CN114424070A

CN114424070A - 差分信号电流传感器

Info

Publication number: CN114424070A
Application number: CN201980100625.6A
Authority: CN
Inventors: 赵建飞
Original assignee: Suzhou Littelfuse OVS Ltd
Current assignee: Suzhou Littelfuse OVS Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2022-04-29
Also published as: EP4031883A4; WO2021051400A1; JP2022548498A; EP4031883A1; US20220381805A1

Abstract

一种差分信号电流传感器装置(100)可以包括用于在电流方向上传导电流的导体(102)。导体(102)可以包括：第一槽(102A)，从第一外周边缘(122)朝向沿着导体(102)的长度延伸的中心轴延伸；和第二槽(120B)，从第二外周边缘(124)朝向中心轴延伸。电流传感器装置(100)还可以包括被定位在第一槽(120A)内的第一电流传感器(130)和被定位在第二槽(120B)内的第二电流传感器(132)。

Description

差分信号电流传感器

技术领域

本公开主要涉及集成式电流传感器结构领域。更具体地，本公开的实施例涉及差分信号电流传感器。

背景技术

电流传感器是一种检测导线中的电流(AC或DC)并产生与电流成比例的信号的装置。所产生的信号可以是模拟电压或电流甚至是数字输出。一种用于检测和测量导电线中的电流的方法使用基于霍尔效应的霍尔传感器。霍尔效应是跨导电材料(诸如导线)产生电压差(霍尔电压)，所述电压差横向于材料中的电流并且横向于垂直于电流的外加磁场。电压差可以进行测量，并且如果外加磁场是已知的，则可以推导出导电材料中的电流。这样的电流传感器可以被称为磁电流传感器。

通常期望排除或减轻来自磁电流传感器的杂散磁场。由于推导出的电流取决于施加到磁传感器的局部磁场，所以任何未知或不期望的磁场都可能导致不正确的测量结果。还期望对于宽频率范围测量直流和交流电流时提供一致和精确的电流测量结果。

因此，需要一种电流传感器结构，其在具有杂散磁场的环境中以及对于具有宽频率范围的电流提供一致和精确的电流测量结果。

发明内容

在一种方法中，一种电流传感器装置可以是用于在电流方向上传导电流的导体，所述导体包括：从第一外周边缘朝向沿着导体长度延伸的中心轴延伸的第一槽；和从第二外周边缘朝向中心轴延伸的第二槽。电流传感器装置还可以包括被定位在第一槽内的第一电流传感器和被定位在第二槽内的第二电流传感器。

在另一种方法中，一种差分信号电流传感器装置可以包括用于在电流方向上传导电流的导体，所述导体包括：从第一外周边缘朝向沿着导体的长度延伸的中心轴延伸的第一槽；和从第二外周边缘朝向中心轴延伸的第二槽。第一槽和第二槽沿着导体的长度彼此偏移。差分信号电流传感器装置还可以包括被定位在第一槽内的第一电流传感器和被定位在第二槽内的第二电流传感器。

在又一种方法中，一种差分信号电流传感器装置可以包括用于在电流方向上传导电流的导体，所述导体包括：从第一外周边缘朝向沿着导体的长度延伸的中心轴延伸的第一槽；和从第二外周边缘朝向中心轴延伸的第二槽。第一槽和第二槽沿着导体的长度彼此偏移。差分信号电流传感器装置还可以包括被定位在第一槽内的第一电流传感器和被定位在第二槽内的第二电流传感器，其中第一电流传感器和第二电流传感器测量由电流流过导体所产生的垂直磁通量，其中第一槽处的垂直磁通量被定向在第一方向上，并且其中第二槽处的垂直磁通量被定向在与第一方向相反的第二方向上。

附图说明

附图示出了目前针对其原理的实际应用而设计的所公开的实施例的示例性方法，并且在附图中：

图1描绘了根据本公开的实施例的电流传感器装置的俯视图；

图2是根据本公开实施例的图1的电流传感器装置的导体的透视图；

图3是根据本公开的实施例的示出磁通线的图2的汇流条(busbar)的侧视图；

图4是根据本公开实施例的图1的电流传感器装置的电路图；并且

图5是根据本公开实施例的包括壳体的电流传感器装置；

附图不一定按比例绘制。附图仅仅是表示，并不旨在描绘本公开的具体参数。附图旨在描绘本公开的示例性实施例，并因此不应当被认为是对范围的限制。在附图中，相同的编号代表相同的元件。

此外，为了说明清楚，一些附图中的某些元件可能被省略或者未按比例示出。为了说明清楚，截面图可以是以“切片”或“近视”截面图的形式，省略了以其他方式在“真实”截面图中可见的某些背景线。此外，为了清楚起见，某些附图中可能省略了一些附图标记。

具体实施方式

现在将在下文参照附图更充分地描述根据本公开的电流传感器装置，在附图中示出了所述方法的实施例。装置可以体现在许多不同的形式，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将是全面和完整的，并且将系统和方法的范围充分传达给本领域技术人员。

转向图1-2，将描述根据本公开的实施例的差分信号电流传感器装置(下文称为“装置”)100。如图所示，装置100可以包括用于在电流方向上传导电流(I)的导体102，如穿过导体102的一系列虚线箭头所示。如图所示，导体102可以是汇流条，包括与第二端106相对的第一端104、与第二侧110相对的第一侧108以及与第二主侧114相对的第一主侧112。导体102在第一端104与第二端106之间(例如，沿x方向)延伸的长度可以大于导体102在第一侧108与第二侧110之间(例如，沿y方向)延伸的宽度。此外，导体102的长度和宽度可以大于其厚度，其中厚度在第一主侧112与第二主侧114之间(例如，沿z方向)延伸。尽管是非限制性的，但是导体102可以具有多个导体表面，并且可以是具有不同电隔离材料层(例如导电材料)的层压结构。

如进一步所示，导体102可以包括一个或多个凹口或槽。在一些实施例中，导体102具有第一槽120A，其从第一外周边缘122并朝向沿着导体102的长度延伸的中心轴(CA)延伸。导体102还包括第二槽120B，其从第二外周边缘124朝向中心轴延伸。如图所示，第一外周边缘122和第二外周边缘124分别对应于导体102的第一侧108和第二侧。第一槽120A和第二槽120B可以延伸穿过导体102的厚度，例如在第一主侧112与第二主侧114之间。尽管是非限制性的，但是第一槽120A和第二槽120B可以具有大致为矩形的形状或轮廓。

如图所示，第一槽120A和第二槽120B可以沿着中心轴相对于彼此偏移。换言之，第一槽120A和第二槽120B可以彼此平行延伸，由导体102的中心部分133分隔开。中心部分133可以确保当施加电流I时，导体102在第一槽120A和/或第二槽120B的区域中不会过热。

如进一步所示，装置100可以包括被定位在第一槽120A内的第一电流传感器130和被定位在第二槽120B内的第二电流传感器132。第一电流传感器130和第二电流传感器132通常不与导体102的表面直接接触。在一些实施例中，第一电流传感器130和第二电流传感器132可以是能够模制在封装中并设置在印刷电路板136或其他布线衬底上的集成电路。集成电路可以使用集成电路封装上的引线或引脚142(图2)电连接到印刷电路板136上的导线、引线框、焊料凸点和其他电导体中的任何一个或任何组合。如图所示，导体102可以被定位在印刷电路板136上方和/或耦合到印刷电路板136。在其他实施例中，导体102是独立式的，并且不需要单独的支撑(诸如印刷电路板136)。

印刷电路板136可以仅包括感测电流的集成电路，或者可以包括提供控制或信号处理能力的其他集成电路。在一些实施例中，使用垂直霍尔传感器。在其他实施例中，使用双轴或三轴磁场传感器(采用霍尔效应、AMR、GMR或任何其他合适的感测技术)。代替霍尔传感器，也可以使用替代的磁传感器技术，诸如，例如感测平面内磁场的巨磁阻传感器(GMR)、隧道磁阻传感器(TMR)、各向异性磁阻传感器(AMR)、磁通门或罗戈夫斯基(Rogowski)线圈。

在一些实施例中，第一电流传感器130和第二电流传感器132可以集成到单个芯片、单个集成电路或单个封装内。第一电流传感器130和第二电流传感器132中的每个可以偏移中心轴一段距离。例如，第一电流传感器130设置在第一外周边缘122与中心轴之间，并且第二电流传感器132设置在第二外周边缘124与中心轴之间。此外，如上文所讨论的，第一电流传感器130和第二电流传感器132可以由导体102的中心部分133沿着中心轴彼此偏移。作为结果，第一电流传感器130和第二电流传感器132关于导体102被设置为测量垂直磁通量。

虽然偏移，但是第一电流传感器130和第二电流传感器132彼此相对地设置在导体102的相对侧。在这样的布置下，装置100可以以差分方式操作，使得可以减去来自第一电流传感器130和第二电流传感器132的信号以抵消外部磁场，从而提高装置的信噪比。这种实施例可以减少对屏蔽的需求。

如图3所示，第一电流传感器130和第二电流传感器132测量由电流流过导体102所产生的垂直磁通量140，其中第一槽120A处的垂直磁通量140定向在第一方向(例如，沿z方向从上到下)，并且其中第二槽120B处的垂直磁通量140定向在与第一方向相反的第二方向(例如，沿z方向从下到上)。换言之，第一槽120A处的垂直磁通量140在流经导体102时从第一主侧112朝向第二主侧114行进，并且第二槽120B处的垂直磁通量140在流经导体102时从第二主侧114朝向第一主侧112行进。将理解，在替选实施例中，这些方向可以反转。

图4展示了根据本公开的实施例的装置100的电路图。在一个非限制性实施例中，第一电流传感器130和第二电流传感器132输出相应的电压(VOUT1和VOUT2)，该电压由运算放大器144接收。如图所示，第一电流传感器130和第二电流传感器132可以是霍尔传感器。运算放大器144产生输出信号145(VOUT)，该信号是施加到其两个单独输入端(+，-)的信号之间的差值。该差分输出信号145有益地抵抗外部杂散场。

现在转向图5，示出了包括部分地包含或包封导体102的壳体150的装置100的非限制性示例。在一些实施例中，壳体150可以包括用于接收导体102的开口152。例如，壳体150可以沿着导体102的第一主侧112和第二主侧114延伸，其中导体102的第一端104和第二端106延伸到壳体150的外面。在一些实施例中，壳体150(可以是尼龙)可以沿着其底面155耦合到印刷电路板(未示出)。如进一步所示，装置100还可以包括热固性材料157，以封装壳体150所包含的印刷电路板组件、第一电流传感器130和第二电流传感器132(未示出)。

总而言之，本文的实施例提供了一种具有高精度、免受温度升高的保护以及抗外部杂散场干扰的新颖装置。此外，本公开的装置不需要例如集成磁集中器(IMC)作为抵抗外部杂散场的屏蔽。另外，本装置不需要围绕磁通量的额外屏蔽，这减少了部件并因此降低了成本。

如本文所使用的，以单数形式叙述并以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确叙述这样的排除。此外，对本公开的“一个实施例”的参考不旨在被解释为排除存在同样结合所叙述的特征的附加实施例。

本文中的“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”及其变型的用途意味着涵盖其后所列出的项目及其等同物以及附加的项目。因此，术语“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”及其变型是开放式表述，并且可以在本文中互换使用。

短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表述，并且起着连接词和反义连接词两者的作用。例如，表述“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”意味着单独的A，单独的B，单独的C，A和B一起，A和C一起，B和C一起，或者A、B和C一起。

所有方向性参考(例如，近端、远端、上层、下层、向上、向下、左侧、右侧、横向、纵向、前面、后面、顶部、底部、上面、下面、垂直、水平、径向、轴向、顺时针和逆时针)仅用于识别目的以协助读者对本公开的理解。方向性参考不造成限制，特别是对于位置、方向或本公开的用途。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接、耦合、连接和接合)应当被广义地解释，并且可包括元件集合之间的中间构件和元件之间的相对运动。像这样，连接参考未必推断出两个元件直接连接并且彼此成固定关系。

此外，识别参考(例如，主要、次要、第一、第二、第三、第四等)并非旨在暗示重要性或优先级，而是用于区分一个特征与另一个特征。附图是出于说明的目的，并且附属于本文的制图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。

此外，术语“大致(substantial)”或“大约(approximately)”以及术语“近似(approximate)”或“大约(approximately)”可以在一些实施例中互换使用，并且可以使用本领域普通技术人员可接受的任何相对度量来描述。例如，这些术语可以用作与参考参数的比较，以指示能够提供预期功能的偏差。虽然是非限制性的，但是与参考参数的偏差可以是例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等的数量。

尽管本文已经描述了本公开的某些实施例，但是本公开不限于此，这是因为本公开的范围与本领域将允许的范围同样广泛，并且可以类似地阅读本说明书。因此，上文的描述不应被解释为限制性的。相反，上文的描述仅仅是作为具体实施例的范例。本领域技术人员将预见所附权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims

1.一种电流传感器装置，包括：

导体，其用于在电流方向上传导电流，所述导体包括：

第一槽，其从第一外周边缘朝向中心轴延伸，所述中心轴沿着所述导体的长度延伸；和

第二槽，其从第二外周边缘朝向所述中心轴延伸；和

被定位在所述第一槽内的第一电流传感器和被定位在所述第二槽内的第二电流传感器。

2.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述第一槽和所述第二槽沿着所述导体的长度相对于彼此偏移。

3.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述导体是汇流条。

4.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述导体的长度大于所述导体的宽度和厚度。

5.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器是集成电路。

6.根据权利要求1所述的电流传感器装置，还包括印刷电路板，其中所述导体被定位在所述印刷电路板上方。

7.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器关于所述导体被设置为测量垂直磁通量，其中，所述第一槽处的垂直磁通量被定向在第一方向上，并且其中所述第二槽处的垂直磁通量被定向在与所述第一方向相反的第二方向上。

8.根据权利要求1所述的电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器不与所述导体直接接触。

9.一种差分信号电流传感器装置，包括：

导体，其用于在电流方向上传导电流，所述导体包括：

第二槽，其从第二外周边缘朝向所述中心轴延伸，其中所述第一槽和所述第二槽沿着导体的长度彼此偏移；和

10.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述第一槽和所述第二槽彼此垂直延伸。

11.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述导体是汇流条。

12.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述导体的长度大于宽度和厚度。

13.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器是集成电路。

14.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，还包括印刷电路板，其中所述导体被定位在所述印刷电路板上方。

15.根据权利要求9所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器关于所述导体被设置为测量垂直磁通量，其中，所述第一槽处的垂直磁通量被定向在第一方向上，并且其中所述第二槽处的垂直磁通量被定向在与所述第一方向相反的第二方向上。

16.一种差分信号电流传感器装置，包括：

导体，其用于在电流方向上传导电流，所述导体包括：

被定位在所述第一槽内的第一电流传感器和被定位在所述第二槽内的第二电流传感器，其中所述第一电流传感器和所述第二电流传感器测量由所述电流流过所述导体所产生的垂直磁通量，其中所述第一槽处的垂直磁通量被定向在第一方向上，并且其中所述第二槽处的垂直磁通量被定向在与所述第一方向相反的第二方向上。

17.根据权利要求16所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述第一槽和所述第二槽彼此平行延伸，其中，所述第一电流传感器被设置在所述第一外周边缘与所述中心轴之间，并且其中所述第二电流传感器被设置在所述第二外周边缘与所述中心轴之间。

18.根据权利要求16所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述导体是汇流条，并且其中所述汇流条的长度大于所述汇流条的宽度和厚度。

19.根据权利要求16所述的差分信号电流传感器装置，其中，所述第一电流传感器和所述第二电流传感器是霍尔效应传感器。

20.根据权利要求16所述的差分信号电流传感器装置，还包括印刷电路板，其中所述导体被定位在所述印刷电路板上方。