尔效应的电流传感器，由于霍尔传感器的灵敏度较低，使得电流传感器的精度较差。
因此，有必要提出一种技术方案来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种电流传感器，其具有高精度、高带宽。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种电流传感器，其包括载流导体、磁传感器和软磁体，所述载流导体用于为被测定电流提供流经通道；所述磁传感器位于所述载流导体的周围，其根据在所述磁传感器处的磁场来检测所述被测定电流；所述软磁体位于所述磁传感器的周围，其用于对所述载流导体中的电流在所述磁传感器处产生的磁场进行放大。
进一步的，所述磁传感器包括第一磁传感器单元和第二磁传感器单元，所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元用于形成差分输出；所述软磁体包括第一软磁体单元和第二软磁体单元，所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的周围，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的周围。
进一步的，所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的正上方，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的正上方；或所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的正下方，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的正下方。
进一步的，所述载流导体包括第一腿部、第二腿部和连接部，所述第一腿部和第二腿部位于所述连接部的同一侧；所述第一腿部的一端作为所述载流导体的一端，所述第一腿部的另一端与所述连接部的一端相连；所述第二腿部的一端作为所述载流导体的另一端，所述第二腿部的另一端与所述连接部的另一端相连。
进一步的，所述磁传感器为霍尔传感器，所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述连接部的前侧和后侧。
进一步的，所述连接部的前侧为所述第一腿部和第二腿部所在侧；所述连接部的后侧为与所述第一腿部和第二腿部所在侧相对的另一侧。
进一步的，所述软磁体由高磁导率的软磁材料制成。
进一步的，所述磁传感器由III-V族半导体材料制成。
进一步的，所述III-V族半导体材料为GaAs、InAs或InSb。
进一步的，所述电流传感器的带宽超过1MHz。
与现有技术相比，本发明中的电流传感器包括载流导体、磁传感器和软磁体，所述软磁体对所述载流导体中的电流在所述霍尔传感器处产生的磁场起到放大的作用，从而增大了电流传感器的灵敏度。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为一种传统的电流传感器的结构示意图；
图2为沿图1的A-A剖面线的剖面示意图；
图3为本发明在一个实施例中的电流传感器的结构示意图；
图4为沿图3的B-B剖面线的剖面示意图；
图5为本发明图3所示的电流传感器的输出信号幅值随着电流频率的依赖关系图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
请参考图1所示，其为一种传统的电流传感器的结构示意图100a。图1所示的电流传感器100a包括载流导体101和霍尔传感器102。所述载流导体101包括第一腿部101a、第二腿部101b以及位于第一腿部101a和第二腿部101b之间的连接部101c。
请参考图2所示，其为沿图1的A-A剖面线的剖面示意图100b。霍尔传感器102包括第一霍尔传感器单元102a和第二霍尔传感器单元102b。载流导体101中的电流I，在第一霍尔传感器单元102a处产生磁场H11，在第二霍尔传感器单元102b处产生磁场-H12。第一霍尔传感器单元102a的输出为V11＝S[(H11/I)I+H0]，其中S为霍尔传感器单元相对于磁场的灵敏度，H0为外磁场；第二霍尔传感器单元102b的输出为V12＝S[-(H12/I)I+H0]；霍尔传感器102的输出为V1＝V11-V12＝S[(H11+H12)/I]I。在图1所示的传统的基于霍尔效应的电流传感器中，由于霍尔传感器102的灵敏度较低，使得电流传感器的精度较差。
请参考图3所示，其为本发明在一个实施例中的具有高精度、高带宽的电流传感器的结构示意图200a；请参考图4所示，其为沿图3的B-B剖面线的剖面示意图200b。基于图3和图4可知，图3所示的电流传感器包括载流导体201、磁传感器202和软磁体203。
所述载流导体201用于为被测定电流I提供流经通道，使被测定电流I能够流过所述载流导体201；所述软磁体203位于所述磁传感器202的周围，其用于对所述载流导体201中的电流I在所述磁传感器202处产生的磁场(或或磁感应强度)进行放大；所述磁传感器202位于所述载流导体201的周围，其根据在所述磁传感器202处的磁场来检测所述被测定电流I。
所述载流导体201为U型导体。所述载流导体201包括第一腿部201a、第二腿部201b，以及位于第一腿部201a和第二腿部201b之间的连接部201c。其中，第一腿部201a和第二腿部201b位于所述连接部201c的同一侧，所述第一腿部201a的一端作为所述载流导体201的一端，所述第一腿部201a的另一端与所述连接部201c的一端相连；所述第二腿部201b的一端作为所述载流导体201的另一端，所述第二腿部201b的另一端与所述连接部201c的另一端相连。在图3所示的具体实施例中，所述第一腿部201a和第二腿部201b均为直导体。
所述被测定电流I由所述第一腿部201a的一端流入，依次流过所述第一腿部201a、连接部201c和第二腿部201b，由所述第二腿部201b的一端流出。
所述磁传感器202为霍尔传感器，其包括第一霍尔传感器单元202a和第二霍尔传感器单元202b，所述第一霍尔传感器单元202a和第二霍尔传感器单元202b位于所述U型导体201周围，以形成差分输出。在图3所示的具体实施例中，第一霍尔传感器单元202a和第二霍尔传感器单元202b，分别位于所述连接部201c的前侧(其为所述第一腿部201a和第二腿部201b所在侧)和后侧(其为与所述第一腿部201a和第二腿部201b所在侧相对的另一侧)。
在一个实施例中，所述霍尔传感器202为III-V族半导体材料。在一个优选的实施例中，所述霍尔传感器202为高电子迁移率的III-V族半导体材料GaAs(砷化镓)、InAs(砷化铟)和InSb(锑化铟)，其也可以为Si。
所述软磁体203包括第一软磁体单元203a和第二软磁体单元203b，所述第一软磁体单元203a位于所述第一霍尔传感器单元202a的周围，所述第二软磁体单元203b位于所述第二霍尔传感器单元的周围。在一个优选的实施例中，第一软磁体单元203a和第二软磁体单元203b由高磁导率的软磁材料制成。
在图3所示的具体实施例中，第一软磁体单元203a位于第一霍尔传感器单元202a的正上方，第二软磁体单元203b位于第二霍尔传感器单元202b的正上方。所述软磁体203对载流导体201中的电流I在霍尔传感器202处产生的磁场起到放大的作用，放大因子为G，其中G>1。在软磁体203存在的情况下，载流导体201中的电流I，在第一霍尔传感器单元202a处产生磁场GH21，在第二霍尔传感器单元202b处产生磁场-GH22。第一霍尔传感器单元202a的输出为V21＝S[(GH21/I)I+GH0]，其中S为霍尔传感器单元相对于磁场的灵敏度，H0为外磁场；第二霍尔传感器单元202b的输出为V22＝S[-(GH22/I)I+GH0]；霍尔传感器202的输出为V2＝V21-V22＝S[G(H21+H22)/I]I。相对于传统的电流传感器，本发明中的电流传感器将相对于电流的灵敏度提升G倍。
请参考图5所示，其为本发明图3所示的具有高精度、高带宽的电流传感器的输出信号幅值随着电流频率的依赖关系图，由图5可知，本发明中的电流传感器带宽超过1MHz。
需要特别说明的是，在另一个实施例中，所述第一软磁体单元203a可以位于第一霍尔传感器单元202a的正下方，第二软磁体单元203b可以位于第二霍尔传感器单元202b的正下方。在一个实施例中，所述第一软磁体单元203a的厚度大于所述第一霍尔传感器单元202a的厚度；所述第二软磁体单元203b的厚度大于所述第二霍尔传感器单元202b的厚度。
综上所述，本发明中的电流传感器包括所述载流导体201、所述磁传感器202和所述软磁体203，所述软磁体203对所述载流导体201中的电流在所述霍尔传感器202处产生的磁场起到放大的作用，从而增大了电流传感器的灵敏度。同时，本发明中的电流传感器的带宽超过1MHz。
本文中的“U型”是指一种广义上的类U的形状，而不需要跟U这个字母的形状严格一致，可以进行一定的变形。
在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电流传感器，其特征在于，其包括载流导体、磁传感器和软磁体，
所述载流导体用于为被测定电流提供流经通道；
所述磁传感器位于所述载流导体的周围，其根据在所述磁传感器处的磁场来检测所述被测定电流；
所述软磁体位于所述磁传感器的周围，其用于对所述载流导体中的电流在所述磁传感器处产生的磁场进行放大。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器包括第一磁传感器单元和第二磁传感器单元，所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元用于形成差分输出；
所述软磁体包括第一软磁体单元和第二软磁体单元，所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的周围，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的周围。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，
所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的正上方，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的正上方；或
所述第一软磁体单元位于所述第一磁传感器单元的正下方，所述第二软磁体单元位于所述第二磁传感器单元的正下方。
4.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述载流导体包括第一腿部、第二腿部和连接部，
所述第一腿部和第二腿部位于所述连接部的同一侧；
所述第一腿部的一端作为所述载流导体的一端，所述第一腿部的另一端与所述连接部的一端相连；
所述第二腿部的一端作为所述载流导体的另一端，所述第二腿部的另一端与所述连接部的另一端相连。
5.根据权利要求4所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器为霍尔传感器，
所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述连接部的前侧和后侧。
6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于，
所述连接部的前侧为所述第一腿部和第二腿部所在侧；
所述连接部的后侧为与所述第一腿部和第二腿部所在侧相对的另一侧。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述软磁体由高磁导率的软磁材料制成。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述磁传感器由III-V族半导体材料制成。
9.根据权利要求8所述的电流传感器，其特征在于，
所述III-V族半导体材料为GaAs、InAs或InSb。
10.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，
所述电流传感器的带宽超过1MHz。
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