CN114184811B - 功率连接器以及功率器件的输出级 - Google Patents
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Abstract
本公开的各实施例总体上涉及磁电流传感器集成到高电流连接器器件中。提供了一种被配置为传导电流的功率连接器。该功率连接器包括导电框架，该导电框架包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构。基底结构被耦合到初级导体的输出节点并且从初级导体接收电流。盖结构被配置为将功率连接器机械地耦合到负载，并且将来自功率连接器的电流输出到负载。延伸结构被耦合到基底结构与盖结构之间并且在基底结构与盖结构之间延伸。延伸结构包括电流收缩区域，该电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处引起流过电流收缩区域的电流的限定的磁场，该磁电流传感器基于由流过电流收缩区域的电流产生的限定的磁场生成传感器信号。
Description
技术领域
本公开的各实施例总体上涉及磁电流传感器集成到高电流连接器器件中，具体涉及功率连接器以及功率器件的输出级。
背景技术
对于高电流应用和/或需要在承载测试电流的导体与电流传感器输出之间进行电流隔离的应用，使用磁电流传感器。例如，磁电流传感器可以被用于确定由逆变器功率模块传递到电动机的相电流，或者确定由功率分配系统、电子保险丝、电池监控系统、电池断开开关等提供的其它负载电流。
这些器件通过测量由测试电流产生的磁通密度来间接地感测测试电流。磁电流传感器的传统的实现利用铁芯(场集中器)，该铁芯在某种程度上缠绕在承载测试电流的导体上。场集中器中的磁通密度与测试电流成比例，遵循Br＝μ0*μr*Itest。因此，铁芯的相对磁导率μr放大了磁通密度。线性场探针(例如，线性霍尔传感器)测量由测试电流产生的通量，因此提供表示测试电流的流电隔离输出信号。基于磁芯的传感器的其它实现经由补偿绕组来补偿由测试电流产生的磁通密度。在这种情况下，场探针需要将产生的磁通密度控制在一个恒定值(例如，零)，而补偿电流与测试电流成比例。
然而，使用基于磁芯的磁性传感器有许多缺点，包括成本、复杂的组装策略、功耗的低效率、磁滞效应和场集中器的非线性导致的不准确性、以及饱和效应、过载能力(剩磁)、重量和尺寸。例如，为了组装，功率模块的每个电流轨都需要被布线以通过与每个磁性传感器相关联的场集中器。这增加了功率模块的组装的复杂性和体积。
无芯电流传感器在不使用场集中器的情况下即可运行。与基于磁芯的实现不同，这些传感器直接地测量由测试电流产生的磁通密度。通过避免铁芯，可以省略上文列出的关于基于磁芯的磁性传感器的缺点。然而，在敏感元件处的可用磁通密度显著降低。因此，敏感元件需要尽可能靠近导体而被放置。由于电流传感器通常在受电磁干扰(EMI)污染的环境(电力电子器件)中运行，因此实现差分感测概念非常有益，该差分感测概念提供固有的杂散场抗扰度，以防止相邻元件(半导体、电容器、电感器、导体)产生的扭曲场。
然而，差分感测是无芯电流传感器设计中的一个关键瓶颈，不同的功率应用可能对实现差分感测施加不同的设计约束。将测试电流布线到差分场传感器也成为一个问题，因为在不增加器件的尺寸的情况下很难实现。结果，制造成本增加以便适应不同的设计和感测原理。换句话说，不存在通用的差分感测解决方案。
因此，可能需要提供无芯差分电流感测的改进的器件。
发明内容
实施例提供了功率连接器，该功率连接器被配置为传导功率器件的电流并且将该电流传递到负载。功率连接器包括导电框架，该导电框架包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构。基底结构被耦合到功率器件的至少一个初级导体的输出节点，其中基底结构被配置为从至少一个初级导体接收电流。盖结构相对于基底结构被布置，其中盖结构被配置为将功率连接器机械地耦合到负载，并且其中盖结构被配置为从基底结构接收电流并且将来自功率连接器的电流输出到负载。延伸结构被耦合到基底结构与盖结构之间并且在基底结构与盖结构之间延伸，其中延伸结构从基底结构接收电流并且将该电流传递到盖结构。延伸结构包括电流收缩区域，该电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处引起流过电流收缩区域的电流的限定的磁场。功率连接器还包括磁电流传感器，该磁电流传感器被配置为基于由流过电流收缩区域的电流产生的限定的磁场生成传感器信号。
实施例提供了功率器件的输出级。输出级包括：功率电路，该功率电路被配置为生成电流；至少一个初级导体，被耦合到功率电路的输出，其中至少一个初级导体包括输出节点，并且至少一个初级导体被配置为将来自功率电路的电流传导到输出节点；以及功率连接器，该功率连接器被耦合到输出节点，并且被配置为将来自至少一个初级导体的电流传输到负载。功率连接器包括：导电框架，该导电框架包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构；其中基底结构被耦合到功率器件的至少一个初级导体的输出节点，其中基底结构被配置为从至少一个初级导体接收电流，其中盖结构相对于基底结构被布置，其中盖结构被配置为将功率连接器机械地耦合到负载，并且其中盖结构被配置为从基底结构接收电流，并且将来自功率连接器的电流输出到负载，其中延伸结构被耦合到基底结构与盖结构之间，并且在基底结构与盖结构之间延伸，其中延伸结构从基底结构接收电流并且将电流传递到盖结构，其中延伸结构包括电流收缩区域，该电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处引起流过电流收缩区域的电流的限定的磁场。功率连接器还包括磁电流传感器，该磁电流传感器被配置为基于由流过电流收缩区域的电流产生的限定的磁场生成的传感器信号。
附图说明
在此参考附图描述实施例。
图1A和图1B是示出根据一个或多个实施例的功率输出器件的输出级的示意框图；
图2示出了根据一个或多个实施例的被实现为电流传感器的差分磁性传感器的示意框图；
图3A-图3F示出了根据一个或多个实施例的输出连接器的各种透视图；
图4示出了根据一个或多个实施例的具有附接到连接器体积的外部的磁性传感器的输出连接器的透视图；以及
图5是示出根据一个或多个实施例的到逆变器级的供应线的示意框图。
具体实施方式
在下文中，阐述细节以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其它情况下，以框图形式或以示意图而非详细示出众所周知的结构和器件以避免混淆实施例。此外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同的实施例的特征可以相互组合。
另外，在以下描述中，等同或类似的元件或具有等同或类似功能的元件用等同或类似的附图标记表示。由于相同或功能等同的元件在图中被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元件提供的描述是可以相互交换的。
在这方面，方向性术语(诸如，“顶部”、“底部”、“在……下方”、“在……上方”、“前方”、“后方”、“背面”、“领先”、“尾随”等)可以参考所描述的图的方向来使用。因为实施例的部分可以以多个不同的取向被放置，所以方向术语被用于说明的目的。应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构改变或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义。权利要求中使用的方向术语可以帮助定义一个元件与另一个元件或特征的空间或位置关系，而不限于特定的方向。
应当理解，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以被直接地连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为被“直接地连接”或“直接地耦合”到另一个元件时，则不存在中间元件。被用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式(例如，“在……之间”与“直接地在……之间”、“相邻”与“直接地相邻”等)被解释。
在本文所述或附图中所示的实施例中，任何直接电连接或耦合，即没有附加的中间元件的任何连接或耦合，也可以通过间接连接或耦合，即与一个或多个附加的中间元件连接或耦合来实现，或反之亦然，只要连接或耦合的一般目的(例如，传输某种信号或传输某种信息)基本上保持不变。来自不同实施例的特征可以被组合以形成进一步的实施例。例如，除非有相反的说明，否则关于实施例中的一个实施例的描述的变化或修改也可以适用于其它实施例。
术语“基本上”和“近似地”在本文中可以被用于说明在不背离本文所述的实施例的方面的情况下，在行业中被认为可接受的小的制造公差(例如，在5％内)。例如，具有近似电阻值的电阻器实际上可能具有该近似电阻值的5％内的电阻。
在本公开中，包括(诸如，“第一”、“第二”和/或诸如此类的)序数的表达可以修饰各种元件。然而，这种元件不受以上表达的限制。例如，上述表达仅被用于与其它元件区分开的目的。例如，第一框和第二框表示不同的框，尽管它们都是框。还例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
可以通过在控制处理器的存储器上实现专用硬件或软件程序来配置本公开的一个或多个元件，以执行部件中的任何部件或其组合的功能。部件中的任何部件可以被实现为中央处理单元(CPU)或其它处理器，该中央处理单元或其它处理器从记录介质(诸如，硬盘或半导体存储器器件)读取和执行软件程序。例如，可以由一个或多个处理器(诸如，一个或多个CPU、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)或其它等效的集成或离散逻辑电路)执行指令。
因此，如本文使用的，术语“处理器”是指前述结构中的任何结构或适合于实现本文所述的技术的任何其它结构。包括硬件的控制器还可以执行本公开的技术中的一种或多种技术。包括一个或多个处理器的控制器可以使用电信号和数字算法来执行其接收、分析和控制功能，这些功能还可以包括校正功能。这种硬件、软件和固件可以在相同的设备内，或在单独的设备内被实现以支持本公开中描述的各种技术。
信号处理电路和/或信号调节电路可以从一个或多个部件以原始测量数据的形式接收一个或多个信号(即，测量信号)，并且可以从测量信号导出另外的信息。本文使用的信号调节是指以使得信号满足下一阶段的要求以进行进一步处理的方式来操纵模拟信号。信号调节可以包括(例如，经由模数转换器)从模拟到数字的转换、放大、滤波、转换、旁路、范围匹配、隔离以及使信号适合在调节后进行处理所需的任何其它过程。
本文描述的实施例还涉及差分磁场传感器(即，差分传感器模块)，差分磁场传感器中的每个差分磁场传感器包括一对传感器元件，该传感器元件被配置为生成要在下文描述的待被组合以生成差分传感器信号的传感器信号。传感器元件可以是任何类型的磁场传感器元件，包括霍尔效应传感器元件和磁阻传感器元件。每个传感器元件具有在本文中可以被称为“灵敏度轴线”或“感测轴线”的灵敏度平面，并且每个感测轴线具有参考方向。例如，对于霍尔传感器元件，由传感器元件输出的电压值根据与在感测轴线的方向上对准的磁场强度而变化。
形成差分对的传感器元件具有相同的感测轴线(即，它们对相同的磁场分量敏感)，但是它们的参考方向彼此反平行排列。因此，一个传感器元件可能对+B磁场分量敏感，而另一个传感器元件对-B磁场分量敏感。以这种方式，当由传感器电路生成差分传感器信号时，可以抵消同质和非同质的外部杂散磁场。
磁场传感器元件被配置为测量磁场的一个或多个特性(例如，磁场通量密度的量、场强、场角、场方向、场取向等)。具体地，本文描述的差分磁场传感器被实现为电流传感器，其测量由载流导体产生的磁场。每个磁场传感器元件被配置为响应于撞击在传感器元件上的一个或多个磁场而产生传感器信号(例如，电压信号)。因此，传感器信号表示(即，正比于)撞击在传感器元件上的磁场的大小。
例如，如果磁场传感器被耦合到由流过某个初级导体的某个待测量的电流生成的磁场，则该磁场传感器可以被用作电流传感器。例如，可以通过使用磁场传感器感测由穿过初级导体的电流(进一步被称为初级电流或测试电流)引起的磁场来实现非接触式电流测量。由初级电流引起的磁场取决于初级电流的大小。例如，对于承载初级电流iP的长直导线，在距导线距离为d处产生的磁场H的大小与初级电流iP成比例。根据Biot-Savart定律，如果导线与距离d相比非常长(理论上无限长)，则磁场H的大小等于H＝iP/(2πd)。
电流传感器可以被实现使得在传感器模块内计算差分传感器信号，并且生成差分测量信号作为输出信号。进一步，应当理解。术语“传感器信号”、“测量信号”和“测量值”在本说明书中可以互换使用。
根据一个或多个实施例，磁场传感器元件和传感器电路都被容纳(即，集成)在相同的芯片封装件(例如，塑料封装的封装件，诸如有铅封装件或无铅封装件、或表面安装器件(SMD)封装件)中和/或在相同的电路基板(诸如，印刷电路板(PCB))上。传感器元件和传感器电路可以一起被称为磁场传感器、传感器模块或传感器器件。
传感器电路可以被称为信号处理电路和/或信号调节电路，该信号处理电路和/或信号调节电路以原始测量数据的形式从磁场传感器元件接收传感器信号，并且从传感器信号导出表示磁场的测量信号(例如，差分测量信号)。
如本文使用的，信号调节是指以使得信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求的方式操纵模拟信号。信号调节可以包括(例如，经由模数转换器)从模拟到数字的转换、放大、滤波、转换、旁路、范围匹配、隔离以及使信号适合在调节后进行处理所需的任何其它过程。
传感器电路可以包括模数转换器(ADC)，该模数转换器将来自传感器元件的模拟信号转换为数字信号。备选地，传感器电路可以在将模拟域转换为数字域之前在模拟域中生成差分测量信号。传感器电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)。因此，传感器包括电路，该电路经由信号处理和/或调节来调节和放大磁场传感器元件的小的信号，并且执行附加的处理以生成差分测量信号。
更具体地，实施例涉及将功率分配给负载的功率输出器件和被实现为用于测量负载电流的电流传感器的差分磁性传感器的组合。功率输出器件的示例包括功率模块、功率逆变器、配电系统、电子熔断器、电池监控系统、电池断开开关等。例如，功率模块可以包括单个功率逆变器或n个功率逆变器，因此分别地具有一相或n相。功率模块可以是具有信号反相器的高电流功率模块，该信号反相器包括一个电流输出以驱动负载。在用于实现n个逆变器的示例中，功率模块可以是高电流功率模块，该高电流功率模块包括被用于驱动电动机的三相中的每个相的三个电流输出(即，n＝3)。例如，功率模块可以被用于驱动电动汽车的主电机。因此，例如，可以提供一个或多个电流传感器以测量功率模块的每个电流输出。
实施例还涉及通过将磁性传感器布置在连接器内(例如，在连接器的体积内)而被耦合到磁性传感器的高功率器件。
图1A和图1B是示出根据一个或多个实施例的功率输出器件的输出级100的示意框图。特别地，输出级100是功率逆变器1(单相，n＝1)的输出级。输出级100包括在DC链路电源轨(DCL+和DCL-)之间并联的四个MOSFET半桥器件，但不限于任何特定数目的器件。对于超过100V的高电压应用，可以使用IGBT或SiC FET来代替标准的MOSFET。负载电流ILOAD沿着初级导体2在输出节点3的方向上流动，在输出节点3处，输出连接器10被电气地和机械地耦合到初级导体2。初级导体2可以是功率PCB的导电层，诸如铜。此外，可以存在多个初级导体，特别是在包括多个功率导电层的功率PCB中，每个导电层都传导输出电流的一部分。
输出节点3收集功率逆变器1中的所有功率开关的输出电流，并且由输出连接器10接收输出电流。输出连接器10还被机械地并且电气地耦合到负载，用于向该负载传递功率(电流)。例如，输出连接器10可以被连接到电动机的电动机相。因此，输出连接器10被配置使得负载电流ILOAD从初级导体2流到输出连接器10，并且进一步流过输出连接器10到负载。
由输出电流引起的磁场与输出电流的大小成比例。具体地，测量的磁场表示(即，正比于)流过初级导体2的电流的电流密度。如将进一步详细描述的，输出连接器10包括电流传感器(即，差分磁性传感器)，该电流传感器被配置为测量功率逆变器1的半桥级的总输出电流ILOAD。
应当理解，在一些应用中(诸如多相电动机)，输出节点3还可以从负载收集相电流，使得相电流流向输出级100。因此，流过输出连接器10的总电流通常可以被称为测试电流Itest，该测试电流Itest包括流入和流出负载的电流。
图2示出了根据一个或多个实施例被实现电流传感器的差分磁性传感器5的示意框图。差分磁性传感器5包括一对传感器元件6和7以及传感器电路8，该对传感器元件6和7被配置为感测由测试电流Itest生成的磁场，传感器电路8接收由传感器元件6和7生成的传感器信号。特别地，差分传感器5靠近测试电流Itest而被放置。传感器元件6和7被差分地放置在传感器管芯上的不同位置处。在该示例中，差分传感器元件对是相对于电流流动方向在竖直方向上有差别地间隔开的两个霍尔传感器元件。即，传感器元件6和7横跨测试电流Itest的相对侧，并且在与电流流动方向正交的方向上彼此对准。
在一些实施例中，传感器元件6和7被差分地间隔开，使得磁场以相同的大小撞击感测元件6和7。然而，应当理解，只要感测元件位于磁场内或当电流通过初级导体2被施加时预期的磁场的位置处，则其它布置也是可能的。因此，传感器元件6和7在一些应用中可以不对称地与中心位置偏移。
传感器元件对6和7一起生成模拟差分传感器信号(例如，差分霍尔电压)。通常，传感器电路8使用差分计算从由传感器元件6和7生成的两个传感器信号生成差分传感器信号。作为示例，传感器元件6和7可以被耦合到传感器电路8的组合电路或组合逻辑，传感器电路8被配置为生成差分传感器信号。因此，传感器电路8的组合电路从传感器元件6和8接收传感器信号并且从其生成差分传感器信号。例如，组合电路可以包括输出传感器元件6和7之间的差的一个或多个差分放大器。差分传感器信号可以提供对同质和非同质外部杂散磁场的鲁棒性，并且可以提供与单电池传感器配置相比更准确的测量。尽管有这个优点，但是实施例不限于磁性传感器是差分磁性传感器并且可以是具有单个传感器元件(例如，传感器元件6或7)的单电池磁性传感器。
图3A-图3F示出了根据一个或多个实施例的输出连接器10的各种透视图。输出连接器10包括一个端部处的接口引脚11和相对端部处的螺纹通孔12。
接口引脚11从输出连接器10的基板13突出并且被配置为被机械地并且电气地耦合到初级导体2。特别地，初级导体2可以包括位于输出节点3处的引脚孔(未示出)，该引脚孔延伸到初级导体2的厚度方向中。引脚孔被配置为接收接口引脚11，接口引脚11被插入(压入配合)到引脚孔中。由于接口引脚11，输出连接器10可以被配置为向功率PCB上的所有功率层提供大量接口以从其接收总输出电流。可以使用除了压接引脚之外的其它接口解决方案，诸如可以使用SMD或通孔焊接连接。通常，可以实现标准连接器中已知的所有组装技术(SMD、通孔技术(THT)、压入配合等)。
螺纹通孔12被配置为接收导电紧固件(诸如，螺栓或螺钉)，该导电紧固件将输出连接器10机械地并且电气地耦合到负载。其它类型的连接元件可以被用于将连接器机械地并且电气地连接到负载并且不限于通孔/紧固件布置。例如，也可以使用引脚或夹子。这样，在初级导体2与负载之间(并且更具体地，在基板13与测试电流Itest流过的通孔12之间)形成导电路径14。
基板13是输出连接器10的导电框架的一部分。基板13的顶部主表面/底部主表面限定了两个平面，这两个平面平行于测试电流Itest的电流流动方向。基板13被设计为从初级导体2(例如，功率PCB结构)收集测试(输出)电流Itest。导电框架的延伸板15从基板13的一侧正交地延伸，并且因此也与初级导体2正交。测试电流Itest从基板13通过延伸板15被布线到紧固件，该紧固件被耦合到螺纹通孔12。
导电框架的盖板16从延伸板15横向地向外延伸并且悬垂在基板13的导电路径14的一部分之上。因此，盖板16朝向基板13的相对侧在基板13之上回溯，使得由基板13、延伸板15和盖板16限定腔17(即，连接器体积)。延伸板15正交于基板13和盖板16延伸并且在其间形成导电桥。
盖板16容纳通孔12，该通孔12沿平行于延伸板15的方向(纵向)延伸。基板13、延伸板15和盖板16一起形成作为一体式整体结构的导电框架。接口引脚11也是该一体式整体结构的一部分。基板13、延伸板15和盖板16可以形成C形或中空的矩形棱柱。
延伸板15具有Z字形(例如，Z形或S形)的收缩区域，该收缩区域包括取决于在哪一侧上制造切口18a和18b的倒置S形弯曲或S形弯曲。此处示出了倒置S形弯曲。然而，切口18a和18b可以被倒置以制造S形弯曲。出于本公开的目的，术语“S形弯曲”是指倒置取向和非倒置取向。
切口18a和18b沿着导电路径14的竖直轨迹(即，沿着从基板13延伸到盖板16的延伸板15的纵向尺寸)彼此不同地移位。另外，切口18a和18b从延伸板15的相对横向侧向内延伸，从而形成倒置S形弯曲或S形弯曲。此外，切口18a和18b在延伸板15的纵向尺寸上部分地重叠。换句话说，它们的最内端在垂直方向上重叠。
在倒置S形弯曲或S形弯曲的中心区域处，延伸板15还包括电流收缩结构19(即，电流收缩区域)。电流收缩区域19是倒置S形弯曲或S形弯曲的中间段，该倒置S形弯曲或S形弯曲将直接地耦合到基板13的S形弯曲的底部段(基底段)连接到直接地耦合到盖板16的S形弯曲的顶部段(盖段)。电流收缩结构19是横向地延伸穿过延伸板15(即，沿着延伸板15的横向尺寸从一个横向侧到另一个相对的横向侧)的变窄的收缩结构。例如，S形弯曲的中间段是横向收缩段。
由于Z字形导电通路(S形或倒置S形)，测试电流Itest被迫通过延伸板15的收缩区域。特别地，延伸板15的倒置S形弯曲或S形弯曲通过变窄的电流收缩结构19集中所有测试电流Itest，从而增加在该通道处的测试电流Itest的电流密度，并且增加从测试电流产生的磁通密度。这种更强的磁场有利于由传感器元件6和7对其进行检测，并且允许进行更准确的测量。
在电流收缩结构19是S形结构的备选的方案中，电流收缩结构19可以具有其它形状或配置。例如，电流收缩结构19可以从基板13斜向地延伸到盖板16。备选地，电流收缩结构19可以以I形或I配置从基板13垂直地延伸到盖板16。备选地，电流收缩结构19可以是C形的。在每种情况下，电流收缩结构19包括收缩段，该收缩段被配置为在磁电流传感器5的位置处并且更具体地在一个或多个传感器元件6和/或7的位置处引起流过电流收缩结构19(即，流过收缩段)的输出电流的限定的磁场。在磁电流传感器5是差分传感器的情况下，差分传感器元件对6和7相对于电流收缩结构19的收缩段被差分地布置。差分传感器的传感器元件6和7可以在与流过收缩段的输出电流的电流正交的方向上彼此对准。
尽管可以在连接器设计中实现几种(例如，直的、横向的、C形的、I形的、竖直的、对角线的)电流收缩结构作为S形弯曲形状的备选的方案，但是实现具有所示的横向电流流动的横向电流收缩结构是有利的，以保持连接器10抵抗连接器螺钉施加的扭矩的机械强度。保持剩余电流路径14的水平截面提供了抵抗由于施加外部扭矩而导致的变形所需的机械强度。
然后，测试电流Itest经由电流收缩结构19被传导，该电流收缩结构19产生由差分磁性传感器5感测的差分磁场。特别地，因为切口18a和18b横跨电流收缩结构19的相对侧，因此它们还横跨流过电流收缩结构的测试电流Itest的相对侧。此外，因为切口18a和18b在延伸板15的纵向尺寸上部分地重叠，因此重叠部分提供了用于以差分配置布置传感器元件6和7的良好位置。
腔17包括由锚结构21限定的插槽20，该锚结构21从基板13向上突出并且从盖板16向下突出。锚结构21是导电框架的一部分。插槽20被配置为接收传感器5，并且锚结构21帮助将传感器5支撑在插槽20内。传感器5可以被耦合到电路基板22(例如，PCB)，该电路基板22面向电流收缩结构19被插入到具有传感器元件6和7的插槽20中。特别地，传感器元件6可以与切口18a对准，并且传感器元件7可以与切口18b对准，使得传感器元件6和7相对于水平地流过电流收缩结构19的Itest的电流流动方向在竖直方向上被差分地间隔开。结构，传感器元件6和7都靠近电流限制结构19和测试电流Itest。
此外，可以在传感器5与电流收缩结构19之间提供可选的隔离层23。在所示的实现中，差分磁性传感器5被放置在电路基板22上，该电路基板22将传感器输出连接到提供电流传感器信息的传感器输出连接器(未示出)。传感器输出连接器被连接到接口区域24，该接口区域24包括接口结构(诸如，引脚孔，用于将传感器输出连接器耦合到电路基板22)。
电流感测实现需要将电流集中到由切口18a和18b限定的相对窄的横截面(电流收缩结构19)中。为了确保输出连接器10的机械完整性，输出连接器10的内部体积(腔17)至少被部分地填充有灌封/模制材料25(即，填充材料)。例如，填充材料25可以从基底结构13延伸到盖结构16以提供机械稳定性。附加地或备选地，填充材料25可以被插入在磁电流传感器5与延伸结构15之间，以固定磁电流传感器5相对于延伸结构15的位置并且使磁电流传感器5与延伸结构15绝缘。
附加的锚结构26提供确保填充材料25与输出连接器10的剩余导电材料之间的牢固连接。具体地，附加的锚结构26从基板13向上突出并且从盖板16向下突出。附加的锚结构26是导电框架的一部分。附加的锚结构26中的一些锚结构可以包括钩在填充材料25周围的T形、L形、E形、F形、I形锚结构等，从而提供耦合到填充材料25的进一步的结构，并且增强输出连接器10的结构完整性。锚结构21中的一些锚结构还可以具有用于更好地耦合到填充材料25的T形、L形、E形、F形、I形锚结构。
填充材料25还可以填充切口18a和18b。填充材料25还可以被设置在电路基板22之上。填充材料25还确保低电压域(即，传感器输出)与功率域的隔离。可以通过最大化输出连接器10的金属含量，最小化基板13与盖板16之间的间隙距离，特别是通过施加如图所示的锚结构21和26，并且使用用于填充材料25的高度非导电的灌封/模制材料来优化输出连接器10的热属性(诸如，初级导体2与输出端子3之间的热质量和热导率)。填充材料25具有绝缘属性以使磁性传感器5绝缘。
尽管上述实施例针对被布置在连接器体积内的磁性传感器5，但是磁性传感器5可以被布置在连接器体积外部，而仍然能够测量由流过连接器10的电流收缩结构19的电流产生的磁场。例如，磁电流传感器可以被附接到连接器体积内的结构，但是可以位于连接器体积外部。备选地，磁性传感器5可以被附接到连接器体积外部的延伸板15的外表面，隔离层23可能被设置在磁性传感器与电流收缩结构19之间。备选地，磁性传感器5可以突出超出连接体体积，从而部分地位于连接器体积内部并且部分地位于连接器体积外部。根据以上描述，仍然可以在这些备选的布置中实现使用两个传感器元件的差分感测。
图4示出了根据一个或多个实施例的具有附接到连接器体积外部的磁性传感器的输出连接器10的透视图。在此，输出连接器10具有“C”形，该“C”形限定了可以至少部分地利用填充材料填充的体积17。磁性传感器5被附接到连接器体积外部的延伸板15的外表面，隔离层23被设置在磁性传感器5与电流限制结构19之间。电路基板22被附接到磁性传感器5的另一侧，并且被配置为根据传感器元件6和7进行的测量提供传感器输出信号(例如，差分传感器信号)器件。传感器元件6和7被集成在磁性传感器5处，并且分别地与切口18a和18b对准。
鉴于上述情况，具有集成的磁性传感器5的输出连接器10被至少部分地(如果不是完全地)布置在连接器10的体积内，则提供了若干益处，包括：减小的解决方案尺寸、对所施加的功率板的选择独立于对电流传感器的要求，不受电流传感器限制的功率布线，减少要填充的高功率部件的数目，可以使用预先校准的、最终制造商不需要附加的校准步骤的传感器，以及总体成本的显著降低。
将进一步理解的是，连接器10还可以被用作供应连接器，在这种情况下，连接器被机械地并且电气地耦合到电源或电流供应器件。为此，连接器10可以被简称为功率连接器，其可以被用于功率输出器件或电源器件。
图5是示出根据一个或多个实施例的到逆变器级的供应线的示意框图。电源线可以是直流链路电源轨(DCL+和DCL-)。连接器10可以被设置在被连接到逆变器级的一个或两个电源线处。
作为供应连接器，磁性传感器5被用于测量和监控由电源或电流供应器件(诸如，电池)生成的供应电流。供应连接器将在结构上与输出连接器相同。因此，电源可以被看作电源器件，输出电流可以被看作供应电流，并且接收负载电流的器件可以被看作负载。
供应连接器可以被配置为传导电源的供应电流，并且将供应电流传递到器件，并且包括导电框架和磁电流传感器。导电框架包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构。基底结构被耦合到电源的至少一个初级导体的供应节点，其中基底结构被配置为从至少一个初级导体接收供应电流。盖结构相对于基底结构被布置，其中盖结构被配置为将输出连接器机械地耦合到器件，并且其中盖结构被配置为从基底结构接收供应电流并且将来自输出连接器的供应电流输出到器件。延伸结构被耦合到基底结构与盖结构之间并且在基底结构与盖结构之间延伸，其中延伸结构从基底结构接收供应电流并且将供应电流传递到盖结构。延伸解耦包括电流收缩区域，电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处的流过电流收缩区域的供应电流的限定的磁场。
磁电流传感器可以被布置在连接器体积内，其中磁电流传感器被配置为基于由流过电流收缩区域的供应电流生成的磁场生成传感器信号。
在备选方案中，基底结构可以被耦合到器件，并且盖结构可以被耦合到电源的至少一个初级导体的供应节点。
尽管已经公开了各种实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，以实现本文公开的概念的一些优点。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑改变。应该提到的是，即使在那些没有明确提及的特征中，参考特定图解释的特征可以与其它图的特征组合。对一般发明概念的这种修改旨在由所附权利要求及其法律等效物覆盖。
此外，以下权利要求由此被并入详细描述中，其中每个权利要求可以独立作为单独的示例实施例。尽管每个权利要求可以独立作为单独的示例实施例，但是应当注意的是——尽管从属权利要求可以在权利要求中指代与一个或多个其它权利要求的特定组合——其它示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属或独立权利要求的主题的组合。除非声明不旨在进行特定的组合，否则本文建议这种组合。此外，即使该权利要求不直接地依赖于独立权利要求，它也旨在包括任何其它独立权利要求的权利要求的特征。
进一步需要注意的是，说明书中或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的相应的动作中的每个动作的装置的器件来实现。例如，本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合被实现，包括计算机系统、集成电路和在非暂态计算机可读记录介质上的计算机程序。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内被实现，包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC或任何其它等效的集成逻辑电路装置或分立逻辑电路装置，以及这种部件的任何组合。
另外，应当理解，在说明书中或权利要求中公开的多个动作或功能的公开可能不被解释为在特定顺序内。因此，除非由于技术原因这种动作或功能不可互换，否则多个动作或功能的公开不将这些限制为特定顺序。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以被分解为多个子动作。除非明确地排除，否则这种子动作可以被包括在该单个动作的公开内并且是该单个动作的公开的一部分。
Claims (29)
1.一种功率连接器，被配置为传导功率器件的电流并且将所述电流传递到负载，所述功率连接器包括：
导电框架，包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构；
其中所述基底结构被耦合到所述功率器件的至少一个初级导体的输出节点，其中所述基底结构被配置为从所述至少一个初级导体接收所述电流，
其中所述盖结构相对于所述基底结构被布置，其中所述盖结构被配置为将所述功率连接器机械地耦合到所述负载，并且其中所述盖结构被配置为从所述基底结构接收所述电流并且将来自所述功率连接器的所述电流输出到所述负载，
其中所述延伸结构被耦合到所述基底结构与所述盖结构之间并且在所述基底结构与所述盖结构之间纵向延伸，其中所述延伸结构从所述基底结构接收所述电流并且将所述电流传递到所述盖结构，
其中所述基底结构和所述盖结构从所述延伸结构横向延伸，以便所述盖结构在所述基底结构之上延伸，使得所述连接器体积至少部分地由在所述盖结构与所述基底结构之间纵向延伸的空间限定，
其中所述延伸结构包括电流收缩区域，该电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处引起流过所述电流收缩区域的所述电流的限定的磁场；并且
所述磁电流传感器被配置为基于由流过所述电流收缩区域的所述电流产生的所述限定的磁场生成传感器信号。
2.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述磁电流传感器包括：
差分传感器元件对，相对于所述电流收缩区域差分地布置，以及
传感器电路，所述传感器电路被配置为：基于由流过所述电流收缩区域的所述电流生成的所述限定的磁场来生成差分传感器信号作为所述传感器信号。
3.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的S形弯曲结构，其中所述S形弯曲结构包括收缩段，所述收缩段被配置为增加流过所述S形弯曲结构的所述电流的所述电流密度，以在所述磁电流传感器的所述位置处引起所述限定的磁场。
4.根据权利要求3所述的功率连接器，其中所述磁电流传感器包括：
差分传感器元件对，相对于所述S形弯曲结构的所述收缩段被差分地布置，以及
传感器电路，被配置为基于由流过所述电流收缩区域的所述电流产生的所述限定的磁场来生成差分传感器信号作为所述传感器信号。
5.根据权利要求3所述的功率连接器，其中：
所述S形弯曲结构包括第一切口和第二切口，第一切口从所述延伸结构的第一横向侧横向地向内延伸，第二切口从所述延伸结构的第二横向侧横向地向内延伸，所述第一切口和所述第二切口在所述收缩段的相对侧上被差分地分离以形成所述S形弯曲结构。
6.根据权利要求3所述的功率连接器，其中所述收缩段是所述S形弯曲结构的中间段，所述S形弯曲结构的中间段将所述S形弯曲结构的基底段连接到所述基底结构，并且将所述S形弯曲结构的顶部段连接到所述盖结构。
7.根据权利要求5所述的功率连接器，其中所述收缩段在所述延伸结构的所述第一横向侧与所述第二横向侧之间水平地延伸。
8.根据权利要求5所述的功率连接器，其中所述磁电流传感器包括：
差分传感器元件对，相对于所述S形弯曲结构的所述收缩段被差分地布置，以及
传感器电路，被配置为基于由流过所述电流收缩区域的所述电流产生的所述限定的磁场来生成差分传感器信号作为所述传感器信号，
其中所述差分传感器元件对包括与所述第一切口对准的第一传感器元件和与所述第二切口对准的第二传感器元件，使得所述第一传感器元件和所述第二传感器元件跨越所述收缩段。
9.根据权利要求1所述的功率连接器，还包括：
填充材料，其填充所述连接器体积的至少一部分，其中所述填充材料至少部分地包封所述磁电流传感器，并且将所述磁电流传感器束缚在所述连接器体积内。
10.根据权利要求9所述的功率连接器，其中所述填充材料是具有绝缘属性的非导电材料。
11.根据权利要求9所述的功率连接器，其中所述填充材料从所述基底结构延伸到所述盖结构以提供机械稳定性。
12.根据权利要求9所述的功率连接器，其中所述填充材料被插入在所述磁电流传感器与所述延伸结构之间，以相对于所述延伸结构固定所述磁电流传感器的所述位置，并且使所述磁电流传感器与所述延伸结构绝缘。
13.根据权利要求5所述的功率连接器，还包括：
填充材料，其填充所述连接器体积的至少一部分、所述第一切口的体积、和所述第二切口的体积，其中所述填充材料将所述磁电流传感器至少部分地包封在所述连接器体积内。
14.根据权利要求2所述的功率连接器，其中所述差分传感器元件对包括第一传感器元件和第二传感器元件，所述第一传感器元件和所述第二传感器元件在与流过所述电流收缩区域的所述电流的电流流动正交的方向上彼此对准。
15.根据权利要求1所述的功率连接器，还包括：
隔离层，被设置在所述磁电流传感器与所述电流收缩区域之间。
16.根据权利要求1所述的功率连接器，还包括：
第一多个锚结构，从所述基底结构部分地朝向所述连接器体积内的所述盖结构延伸；以及
第二多个锚结构，从所述盖结构部分地朝向所述连接器体积内的所述基底结构延伸，
其中所述第一多个锚结构中的至少一部分与所述第二多个锚结构中的至少一部分限定所述连接器体积内的插槽，所述磁电流传感器被插入到所述插槽中。
17.根据权利要求16所述的功率连接器，还包括：
电路基板，被耦合到所述磁电流传感器，所述电路基板被配置为将所述传感器信号输出到外部设备，
其中所述电路基板中的一部分被布置在所述插槽内。
18.根据权利要求1所述的功率连接器，还包括：
接口结构，在相对于所述延伸结构的延伸的相对方向上从所述基底结构延伸，其中所述接口结构被配置为机械地并且电气地耦合到所述功率器件的至少一个初级导体。
19.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述导电框架是由所述基底结构、所述延伸结构和所述盖结构形成的一体式整体构件。
20.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的C形结构。
21.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的I形结构。
22.根据权利要求1所述的功率连接器，其中所述磁电流传感器被布置在所述连接器体积内。
23.根据权利要求1所述的功率连接器，其中：
所述磁电流传感器被布置在所述连接器体积外部，
其中所述磁电流传感器被附接到所述连接器体积，所述磁电流传感器被附接到所述连接器体积外部，或者所述磁电流传感器突出超过所述连接器体积。
24.根据权利要求1所述的功率连接器，还包括：
填充材料，其填充所述连接器体积中的至少一部分。
25.根据权利要求24所述的功率连接器，还包括：
第一多个锚结构，从所述基底结构部分地朝向所述连接器体积内的所述盖结构延伸；以及
第二多个锚结构，从所述盖结构部分地朝向所述连接器体积内的所述基底结构延伸，
其中所述填充材料与所述第一多个锚结构和所述第二多个锚结构互锁。
26.一种功率器件的输出级，所述输出级包括：
功率电路，被配置为生成电流；
至少一个初级导体，被耦合到所述功率电路的输出，其中所述至少一个初级导体包括输出节点，并且所述至少一个初级导体被配置为将来自所述功率电路的所述电流传导到所述输出节点；以及
功率连接器，被耦合到所述输出节点，并且被配置为将来自所述至少一个初级导体的所述电流传输到负载，其中所述功率连接器包括：
导电框架，包括限定连接器体积的基底结构、延伸结构和盖结构；
其中所述基底结构被耦合到所述功率器件的至少一个初级导体的输出节点，其中所述基底结构被配置为从所述至少一个初级导体接收所述电流，
其中所述盖结构相对于所述基底结构被布置，其中所述盖结构被配置为将所述功率连接器机械地耦合到所述负载，并且其中所述盖结构被配置为从所述基底结构接收所述电流，并且将来自所述功率连接器的所述电流输出到所述负载，
其中所述延伸结构被耦合到所述基底结构与所述盖结构之间，并且在所述基底结构与所述盖结构之间纵向延伸，其中所述延伸结构从所述基底结构接收所述电流并且将所述电流传递到所述盖结构，
其中所述基底结构和所述盖结构从所述延伸结构横向延伸，以便所述盖结构在所述基底结构之上延伸，使得所述连接器体积至少部分地由在所述盖结构与所述基底结构之间纵向延伸的空间限定，
其中所述延伸结构包括电流收缩区域，所述电流收缩区域被配置为在磁电流传感器的位置处引起流过所述电流收缩区域的所述电流的限定的磁场；以及
所述磁电流传感器，被配置为基于由流过所述电流收缩区域的所述电流产生的所述限定的磁场生成传感器信号。
27.根据权利要求26所述的功率器件的所述输出级，其中所述磁电流传感器包括：
差分传感器元件对，相对于所述电流收缩区域被差分地布置，以及
传感器电路，被配置为基于由流过所述电流收缩区域的所述电流产生的所述限定的磁场生成差分传感器信号作为所述传感器信号。
28.根据权利要求26所述的功率器件的所述输出级，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的S形弯曲结构，其中所述S形弯曲结构包括收缩段，所述收缩段被配置为增加流过所述S形弯曲结构的所述电流的所述电流密度，以在所述磁电流传感器的所述位置处引起所述限定的磁场。
29.根据权利要求26所述的功率器件的所述输出级，还包括：
填充材料，其填充所述连接器体积中的至少一部分。
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