CN113671407A - 用于检测泄漏电流的电流传感器 - Google Patents

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CN113671407A CN202110370304.7A CN202110370304A CN113671407A CN 113671407 A CN113671407 A CN 113671407A CN 202110370304 A CN202110370304 A CN 202110370304A CN 113671407 A CN113671407 A CN 113671407A
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大卫·A·海恩
安吉蒙·伊姆兰·安萨里
安东尼·阿尔门托
亚瑟·赫尔伯特
瑞安·克利夫兰
马修·扎米埃斯基
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Abstract

本申请涉及用于检测泄漏电流的电流传感器。一种用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器。电流传感器包括在其中形成有间隙的磁芯、缠绕在磁芯周围以形成第一线圈的第一导体、缠绕在磁芯周围以形成第二线圈的第二导体以及布置在磁芯的间隙中的隧道磁阻(TMR)传感器元件。在第一导体中的电流和在第二导体中的电流之间的差异在磁芯的间隙中产生与泄漏电流成比例的磁场，并且该磁场在TMR传感器元件中产生指示泄漏电流值的电压。

Description

用于检测泄漏电流的电流传感器
技术领域
以下内容涉及用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器。
背景
随着世界主要汽车市场对电动交通工具(EV)技术的开发和接受，EV充电器(包括车载充电器和无线充电器)的安全要求可以通过实施对EV充电的电缆内控制和保护设备(IC-CPD)的国际电工委员会(IEC)62752标准来满足。IEC 62752标准要求检测6毫安的直流(DC)泄漏电流水平和15毫安至30毫安的交流(AC)泄漏电流水平。
目前，针对EV泄漏电流检测的主要泄漏电流传感器检测技术是磁通门和磁调制电流检测。这两种技术都需要具有外部电路和磁芯绕组，以驱动磁芯达到预期的条件，以使传感器能够检测泄漏电流。通常，磁芯绕组需要具有高匝数，以使磁芯能够满足预期的条件。然而，这些要求使整个传感器检测系统更加复杂和昂贵。
目前用于汽车工业的另一种潜在泄漏电流检测技术是霍尔(Hall)电流传感器。霍尔传感器技术的主要缺点在于磁场通量水平的检测应当不小于100高斯(或10毫特斯拉)。这个要求意味着霍尔传感器仅适用于高电流检测。在这方面，根据IEC 62752标准的要求，用于检测6毫安泄漏电流水平的传感器的磁场通量将处于小于1高斯的水平。这样的磁场通量水平在霍尔传感器的检测范围之外。
因此，存在对用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的改进的电流传感器的需求。这样的改进的泄漏电流传感器将以较低的成本检测较低的泄漏电流水平。
概述
根据本文描述的一个非限制性示例性实施例，公开了一种用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器。电流传感器包括其中形成有间隙的磁芯、缠绕在磁芯周围以形成第一线圈的第一导体、缠绕在磁芯周围以形成第二线圈的第二导体以及布置在磁芯的间隙中的隧道磁阻(TMR)传感器元件。在第一导体中的电流和第二导体中的电流之间的差异在磁芯的间隙中产生与泄漏电流成比例的磁场，并且该磁场在TMR传感器元件中产生指示泄漏电流值的电压。
根据本文描述的另一个非限制性示例性实施例，公开了一种用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器。电流传感器包括其中形成有间隙的磁芯(该磁芯具有至少800亨利/米的磁导率)、缠绕在磁芯周围以形成第一线圈的第一导体、缠绕在磁芯周围以形成第二线圈的第二导体以及布置在磁芯的间隙中的隧道磁阻(TMR)传感器元件。该电流传感器还包括被设置为与TMR传感器元件电通信的信号调节电路、以及用于信号调节电路、TMR传感器元件和其中形成有间隙的磁芯的至少一部分的外壳。第一导体中的电流和第二导体中的电流之间的差异在磁芯的间隙中产生与泄漏电流成比例的磁场，该磁场在TMR传感器元件中产生指示泄漏电流值的电压，并且TMR传感器元件中的电压在从外壳延伸的信号调节电路的导电引线处是可测量的。
下面结合附图阐述用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的这些和其它非限制性示例性实施例的详细描述。
附图简述
图1A和图1B是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的简化电气示意图；
图2描绘了根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的示例性环形芯的侧视图；
图3是根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的示例性环形芯和绕组的侧视图；
图4A-4C是根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的示例性替代芯的侧视图；
图5A-5D是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的不同视图；
图6-9是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的参数图；
图10A和图10B是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的电压测量结果；
图11是根据本公开的用于与用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例一起使用的信号调节电路的简化示意图；
图12A和图12B是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的电压测量结果和信号调节电路输出；和
图13A和图13B是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的电压测量结果和信号调节电路输出。
详细描述
根据需要，本文公开了详细的非限制性实施例。然而应当理解，所公开的实施例仅仅是示例性的，并且可以采取各种和替代形式。附图不一定是按比例的，并且特征可以被放大或最小化以显示特定部件、元件、特征、物品、构件、零件、部分或诸如此类的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，但仅仅作为用于教导本领域中的技术人员的代表性基础。
参考附图，将提供对用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的非限制性示例性实施例的更详细的描述。仅为了易于说明和便于理解，对于在所有附图中的相似的部件和特征，在本文可以使用相似的参考数字。
如前所述，存在对用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的改进的电流传感器的需求。这样的改进的泄漏电流传感器将以较低的成本检测较低的泄漏电流水平。
在这方面，考虑到成本以及要检测的泄漏电流水平和所涉及的磁场通量水平，如本文所述，本公开提供了这样的一种改进的泄漏电流传感器。通常，本公开的泄漏电流传感器可以包括具有非常高磁导率材料和特定直径尺寸的环形芯。本公开的泄漏电流传感器还可以包括布置在这样的环形芯中设置的间隙中的非常高灵敏度的隧道磁阻(TMR)磁传感器。通过在输入线路和中性线路的环形芯上增加绕组匝数，本公开的泄漏电流传感器可以以较低的成本检测高达30毫安的AC泄漏电流和DC泄漏电流。
现在参考图1A和图1B，示出了根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的简化电气示意图。更具体地，图1A示出了用于单相应用的电流传感器20。传感器20可以包括磁芯，该磁芯可以是环形、E形或C形。传感器20还可以包括以导线形式的电导体绕组(例如，实心磁导线、涂覆有聚丙烯乙烯(PPE)的导线、涂覆有热塑性弹性体(TPE)的导线或涂覆有聚氯乙烯(PVC)的导线)，其可以具有不同的匝数(未示出)。导线可以包括线路输入端22a和线路输出端22b以及中性输入端24a和中性输出端24b。在这点上，线路输入端22a/线路输出端22b和中性输入端24a/中性输出端24b可以被配置为承载或传导DC电流或单相AC电流。
传感器20还可以包括TMR元件，该TMR元件可以布置在磁芯(未示出)中形成的间隙中。传感器20可以基于线路输入端22a/线路输出端22b中的电流与中性输入端24a/中性输出端24b中的电流的比较来输出差分电压V正和V负。差分电压(Vpos，Vneg)可被传送到信号调节电路26，该信号调节电路26可被配置为产生可以被传送到微控制器单元(MCU)的差分输出电压信号28。
图1B示出了用于三相应用的电流传感器20’。如图中所示，传感器20’也可以包括磁芯，该磁芯可以是环形、E形或C形。传感器20’也还可以包括以导线形式的电导体绕组(诸如例如实心磁导线、涂覆有PPE的导线、涂覆有TPE的导线或涂覆有PVC的导线)，其可以具有不同的匝数。导线可以包括线路1输入端30a、线路2输入端32a和线路3输入端34a、以及线路1输出端30b、线路2输出端32b和线路3输出端34b。导线还可以包括中性输入端36a和中性输出端36b。在这点上，线路1输入端30a/线路1输出端30b、线路2输入端32a/线路2输出端32b、线路3输入端34a/线路3输出端34b和中性输入端36a/中性输出端36b可以被配置为承载或传导DC电流或三相AC电流。
传感器20’还可以包括TMR元件，该TMR元件可以布置在磁芯(未示出)中形成的间隙中。传感器20’可以基于线路1输入端30a/线路1输出端30b中的电流与中性输入端36a/中性输出端36b中的电流的比较、或者基于线路2输入端32a/线路2输出端32b中的电流与中性输入端36a/中性输出端36b中的电流的比较、或者基于线路3输入端34a/线路3输出端34b中的电流与中性输入端36a/中性输出端36b中的电流的比较，输出差分电压V正和V负。差分电压(Vpos，Vneg)可被传送到信号调节电路26，该信号调节电路26可被配置为产生可以被传送到微控制器单元(MCU)的差分输出电压信号28。
接下来参考图2，示出了根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的示例性环形芯40a、40b、40c、40d、40e的侧视图。在这点上，所描绘的示例性环形芯40a、40b、40c、40d、40e可以分别具有15毫米、20毫米、25毫米、30毫米和35毫米的外径(OD)。然而，应该注意的是，根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的环形芯可以设置有10毫米至50毫米、并且优选25毫米至40毫米的OD。还应该注意的是，环形芯是磁性的，可以包括纳米晶体、硅钢或铁氧体材料，并且可以具有800亨利/米至50,000亨利/米并且优选为3200亨利/米至10,000亨利/米的磁导率。此外，如图2所示，示例性环形芯40a、40b、40c、40d、40e中的每一个可以具有在其中形成的间隙44，该间隙44可以具有3.0(+/-0.5)毫米并且优选为3.0毫米的宽度。
图3是根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器20的示例性实施例使用的示例性环形芯40和形成线圈54的绕组52的侧视图。在这点上，所示的环形芯40具有25毫米的OD，并且线圈54包括多匝涂覆有PPE的导线、涂覆有TPE的导线或涂覆有PVC的导线，其被配置为线路输入端22a和线路输出端22b以及中性输入端24a和中性输出端24b。如图中所示，环形芯40可以具有在其中形成的间隙44，并且TMR传感器元件(未示出)可以布置在间隙44中。再次，间隙44可以具有3.0(+/-0.5)毫米并且优选为3.0毫米的宽度。还应该注意的是，绕组52和/或线圈54可以具有或设置有多达五十(50)匝的涂覆有PPE、TPE或PVC的导线。
仍然参考图3，并且继续参考图1A和图1B，线路输入端22a/线路输出端22b可以承载用于给EV电池(未示出)充电的AC电流，并且中性输入端24a/中性输出端24b可以承载在给EV电池充电之后的AC返回电流。由线路输入端22a/线路输出端22b承载的电流和由中性输入端24a/中性输出端24b承载的电流之间的差异或不平衡可以归因于AC泄漏电流或DC泄漏电流。由线路输入端22a/线路输出端22b承载的电流和中性输入端24a/中性输出端24b承载的电流之间的任何这种差异或不平衡都会在芯40的间隙44中产生磁场，该磁场反映、指示或表示AC泄漏电流或DC泄漏电流。如图3中所示，线路输入端22a/线路输出端22b和中性输入端24a/中性输出端24b中的每一个可以包括涂覆有PPE的导线、涂覆有TPE的导线或涂覆有PVC的导线。可替代地，线路输入端22a/线路输出端22b和中性输入端24a/中性输出端24b中的每一个可以包括实心磁导线。
接下来参考图4A-4C，示出了根据本公开的供用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例使用的示例性替代芯的侧视图。更具体地，图4A描绘了E形纳米晶体切割磁芯60(例如，硅钢或铁氧体)。芯60可以设置有40(+/-1)毫米的高度、16(+/-0.5)毫米的宽度和5(+/-0.3)毫米的厚度。芯60的顶部和底部(或最外面的)支腿60a、60b可以设置有14.5(+/-0.5)毫米的宽度。此外，芯60的支腿60a、60b、60c中的每一个可以设置有2.5(+/-0.3)毫米的高度。芯60还可以具有1.5高斯的磁感应强度。
图4B和图4C描绘了C形纳米晶体切割磁芯62和64。如图4B中所示，芯64可以设置有22(+/-1)毫米的高度、16(+/-0.5)毫米的宽度和5(+/-0.3)毫米的厚度。芯62的顶部支腿62a可以设置有14.5(+/-0.5)毫米的宽度。此外，芯62的支腿62a、62b中的每一个可以设置有2.5(+/-0.3)毫米的高度，并且在它们之间可以设置17(+/-0.3)毫米的距离。如图4C中所示，芯64可以设置有25(+/-1)毫米的高度、16(+/-0.5)毫米的宽度和5(+/-0.3)毫米的厚度。芯64的顶部支腿64a可以设置有14.5(+/-0.5)毫米的宽度。芯64的支腿64a、64b中的每一个还可以设置有2.5(+/-0.3)毫米的高度，并且在它们之间可以设置20(+/-0.3)毫米的距离。芯62和64中的每一个还可以具有1.5高斯的磁感应强度。
现在参考图5A-5D，示出了根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器20的示例性实施例的分解图、底视图和透视图。如其中所示，传感器20可以包括磁性环形芯40，该磁性环形芯40在其中形成有间隙44。传感器还可以包括TMR传感器元件58和信号调节电路26，它们中的每一个都可以安装在印刷电路板(PCB)70上，并且设置为彼此电通信。
传感器20还可以包括外壳72，该外壳72可以包括基座74和盖76(以虚线示出)。外壳72可以被配置为容纳PCB 70(包括安装在其上的TMR传感器元件58和信号调节电路26)以及在其中形成有间隙44的芯40的至少一部分。外壳72(包括基座74和盖76)还可以包括适合于向TMR传感器元件58提供磁屏蔽或为TMR传感器元件58提供磁屏蔽的材料。
仍然参考图5A-5D，传感器20还可以包括线圈引线80(包括线路输入引线82a、线路输出引线82b、中性输入引线84a和中性输出引线84b)，它们可以安装在外壳72中并延伸穿过外壳72。如前面结合图3所述，线路输入端22a/线路输出端22b和中性输入端24a/中性输出端24b可以缠绕在芯40周围。在这点上，线路输入端22a可以连接到线路输入引线82a的第一端，并且线路输出端22b可以连接到线路输出引线82b的第一端。类似地，中性输入端24a可以连接到中性输入引线84a的第一端，并且中性输出端24b可以连接到中性输出引线84b的第一端。线路输入引线82a的第二端、线路输出引线82b的第二端、中性输入引线84a的第二端和中性输出引线84b的第二端中的每一个可以分别连接到来自EV的线路输入导体、线路输出导体、中性输入导体和中性输出导体(未示出)。
如本文所述的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器20因此可以包括在其中形成有间隙44的磁芯40、缠绕在磁芯40周围以形成第一线圈的第一导体22a、22b、缠绕在磁芯40周围以形成第二线圈的第二导体24a、24b以及布置在磁芯40的间隙44中的TMR传感器元件58。在第一导体22a、22b中的电流和在第二导体24a、24b中的电流之间的差异在磁芯40的间隙44中产生与泄漏电流成比例的磁场，并且该磁场在TMR传感器元件58中产生反映、表示或指示泄漏电流值的电压。检测到的泄漏电流可以是具有高达30毫安的值的直流电流(DC)或交流电流(AC)。
信号调节电路26还可以设置有导电引线86。导电引线86可以被配置为向信号调节电路26提供电力，并且传送来自信号调节电路26的输出信号，该输出信号反映、指示或表示由电流传感器20检测到的泄漏电流值。如图5A和图5D中最佳所示，信号调节电路26的导电引线86可以被配置为延伸穿过PCB 70和外壳72的基座74。在这点上，基于由第一导体22a、22b中的电流和第二导体24a、24b中的电流之间的差异在芯40的间隙44中产生的磁场在TMR传感器元件58中产生的电压，信号调节电路26可以生成反映、指示或表示泄漏电流值的差分输出电压信号28。进而，差分输出电压信号28在从外壳72的基座74延伸的对于信号调节电路26的导电引线86处是可测量的。
现在参考图6-9，示出了根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的参数图。在这点上，应该注意的是，结合图2、图3和图5A-5D示出且描述的磁芯40应该足够大，以允许围绕芯40缠绕实心磁导线、涂覆有PPE的导线、涂覆有TPE的导线或涂覆有PVC的导线，但是足够小以防止(由于泄漏电流引起的电流差分或不平衡产生的)磁场下降到不可测量或不可检测的水平。
在这点上，图6示出了对于不同直径环形芯(具体地说，具有25毫米的OD的芯(下曲线)和具有40毫米的OD的芯(上曲线))的泄漏电流传感器输出电压。如图中所示，对于大约6毫安DC的泄漏电流，25mm的传感器芯OD具有大约19毫伏的泄漏传感器输出电压，而40mm的传感器芯OD具有大约59毫伏的泄漏传感器输出电压。也就是说，对于大约6毫安DC的泄漏电流，25mm至40mm的潜在传感器芯直径具有19毫伏至59毫伏范围内的预期泄漏传感器输出电压。这样的输出电压水平足够高以由运算放大器(OP AMP)信号调节电路可检测。
理论上，环形芯也是增强磁场的最佳形状。图7示出了环形芯中的磁通量根据芯半径的变化。在这点上，绘制了三对环形芯配置。对于每一对，一个芯没有间隙，而另一个芯具有3毫米的间隙。每一对中的两个芯的其它特性是相同的，例如线圈匝数(即10)和磁导率(例如，3200亨利/米、8000亨利/米、10000亨利/米)。如图中所示，对于所有没有间隙的芯，随着芯半径从10毫米增加到35毫米，磁场通量水平的值非常迅速地下降。然而，对于所有有间隙的环形芯，随着芯半径从10毫米增加到35毫米，这种性能变化，而磁通量变化相对稳定。特别是，对于环形芯中3mm的间隙，芯内部的磁通量将仅减少(i)1.6％，当磁导率为3200亨利/米并且芯半径从10mm变化到35mm时；(ii)0.65％，当磁导率等于8000亨利/米且芯半径从10mm变化到35mm时；和(iii)0.52％，当磁导率为10,000亨利/米并且芯半径从10mm变化到35mm时。这些结果使得通过增加环形芯直径来使有间隙的环形芯内部的磁场通量不变或者保持恒定。
环形芯直径也可以增加，以增强环形芯内部的磁场通量。这样的效果允许高功率单相和三相泄漏传感器设计。在这点上，图8示出了在线圈匝数增加和环形芯直径更大的情况下的磁场通量的变化。如图中所示，对于其中形成有3毫米间隙的环形芯，当芯OD从10毫米增加到35毫米时，磁场通量变化显著增加。对于具有3200亨利/米、8000亨利/米和10000亨利/米的磁导率的环形芯，这样的增加是相似的。
图9示出了在其中形成有3毫米的间隙且公差为2.5毫米至3.5毫米的环形芯的间隙磁通量变化。如图中所示，对于磁导率为900亨利/米、3200亨利/米、8000亨利/米和10000亨利/米、并且间隙为2.5毫米至3.0毫米的环形芯，当芯OD从10毫米增加到35毫米时，间隙磁通量变化在大约18％和20％之间保持相对不变。类似地，对于磁导率为900亨利/米、3200亨利/米、8000亨利/米和10000亨利/米并且间隙为3.0毫米至3.5毫米的环形芯，当芯OD从10毫米增加到35毫米时，间隙磁通量变化在大约-13％和-14％之间保持相对不变。
接下来参考图10A和图10B，示出了根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的示例性实施例的电压测量结果。更具体地说，图10A示出了对于利用具有OD为25毫米的环形芯的传感器检测到的5.9毫安的DC泄漏电流的泄漏传感器输出电压曲线。图10B示出了对于利用具有OD为25毫米的环形芯的传感器检测到的10毫安(50赫兹)的AC泄漏电流的泄漏传感器输出电压曲线。
图11是根据本公开的用于与检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器20的示例性实施例一起使用的信号调节电路26的简化示意图。图12A、图12B、图13A和图13B是根据本公开的用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器20的示例性实施例的电压测量结果和信号调节电路输出。
在这点上，图11所示的信号调节电路26可以包括由德州仪器(TexasInstruments)制造的TLV9052轨到轨输入和输出双运算放大器。EV充电器中2.73毫安DC的泄漏电流可导致传感器20产生图12A所示的差分输出102。使用运算放大器100，图11的信号调节电路26可以被配置为产生图12A所示的输出104，该输出104反映、表示或指示2.73毫安的DC泄漏电流。类似地，EV充电器中5.5毫安DC的泄漏电流可导致传感器20产生如图12B所示的差分输出106。使用运算放大器100，图11的信号调节电路26可以被配置为产生图12B所示的输出108，该输出108反映、表示或指示5.5毫安的DC泄漏电流。在这点上，差分输出102、106可以反映、表示或指示由线路输入端22a/线路输出端22b承载的电流和由中性输入端24a/中性输出端24b承载的电流之间的差异或不平衡，该差异或不平衡可以由DC泄漏电流引起。(参见图1A。)再次，由线路输入端22a/线路输出端22b承载的电流和由中性输入端24a/中性输出端24b承载的电流之间的任何这样的差异或不平衡在芯40的间隙44中产生磁场，该磁场反映、指示或表示DC泄漏电流。(参见图1A、图3。)
如图13A所示，EV充电器中的9.1毫安AC(50赫兹)的泄漏电流可导致传感器20产生差分输出110。使用运算放大器100，图11的信号调节电路26可以被配置为产生图13A所示的输出112，该输出112反映、表示或指示2.73毫安的DC泄漏电流。类似地，EV充电器中的2.73毫安DC加3.64毫安AC的泄漏电流可导致传感器20产生如图13B所示的差分输出114。使用运算放大器100，图11的信号调节电路26可以被配置为产生图13B所示的输出116，该输出116反映、表示或指示2.73毫安DC加3.64毫安AC的泄漏电流。在这点上，差分输出110、114可以反映、表示或指示由线路输入端30a/线路输出端30b(和/或线路输入端32a/线路输出端32b和/或线路输入端34a/线路输出端34b)承载的电流和由中性输入端36a/中性输出端36b承载的电流之间的差异或不平衡，该差异或不平衡可以由AC泄漏电流和/或DC泄漏电流引起。(参见图1B。)再次，由线路输入端30a/线路输出端30b(和/或线路输入端32a/线路输出端32b和/或线路输入端34a/线路输出端34b)承载的电流和由中性输入端36a/中性输出端36b承载的电流之间的任何这样的差异或不平衡在芯40的间隙44中产生磁场，该磁场反映、指示或表示AC泄漏电流和/或DC泄漏电流。(参见图1B、图3。)
如从前述内容容易明显的是，已经描述了用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器的各种非限制性实施例。这些实施例提供了用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的改进的电流传感器，该改进的电流传感器被配置为以较低的成本检测较低的泄漏电流水平。
虽然在本文已经示出和描述了各种实施例，但是它们仅仅是示例性的，并且意图并不是这些实施例示出和描述所有可能的实施例。相反，本文使用的措辞是描述而不是限制的措辞，并且应当理解，可以对这些实施例进行各种改变而不偏离所附权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器，所述电流传感器包括：
磁芯，所述磁芯在其中形成有间隙；
第一导体，所述第一导体缠绕在所述磁芯周围以形成第一线圈；
第二导体，所述第二导体缠绕在所述磁芯周围以形成第二线圈；和
隧道磁阻(TMR)传感器元件，所述隧道磁阻(TMR)传感器元件布置在所述磁芯的所述间隙中；
其中，在所述第一导体中的电流和在所述第二导体中的电流之间的差异在所述磁芯的所述间隙中产生与泄漏电流成比例的磁场，并且所述磁场在所述TMR传感器元件中产生指示所述泄漏电流的值的电压。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯包括具有10毫米至50毫米的外径的环。
3.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯具有E形形状和39毫米至41毫米的高度。
4.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯具有C形形状和高达26毫米的高度。
5.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯具有至少800亨/米的磁导率。
6.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述间隙具有2.5毫米至3.5毫米的宽度。
7.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所检测到的泄漏电流是具有高达30毫安的值的直流电流或交流电流。
8.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述第一线圈包括围绕所述磁芯多达50匝的所述第一导体。
9.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述第二线圈包括围绕所述磁芯多达50匝的所述第二导体。
10.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述第一导体和所述第二导体中的每一个导体都包括实心磁导线、涂覆有聚丙烯乙烯(PPE)的导线、涂覆有热塑性弹性体(TPE)的导线或涂覆有聚氯乙烯(PVC)的导线。
11.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述磁芯包括纳米晶体、硅钢或铁氧体材料。
12.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述第一导体和所述第二导体被配置为承载交流电流，所述第一导体包括线路输入端和线路输出端，并且所述第二导体包括中性输入端和中性输出端。
13.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括：
第三导体，所述第三导体缠绕在所述磁芯周围以形成第三线圈；和
第四导体，所述第四导体缠绕在所述磁芯周围以形成第四线圈；
其中，在所述第二导体中的电流和在所述第三导体中的电流之间的差异在所述磁芯的所述间隙中产生与第二泄漏电流成比例的第二磁场，并且所述第二磁场在所述TMR传感器元件中产生指示所述第二泄漏电流的值的第二电压；和
其中，在所述第二导体中的电流和在所述第四导体中的电流之间的差异在所述磁芯的所述间隙中产生与第三泄漏电流成比例的第三磁场，并且所述第三磁场在所述TMR传感器元件中产生指示所述第三泄漏电流的值的第三电压。
14.根据权利要求13所述的电流传感器，其中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体和所述第四导体被配置为承载交流电流，所述第一导体、所述第三导体和所述第四导体中的每一个导体包括线路输入端和线路输出端，并且所述第二导体包括中性输入端和中性输出端。
15.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括：
信号调节电路，所述信号调节电路被设置为与所述TMR传感器元件电通信；和
外壳，所述外壳用于所述信号调节电路、所述TMR传感器元件和在其中形成有所述间隙的所述磁芯的至少一部分，其中，所述外壳为所述TMR传感器元件提供磁屏蔽；
其中，基于在所述TMR传感器元件中产生的电压，所述信号调节电路生成表示所述泄漏电流的值的输出信号，并且其中，泄漏电流值输出信号在从所述外壳延伸的所述信号调节电路的导电引线处是可测量的。
16.一种用于检测来自电动交通工具充电器的泄漏电流的电流传感器，所述电流传感器包括：
磁芯，所述磁芯在其中形成有间隙，所述磁芯具有至少800亨利/米的磁导率；
第一导体，所述第一导体缠绕在所述磁芯周围以形成第一线圈；
第二导体，所述第二导体缠绕在所述磁芯周围以形成第二线圈；
隧道磁阻(TMR)传感器元件，所述隧道磁阻(TMR)传感器元件布置在所述磁芯的所述间隙中；
信号调节电路，所述信号调节电路被设置为与所述TMR传感器元件电通信；和
外壳，所述外壳用于所述信号调节电路、所述TMR传感器元件和在其中形成有所述间隙的所述磁芯的至少一部分；
其中，在所述第一导体中的电流和在所述第二导体中的电流之间的差异在所述磁芯的所述间隙中产生与泄漏电流成比例的磁场，并且所述磁场在所述TMR传感器元件中产生指示所述泄漏电流的值的电压，并且其中，基于在所述TMR传感器元件中产生的所述电压，所述信号调节电路生成表示所述泄漏电流的值的输出信号，并且泄漏电流值输出信号在从所述外壳延伸的所述信号调节电路的导电引线处是可测量的。
17.根据权利要求16所述的电流传感器，其中，所述磁芯包括具有10毫米至50毫米的外径的环。
18.根据权利要求16所述的电流传感器，其中，所述磁芯具有E形形状和39毫米至41毫米的高度，或者具有C形形状和高达26毫米的高度。
19.根据权利要求16所述的电流传感器，其中，所述间隙具有2.5毫米至3.5毫米的宽度。
20.根据权利要求16所述的电流传感器，其中，所检测到的泄漏电流是具有高达30毫安的值的直流电流或交流电流。
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