CN115882265A - 到高电流连接器设备中的磁电流传感器集成 - Google Patents

到高电流连接器设备中的磁电流传感器集成 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例涉及到高电流连接器设备中的磁电流传感器集成。提供了一种电力连接器，该电力连接器被配置为传导电流。电力连接器包括针对电流限定电流路径的基部结构、延伸结构和连接器头结构。基部结构被耦合到主导体的输出节点并从主导体接收电流。连接器头结构被配置为将电流从电力连接器输出到负载。延伸结构被耦合到基部结构和连接器头结构并且在基部结构和连接器头结构之间延伸。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增加由流过电流收缩区域的电流产生的磁场的磁通密度，该磁电流传感器基于由流过电流收缩区域的电流产生的磁场来生成传感器信号。

Description

到高电流连接器设备中的磁电流传感器集成
技术领域
本公开的实施例涉及到高电流连接器设备中的磁电流传感器集成。
背景技术
对于高电流应用和/或在承载测试电流的导体和电流传感器输出之间需要电流隔离的应用，使用磁电流传感器。例如，磁电流传感器可以用于确定由逆变器电力模块传递到电动机的相电流，或确定由配电系统、电子熔丝、电池监测系统、电池断接开关等提供的其他负载电流。
这些设备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实现利用铁芯(场集中器)，该铁芯在某种程度上被缠绕在承载测试电流的导体周围。在Br＝μ0*μr*Itest之后，场集中器中的通量密度与测试电流成比例。因此，铁芯的相对磁导率μr执行对通量密度的放大。线性场探头(例如，线性霍尔传感器)测量由测试电流产生的通量，并且因此提供表示测试电流的被电流隔离的输出信号。基于芯的传感器的其他实现经由补偿绕组补偿由测试电流产生的通量密度。在这种情况下，需要场探头将所得到的通量密度控制为恒定值(例如，零)，同时补偿电流与测试电流成比例。
然而，使用基于芯的磁传感器具有许多缺点，包括成本、复杂的组装策略、电力耗散的低效率、由场集中器的磁滞效应和非线性引起的不准确性、以及饱和效应、过载能力(剩磁)、重量和尺寸。例如，为了组装，电力模块的每个电流轨需要被路由通过与每个磁传感器相关联的场集中器。这增加了电力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操作。与基于芯的实现不同，这些传感器直接测量由测试电流产生的通量密度。通过避免铁芯，可以省略上面列出的关于基于芯的磁传感器的缺点。然而，敏感元件处的可用通量密度显著降低。因此，敏感元件需要尽可能靠近导体放置。由于电流传感器通常在电磁干扰(EMI)污染的环境(电力电子设备)中操作，实现提供针对由相邻元件(半导体，电容器，电感器，导体)产生的失真场的固有杂散场抗扰性的差动感测概念是非常有益的。
然而，差动感测是无芯电流传感器设计中的关键瓶颈，并且不同的电力应用可能对实现差动感测施加不同的设计约束。将测试电流路由经过差动场传感器也成为问题，因为在不增加设备大小的情况下难以实现。结果，为了适应不同的设计和感测原理，制造成本增加。换言之，没有通用差动感测解决方案。
因此，需要提供无芯差动电流感测的改进设备。
发明内容
一个或多个实施例提供了一种电力连接器，该电力连接器被配置为传导电力设备的电流并且将该电流传递到负载。电力连接器包括导电框架，该导电框架包括基部结构、延伸结构和连接器头结构，基部结构、延伸结构和连接器头结构针对该电流限定电流路径，其中基部结构被耦合到电力设备的至少一个主导体的输出节点，其中基部结构被配置为从至少一个主导体接收电流，其中连接器头结构相对于基部结构而被布置，其中帽结构被配置为将电力连接器机械地耦合到负载的电接口，并且其中连接器头结构被配置为从基部结构接收电流并且将电流从电力连接器输出到负载的电接口。其中延伸结构被耦合到基部结构和连接器头结构并且在基部结构与连接器头结构之间延伸，其中延伸结构从基部结构接收电流并且将该电流传递到连接器头结构，其中延伸结构包括电流收缩区域，电流收缩区域被配置为相对于由流过延伸结构的非电流收缩区域的电流产生的磁场的磁通密度增加由流过电流收缩区域的电流产生的磁场的磁通密度；以及磁电流传感器，被布置在相对于电流收缩区域的位置处，以接收由流过电流收缩区域的电流产生的具有增加的磁通密度的磁场，其中磁电流传感器被配置为基于所接收的磁场生成传感器信号。
一个或多个实施例提供了一种电力连接器，该电力连接器被配置为传导电力设备的电流并且将该电流传递到负载。电力连接器包括导电框架，该导电框架包括基部结构、延伸结构和连接器头结构，基部结构、延伸结构和连接器头结构针对该电流限定电流路径，其中基部结构被耦合到电力设备的至少一个主导体的输出节点，其中基部结构被配置为从至少一个主导体接收电流，其中连接器头结构相对于基部结构而被布置，其中帽结构被配置为将电力连接器机械地耦合到负载的电接口，并且其中连接器头结构被配置为从基部结构接收电流并且将电流从电力连接器输出到负载的电接口。其中延伸结构被耦合到基部结构和连接器头结构并且在基部结构与连接器头结构之间在第一方向上延伸，其中延伸结构从基部结构接收电流并且将电流传递到连接器头结构，其中延伸结构包括通孔，该通孔在与第一方向正交的第二方向上延伸通过延伸结构，使得电流围绕通孔流动通过两个平行的电流收缩区域；以及磁电流传感器，被布置在通孔中，其中磁电流传感器被配置为：接收由流过两个平行的电流收缩区域的电流产生的两个磁场，并且基于所接收的两个磁场生成传感器信号。
一个或多个实施例提供了电力设备的输出级。输出级包括：电力电路，被配置为生成电流；至少一个主导体，被耦合到电力电路的输出，其中至少一个主导体包括输出节点，并且至少一个主导体被配置为将电流从电力电路传导到输出节点；以及电力连接器，被耦合到输出节点并且被配置为将电流从至少一个主导体传输到负载。
附图说明
本文参考附图描述实施例。
图1A至图1C是图示了根据一个或多个实施例的电力输出设备的输出级的示意性框图；
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动磁传感器的示意性框图；
图3A至图3D示出了根据一个或多个实施例的输出连接器的不同立体图。
图3E和图3F示出了根据一个或多个实施例的输出连接器的延伸板的备选配置。
图4A至图4D示出了根据一个或多个实施例的另一输出连接器的不同立体图；
图4E图示了由流过图4A至图4D所示的输出连接器的延伸板的电流生成的差动磁感测原理；
图5图示了根据一个或多个实施例的输出连接器的延伸板的备选配置；以及
图6是图示了根据一个或多个实施例的逆变器级的供电线的示意性框图。
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全面说明。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他情况下，以框图形式或以示意图而不是详细地示出了已知的结构和设备，以避免使实施例模糊。此外，在下文中所描述的不同实施例的特征可以被彼此组合，除非另外特别指出。
此外，等同或类似的元件或具有等同或类似功能性的元件在以下描述中利用等同或类似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能上等同的元件被给予相同的附图标记，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，针对具有相同或类似附图标记的元件所提供的描述是可相互交换的。
在这方面，方向术语(诸如“顶”、“底”、“下面”、“上面”、“正面”、“后面”、“背面”、“居前”、“居后”等)可以参照所描述的附图的取向来使用。因为实施例的部件可以被定位在多个不同的方向上，定向术语用于说明的目的。应理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的详细说明不是限制性的。在权利要求中使用的方向术语可以帮助限定一个元件相对于另一元件或特征的空间或位置关系，而不限于特定的取向。
应理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以被直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他用语应以类似的方式进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
在本文所描述或在附图中示出的实施例中，任何直接电连接或耦合(即，没有附加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，与一个或多个附加中间元件的连接或耦合)来实现，反之亦然，只要基本上保持连接或耦合的通用目的，例如以发送某种信号或以发送某种信息。来自不同实施例的特征可以被组合以形成另外的实施例。例如，关于实施例中的一个实施例所描述的变化或修改也可以适用于其他实施例，除非有相反的说明。
术语“基本上”和“近似”在本文中可以用于解释工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％内)，而不脱离本文所描述的实施例的方面。例如，具有近似电阻值的电阻器实际上可以具有在该近似电阻值的5％内的电阻。
在本公开中，包括序数的表述(诸如“第一”、“第二”、和/或类似)可以修改各种元件。然而，这些元件不受以上表述的限制。例如，以上表述不限制元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将元件与其他元件进行区分的目的。例如，第一框和第二框指示不同的框，尽管两者都是框。又例如，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，以执行任何组件的功能或其组合。任何组件可以被实现为中央处理单元(CPU)或从诸如硬盘或半导体存储器设备的记录介质读取并执行软件程序的其他处理器。例如，指令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)、或其他等效集成或分立逻辑电路系统)执行。
因此，如本文所使用的术语“处理器”是指前述结构中的任何结构或适合于实现本文所描述的技术的任何其他结构。包括硬件的控制器还可以执行本公开的技术中的一个或多个。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，这些功能可以进一步包括校正功能。这种硬件、软件和固件可以在同一设备内或在分开的设备内实现以支持本公开中所描述的各种技术。
信号处理电路和/或信号调节电路可以以原始测量数据的形式从一个或多个组件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进一步的信息。如本文所使用的，信号调节是指以信号满足下一阶段的要求以便进一步处理的方式来操纵模拟信号。信号调节可以包括从模拟转换到数字(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离和使信号适合于调节之后的处理所需的任何其他过程。
本文所描述的实施例还涉及差动磁场传感器(即，差动传感器模块)，差动磁场传感器中的每个差动磁场传感器包括一对传感器元件，该对传感器元件被配置为生成传感器信号，该传感器信号将被组合以生成差动传感器信号，这将在下面描述。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灵敏度平面，该灵敏度平面在本文中可以被称为“灵敏度轴”或“感测轴”，并且每个感测轴具有参考方向。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在感测轴的方向上对准的磁场强度而改变。
形成差动对的传感器元件具有相同的感测轴(即，它们对相同的磁场分量敏感)，但是它们的参考方向被布置为彼此反平行。因此，一个传感器元件可以对+B磁场分量敏感，而另一传感器元件可以对－B磁场分量敏感。这样，当差动传感器信号由传感器电路生成时，可以抵消均匀和非均匀的外部杂散磁场。
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，本文所描述的差动磁场传感器被实现为电流传感器，该电流传感器测量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生成传感器信号(例如，电压信号)。因此，传感器信号表示撞击在传感器元件上的磁场的大小(即，与之成比例)。
例如，如果磁场传感器被耦合到由流过某主导体的某待测电流生成的磁场，则该磁场传感器可以用作电流传感器。例如，非接触式电流测量可以通过以下来实现：使用磁场传感器来感测由通过主导体的电流(还被称为主电流或测试电流)引起的磁场。由主电流引起的磁场取决于主电流的大小。例如，对于承载主电流iP的长直导线，在离导线距离d处产生的磁场H的大小与主电流iP成比例。根据毕奥-萨伐尔(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为使得差动传感器信号在传感器模块内被计算，并且差动测量信号被生成为输出信号。此外，应理解，术语“传感器信号”、“测量信号”和“测量值”在整个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(例如，塑封封装，诸如有引线封装或无引线封装，或表面安装器件(SMD)封装)中和/或在相同的电路基板上，诸如印刷电路板(PCB)。传感器元件和传感器电路一起可以被称为磁场传感器、传感器模块或传感器设备。
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，差动测量信号)。
如本文所使用的，信号调节指的是以信号满足下一阶段的要求以便进一步处理的方式来操纵模拟信号。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使传感器输出适于调节后的处理所需的任何其他过程。
传感器电路可以包括将来自传感器元件的模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)。备选地，传感器电路可以在将其转换到数字域之前在模拟域中生成差动测量信号。传感器电路还可以包括对数字信号执行某些处理的数字信号处理器(DSP)。因此，传感器包括经由信号处理和/或调节来调节和放大磁场传感器元件的小信号并执行附加处理以生成差动测量信号的电路。
更具体地，实施例涉及向负载分配电力的电力输出设备与被实现为用于测量负载电流的电流传感器的差动磁传感器的组合。电力输出设备的示例包括电力模块、电力逆变器、电力分配系统、电子熔丝、电池监测系统、电池断接开关等。例如，电力模块可以包括单个电力逆变器或n个电力逆变器，因此分别具有一个相或n个相。电力模块可以是具有信号逆变器的高电流电力模块，该信号逆变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，电力模块可以是以下高电流电力模块：包括用于驱动电动机的三相中的每一相的三个电流输出(即，n＝3)。例如，电力模块可以用于驱动电车的主电动机。因此，可以提供一个或多个电流传感器以例如测量电力模块的每个电流输出。
实施例还涉及一种高电力设备，该高电力设备通过将磁传感器布置在连接器内(例如，在连接器的容积内)而被耦合到磁传感器。
图1A和图1B是图示了根据一个或多个实施例的电力输出设备的输出级100A的示意性框图。具体地，输出级100A是电力逆变器1(单相，n＝1)的输出级。输出级100A包括在DC链路供电轨(DCL+和DCL－)之间并联的四个半桥MOSFET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SiCFET代替标准MOSFET。负载电流ILOAD在输出节点3的方向上沿着主导体2(例如，电流轨)流动，在输出节点3处输出连接器10被电和机械地耦合到主导体2。主导体2可以是电力PCB的传导层，诸如铜。此外，可以存在多个主导体，特别是在包括多个电力传导层的电力PCB中，每个电力传导层传导输出电流的部分。
输出节点3收集电力逆变器1的所有电力开关的输出电流并由输出连接器10接收。输出连接器10还被机械和电耦合到负载，以用于向其输送电力(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被配置为使得负载电流ILOAD从主导体2流向输出连接器10并且进一步通过输出连接器10流向负载。
由输出电流引起的磁场与输出电流的大小成正比。特别地，所测量的磁场表示流过主导体2的电流的电流密度(即，与之成比例)。如将进一步详细描述的，输出连接器10包括电流传感器(即，具有差动间隔的传感器元件的差动磁传感器)，该电流传感器被配置为测量电力逆变器1的半桥级的总输出电流ILOAD。
应理解，在诸如多相电动机的一些应用中，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100A。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，测试电流Itest包括流入和流出负载的电流。
图1C是图示了根据一个或多个实施例的电力输出设备的输出级100B的示意性框图。输出级100B是输出级100A的变型，其中代替输出节点3被布置在主导体2的端部以使得所有半桥电流在相同方向上流动，输出节点3被布置在主导体2的中间。在这种情况下，负载电流被分成与主导体2的不同端部相对应的两个负载电流ILOAD1和ILOAD2。两个负载电流ILOAD1和ILOAD2在连接器10处组合(彼此叠加)以形成被提供给负载的单个负载电流ILOAD。备选地，在负载电流被吸收到负DC链路供电轨DCL－的情况下，当负载电流ILOAD从输出连接器10进入主导体2时，负载电流ILOAD被分成电流ILOAD1和ILOAD2。这种布置还具有对PCB上的电流密度进行分割的益处，并且更加紧凑，因此节省了面积。
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动磁传感器5(例如，传感器集成电路(IC))的示意性框图。差动磁传感器5包括：一对传感器元件6和7，被配置为感测由测试电流Itest产生的磁场；以及传感器电路8，接收由传感器元件6和7生成的传感器信号。特别地，差动磁传感器5位于测试电流Itest附近。传感器元件6和7被差动地放置在传感器管芯上的不同位置。在该示例中，差动传感器元件对是关于电流流动方向在垂直方向上被差动地间隔开的两个霍尔传感器元件。即，传感器元件6和7跨越测试电流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被差动地间隔开，使得磁场以相等的大小撞击在感测元件6和7上。然而，应理解，只要感测元件位于磁场内或磁场当通过主导体2施加电流时被预期的位置处，其他布置也是可能的。因此，在一些应用中，传感器元件6和7可以不对称地偏离中心位置。
传感器元件对6和7一起生成模拟差动传感器信号(例如差动霍尔电压)。通常，传感器电路8使用差动运算从由传感器元件6和7生成的两个传感器信号生成差动传感器信号。作为示例，传感器元件6和7可以被耦合到被配置为生成差动传感器信号的传感器电路8的组合电路系统或组合逻辑。因此，传感器电路8的组合电路系统从传感器元件6和8接收传感器信号并且由此生成差动传感器信号。例如，组合电路系统可以包括一个或多个差动放大器，该一个或多个差动放大器输出传感器元件6和7之间的差。差动传感器信号可以提供对均匀和非均匀外部杂散磁场的鲁棒性，并且与单体传感器配置相比可以提供更精确的测量。尽管具有该优势，但是实施例不限于磁传感器是差动磁传感器，并且可以是具有单个传感器元件(例如，传感器元件6或7)的单体磁传感器。
图3A至图3D示出了根据一个或多个实施例的输出连接器10A的不同立体图。输出连接器10A包括位于一端的通孔11a和11b以及位于相对端的螺纹通孔12。
通孔11a和11b延伸通过输出连接器10A的基板13，并且被配置为接收紧固件(例如螺栓或螺钉)，该紧固件将基板13机械和电耦合到主导体2。特别地，主导体2同样可以具有与通孔11a和11b对准的通孔，使得基板13可以被紧固到主导体2。由于导电紧固件延伸通过电力PCB，输出连接器10A可以被配置为向电力PCB上的所有电力层提供大量接口以用于从其接收总输出电流。其他接口方案可以使用其他紧固件(诸如压配合销、SMD或通孔焊料连接)。通常，可以实现从标准连接器已知的所有组装技术(SMD，通孔技术(THT)，压配合等)。
螺纹通孔12被配置为接收导电紧固件(例如螺栓或螺钉)，该导电紧固件将输出连接器10A机械和电耦合到负载。其他类型的连接元件可以用于将连接器机械和电连接到负载，并且不限于通孔/紧固件布置。例如，也可以使用销或夹子。如此，在主导体2和负载之间(更特别地，在基板13和通孔12之间)形成导电路径14，测试电流Itest流过该通孔12。根据图1B所示的布置，导电路径14可以沿基板13在一个方向上流动，或者根据图1C所示的布置，可以沿基板13在两个分开的方向上流动。
基板13是输出连接器10的导电结构的部分。基板13的顶部/底部主表面限定了与测试电流Itest的电流流动方向平行的两个平面。基板13被设计为收集来自主导体2(例如，电力PCB结构)的测试(输出)电流Itest。导电结构的延伸板15从基板13的一侧正交地延伸，因此也从主导体2正交地延伸。测试电流Itest通过延伸板15从基板13被路由到紧固件，该紧固件被耦合到螺纹通孔12。因此，延伸板15在基板13和连接器10A的连接器头16之间形成导电桥。
导电结构的连接器头16从延伸板15垂直向上延伸，并且可以部分地在基板13的导电路径14的部分上方横向延伸。换言之，头16的与沿基板13流动的电流平行的横向尺寸可以大于延伸板15的横向尺寸，使得在延伸板15的两个横向侧形成凹部、空腔或连接器容积。凹部可以用于在延伸板15的一侧接收电路基板17和在延伸板15的另一侧接收稳定板18。差动磁传感器5可以被连接到电路基板17，使得其被布置在电路基板17和延伸板15之间。电路基板17被电耦合到差动磁传感器5，并且被配置为从传感器电路8接收差动传感器信号并将差动传感器信号输出到外部设备。电路基板17和稳定背板可以使用通孔19被紧固到延伸板15，该通孔19横向延伸通过延伸板15和相应紧固件。差动磁传感器5与连接器一起用作基于无芯的电流传感器，这意味着不使用在测试下的电流路径外部的场集中器。
连接器头16容纳通孔12，通孔12在平行于延伸板15的方向上(纵向)延伸。基板13、延伸板15和连接器头16一起形成连接器10A的导电结构作为单件整体构造。基板13、延伸板15和连接器头16形成T形，因此可以被称为T连接器。
延伸板15具有锯齿形状(例如Z形或S形)的收缩区域，该锯齿形状包括倒S-弯曲或S-弯曲，这取决于切口21a和21b形成在哪一侧。这里，示出了倒S-弯曲。然而，切口21a和21b可以被倒置以形成S-弯曲。出于本公开的目的，术语“S-弯曲”是指反向和非反向取向。
切口21a和21b沿着导电路径14的垂直轨迹(即，沿着从基板13延伸到连接器头16的延伸板15的纵向尺寸)彼此不同地移位。另外，切口21a和21b从延伸板15的相对横向侧向内延伸，由此形成倒S-弯曲或S-弯曲。此外，切口21a和21b可以在延伸板15的纵向尺寸上部分重叠。换言之，它们的最向内的边缘可以在垂直方向上重叠，使得导电路径14不能严格地在垂直方向上的直线上流动，而是必须改变其路径以围绕切口21a和21b行进。
在倒S-弯曲或S-弯曲的中心区域，延伸板15还包括电流收缩结构22(即，电流收缩区域)。电流收缩结构22是倒S-弯曲或S-弯曲的将S-弯曲的被直接耦合到基板13的底部段(基段)连接到S-弯曲的被直接耦合到连接器头16的顶部段(头段)的中间段。电流收缩结构22是跨延伸板15水平延伸(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)的变窄的被收缩结构。例如，S-弯曲的中间段是横向收缩段。
作为锯齿状导电路径(S形或倒S形)的结果，测试电流Itest被迫绕着通过延伸板15的收缩区域。特别地，延伸板15的倒S-弯曲或S-弯曲形状通过变窄的电流收缩结构22将所有的测试电流Itest集中，由此增加测试电流Itest在该通道处的电流密度，并且由此增加由其产生的磁通密度。该更强的磁场便于传感器元件6和7对其进行检测，并允许进行更精确的电流测量。
在电流收缩结构22作为S-弯曲结构的备选方案中，电流收缩结构22可以具有其他形状或配置。例如，电流收缩结构22可以从基板13对角地延伸到连接器头16。备选地，如图3E和图3F所示，电流收缩结构22可以以I形或I-构型从基板13垂直延伸到连接器头16。在图3E和图3F中，切口21a和21b彼此对称地相对，其中窄的电流收缩结构22介于切口21a和21b之间，使得延伸板15具有I形。电流I通过窄的电流收缩结构22变成漏斗，由此增加其电流密度。传感器元件6和7在电流收缩区域中被差动地间隔开，并且被配置为测量差动磁场。
备选地，电流收缩结构22可以是C形的。在每种情况下，电流收缩结构22包括收缩段，该收缩段被配置为使输出电流的限定磁场在磁电流传感器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的位置处流过电流收缩结构22(即，流过收缩段)。
在磁电流传感器5是差动传感器的情况下，传感器元件6和7的差动对关于电流收缩结构22的收缩段而被差动地布置。差动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流动正交的方向上彼此对准。例如，传感器元件6可以被布置在切口部分21a的与切口部分21b垂直重叠的区域处。同样，传感器元件7可以被布置在切口部分21b的与切口部分21a垂直重叠的区域处，使得传感器元件6和7在垂直方向上对准。这样，传感器元件6和7在磁通密度已经由电流收缩结构22增加的区域中跨越流过电流收缩结构22的电流。在图3B中，磁电流传感器5(即，传感器IC)被示为布置在延伸板15之后，并且针对传感器元件6和7标记可能的位置。这里，传感器元件6和7并不完全垂直重叠，而是仍然关于流过电流收缩结构22的电流被差动地间隔开。
虽然若干电流收缩结构可以作为S-弯曲形状的备选被实现到连接器设计(例如，直的，横向的，C形的，I形的，垂直的，对角线的)中，但是实现如所示的具有水平电流流动的横向电流收缩结构有利于保持连接器10A的机械强度，以抵抗由经由通孔12被紧固到连接器10A的连接器螺钉施加的扭矩。保持针对剩余电流路径14的水平截面提供了抵抗由于施加外部转矩而引起的变形所需的机械强度。
测试电流Itest然后经由电流收缩结构22被传导，电流收缩结构22产生将由差动磁传感器5感测的差动磁场。特别地，因为切口21a和21b跨越电流收缩结构22的相对侧，它们也跨越流过电流收缩结构22的测试电流Itest的相对侧。此外，因为切口21a和21b的内端部分跨越电流路径14，切口21a和21b的内端部分提供了用于将传感器元件6和7布置成差动配置的良好位置。
图3C提供了连接器10A的侧视图，图3D提供了连接器10A的正视图。磁电流传感器5、用于磁电流传感器5的电路基板17、稳定板18、基板紧固件23、延伸板紧固件24和连接器头紧固件25也在图3C和图3D中示出。
基板紧固件23被布置在通孔11a和11b中，以将基板13紧固到主导体2和电力PCB。延伸板紧固件24被布置在通孔19中，并且用于将电路基板17和稳定板18紧固到延伸板15，其中磁电流传感器5被布置为与延伸板15相邻。连接器头紧固件25被布置在通孔12中，并且用于将连接器头16紧固到负载或其负载线。连接器头紧固件25是安装结构(例如，螺钉或螺栓)，安装结构被实现为连接到负载的电接口，诸如导线、母线或用于连接到负载的其他部件。连接器本身被布置在主导体2和负载之间，并且用作其间的电导管。连接器头16收集来自延伸板15的电流并将该电流提供给负载。连接器头紧固件25还可以用于收集电流。
连接器头16从延伸板15横向延伸并且在两个横向方向上悬挂在基板13上方，以在延伸板15的背侧形成连接器凹部26并且在延伸板15的前侧形成连接器凹部27。连接器凹部26被配置为在其中接收电路基板17，使得电路基板17可以被耦合到延伸板15的背侧。
电流传感器PCB 17与传感器5一起被嵌入在连接器10A中。即，电路基板17被布置为使得其磁电流传感器5被布置在电路基板17和延伸板15之间。特别地，磁电流传感器5被布置在电流收缩结构22的区域中，并且可以通过小的间隔间隙(例如，空气间隙)与其分离，以在延伸板和磁电流传感器5之间提供电绝缘。备选地，可以在传感器5和电流收缩结构22之间提供可选的绝缘层(未示出)，以在延伸板15和磁电流传感器5之间提供电隔离。传感器元件6和7被布置为跨越流过电流收缩结构22的电流。电路基板17还包括输出连接器28，输出连接器28被配置为将传感器信号从磁电流传感器5输出到外部设备。
连接器凹部27被配置为接收稳定板18。稳定板18由诸如塑料的非磁性、非导电材料制成，以便不干扰电流测量。电流感测实现需要将电流集中到由切口21a和21b限定的相对窄的横截面(电流收缩结构22)中。可以提供稳定板18以确保输出连接器10的机械完整性，由此在X-Y横向方向上向连接器10A增加机械强度以抵抗加紧/反加紧力(即，扭力)。即，稳定板18提供了附加机械强度，该附加机械强度抵抗当对经由通孔12被紧固到连接器10A的连接器螺钉进行加紧/反加紧时所施加的扭矩。
图4A至图4D示出了根据一个或多个实施例的输出连接器10B的不同立体图。图4E示出了由流过图4A至图4D所示的输出连接器10B的延伸板的电流I生成的差动磁感测原理。输出连接器10B与输出连接器10A共享相同的元件，这里将不再重复。例如，基板13、延伸板15和具有通孔12的连接器头16的核心特征仍然存在。
然而，代替具有切口21a和21b以创建电流收缩结构22，输出连接器10B的延伸板15具有侧向延伸通过其的通孔31。通孔31具有细长或狭缝形状，其最长尺寸在平行于电流路径14的垂直方向上(即，在从基板13延伸到连接器头16的方向上)延伸。由于通孔31，在延伸板15中形成两个平行的电流收缩结构32和33，该两个电流收缩结构32和33为电流在基板13和连接器头16之间流动提供两个平行的电流路径。两个平行的电流收缩结构32和33具有相等的尺寸，使得流过其的电流相等。通孔31被配置为在传感器元件6和7的位置处引起流过延伸板15的电流的限定磁场。
如前所述，连接器头16在基板13上方横向延伸，以在延伸板15的每个横向侧(前侧和背侧)形成连接器容积34和35或凹部。
通孔31用于将磁电流传感器5集成在连接器10B中。具体地，磁电流传感器5通过通孔31被插入，使得其传感器元件6和7关于沿电流路径14流过延伸板15的电流被差动地间隔开。例如，延伸板15的限定通孔31的内侧壁包围磁电流传感器5。一个传感器元件6可以在延伸板15的一个横向侧(例如，背侧)被布置在通孔31之外，并且另一个传感器元件7可以在延伸板15的另一个横向侧(例如，前侧)被布置在通孔31之外。通孔31的至少一部分介于传感器元件6和7之间。在该示例中，整个通孔31介于传感器元件6和7之间。因此，传感器元件6和7的差动对关于通孔被差动地布置，并且由两个传感器元件6和7测量的电流在介于两个传感器元件6和7之间的区域中流动。
连接器容积34和35可以用于将磁电流传感器5容纳在连接器10B内部。此外，稳定板也可以被集成在连接器容积34或35中的一者内，以向连接器10B提供附加的机械强度。
图4E图示了由流过输出连接器10B的延伸板15的电流I生成的差动磁感测原理。通孔31的位置和形状使电流生成撞击传感器元件6和7的差动磁场B，传感器元件6和7被差动地布置在延伸板15的任一侧。磁电流传感器5与延伸板15电绝缘，因为它不与其直接接触。
特别地，通孔31不仅能够将磁传感器安装到延伸板中，而且沿着通孔31的任一侧创建两个平行的电流路径。这两个平行的电流路径在面积上更小(即，窄的电流通路)，因此是电流收缩路径，该电流收缩路径对流过其的电流的电流密度进行集中，并由此增加在传感器元件6和7的位置处的磁场。
非导电填充材料(未示出)(诸如模制物)也可以被注入以下任何一项中并在其中被固化：连接器凹部26、27；连接器容积34、35；切口21a、21b；以及通孔31。填充材料可以用于填充上述开口，以便保护磁电流传感器5、为连接器提供附加的机械强度、和/或提供低电压域(即，传感器输出)与电力域的隔离。
图5图示了根据一个或多个实施例的输出连接器的延伸板的备选配置。与图4A至图4E类似，图5图示了由流过输出连接器的延伸板15的电流I生成的差动磁感测原理。同样，与图4A至图4E类似，延伸板包括在延伸板15的横向尺寸上居中的通孔31，由此形成两个等分的电流收缩结构32和33，该两个等分的电流收缩结构32和33在基板13和连接器头16之间流动提供两个平行的电流路径以用于电流流动。两个平行的电流收缩结构32和33具有相等的尺寸(例如，横向尺寸d)，使得流过其的电流I’相等。
当电流I流过收缩结构32和33经过通孔31时，电流I被等分成两个电流部分I’，因此在磁传感器元件6和7处产生相等但相反的磁场B和－B。磁场B和－B垂直地穿透磁传感器元件6和7以用于差动测量。换言之，磁场从相反的方向穿透磁传感器元件6和7。
磁传感器5可以通过被放置在印模载体50(如模板)的端部上而被插入到通孔31中，印模载体50以磁场线垂直穿透磁传感器元件6和7(例如霍尔板)的方式被放置在通孔31中。磁传感器元件6和7的最终放置在通孔31内部(例如，横向地在由通孔31形成的延伸板15的内侧壁之间)。
另外，通孔12的部分可以延伸到延伸板15的顶部中，以用于接收紧固件。
图6是图示了根据一个或多个实施例的逆变器级的供电线的示意性框图。供电线可以是DC链路供电轨(DCL+和DCL－)。连接器10A和10B可以被设置在连接到逆变器级的一条或两条供电线处。因此，连接器10A和10B可以用作供电连接器以及输出连接器或负载路径连接器。
作为供电连接器，磁传感器5用于测量和监测由电力供应或电流供应设备(诸如电池)生成的供应电流。供电连接器在结构上与输出连接器相同。因此，可以将电源视为电力供应设备，可以将输出电流视为供应电流，并且可以将接收负载电流的设备视为负载。
供电连接器可以被配置为传导电源的供应电流并将该供应电流传递到设备，并且包括导电框架和磁电流传感器。导电框架包括基部结构13、延伸结构15和连接器头结构16。基部结构被耦合到电源的至少一个主导体的供应节点，其中基部结构被配置为从至少一个主导体接收供应电流。连接器头结构相对于基部结构而被布置，其中连接器头结构被配置为将输出连接器机械地耦合到设备，并且其中连接器头结构被配置为从基部结构接收供应电流并将供应电流从输出连接器输出到设备。延伸结构被耦合到基部结构和连接器头结构并在基部结构和连接器头结构之间延伸，其中延伸结构从基部结构接收供应电流并将该供应电流传递到连接器头结构。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该电流收缩区域的供应电流的限定磁场。
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产生的限定磁场来生成传感器信号。
在备选方案中，基部结构可以被耦合到设备并且帽结构可以被耦合到电源的至少一个主导体的供应节点。
虽然已经公开了各种实施例，但是对于本领域技术人员而言明显的是，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，这些改变和修改将实现在本文中所公开的概念的一些优势。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑改变。应当提及的是，参考特定附图所解释的特征可以与其他附图的特征组合，即使在未明确提及的那些中。对总体发明构思的这种修改旨在由所附权利要求及其合法等效覆盖。
此外，以下权利要求由此被结合到详细描述中，其中每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施例。虽然每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施例，但是应注意，尽管从属权利要求可以在权利要求中涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例实施例还可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非指出并不意味着特定的组合，否则在本文中提出这样的组合。此外，即使一个权利要求不直接从属于独立权利要求，也旨在将该权利要求的特征包括在任何其他独立权利要求中。
还应注意，在说明书或权利要求书中所公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个动作的部件的设备来实现。例如，本公开中所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(包括计算系统、集成电路和非瞬态计算机可读记录介质上的计算机程序的任何组合)来实现。例如，所描述的技术的各种方面可以被实现在一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC或任何其他等效集成或分立逻辑电路系统、以及此类组件的任何组合)内。
此外，应理解，说明书或权利要求书中所公开的多个动作或功能的公开不能被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不将这些限制为特定顺序，除非这些动作或功能由于技术原因不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括多个子动作或可以被分解成多个子动作。除非明确排除，否则可以包括这样的子动作以及该单个动作的公开的部分。

Claims (29)

1.一种电力连接器，所述电力连接器被配置为传导电力设备的电流并且将所述电流传递到负载，所述电力连接器包括：
导电框架，包括基部结构、延伸结构以及连接器头结构，所述基部结构、所述延伸结构和所述连接器头结构针对所述电流限定电流路径，
其中所述基部结构被耦合到所述电力设备的至少一个主导体的输出节点，其中所述基部结构被配置为从所述至少一个主导体接收所述电流，并且其中所述基部结构从所述延伸结构在相反方向上横向延伸，以与所述延伸结构形成T形，
其中所述连接器头结构相对于所述基部结构而被布置，其中所述帽结构被配置为将所述电力连接器机械地耦合到所述负载的电接口，并且其中所述连接器头结构被配置为从所述基部结构接收所述电流并将所述电流从所述电力连接器输出到所述负载的所述电接口，
其中所述延伸结构被耦合到所述基部结构和所述连接器头结构并且在所述基部结构与所述连接器头结构之间延伸，其中所述延伸结构被配置为从所述基部结构接收所述电流并将所述电流传递到所述连接器头结构，
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耦合在两个电流非收缩区域之间，其中所述电流收缩区域被配置为：相对于由流过所述两个电流非收缩区域的电流产生的磁场的磁通密度，增加由流过所述电流收缩区域的电流产生的磁场的磁通密度；以及
磁电流传感器，被布置在相对于所述电流收缩区域的位置处，以接收由流过所述电流收缩区域的电流产生的具有增加的磁通密度的磁场，其中所述磁电流传感器被配置为基于所接收的磁场生成传感器信号。
2.根据权利要求1所述的电力连接器，其中所述延伸结构包括所述两个电流非收缩区域，其中所述两个电流非收缩区域中的第一电流非收缩区域被耦合到所述基部结构，并且所述两个电流非收缩区域中的第二电流非收缩区域被耦合到所述连接器头结构。
3.根据权利要求2所述的电力连接器，其中所述连接器头结构从所述延伸结构沿所述电流路径垂直延伸。
4.根据权利要求1所述的电力连接器，其中：
所述连接器头结构的第一部分在所述基部结构上方在第一方向上横向延伸以限定第一凹部，所述第一凹部在所述连接器头结构与所述基部结构之间沿所述延伸结构延伸，以及
所述磁电流传感器被布置在所述第一凹部中。
5.根据权利要求4所述的电力连接器，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向外部设备输出所述传感器信号，
其中所述电路基板被布置在所述第一凹部中。
6.根据权利要求5所述的电力连接器，其中所述电路基板被机械地耦合到所述延伸结构。
7.根据权利要求4所述的电力连接器，还包括：
稳定板，
其中所述连接器头结构的第二部分在所述基部结构上方在与所述第一方向相反的第二方向上横向延伸以限定第二凹部，所述第二凹部在所述连接器头结构与所述基部结构之间沿所述延伸结构延伸，并且
所述稳定板被布置在第二凹部中。
8.根据权利要求7所述的电力连接器，其中所述稳定板被机械地耦合到所述延伸结构。
9.根据权利要求7所述的电力连接器，其中所述延伸结构介于在所述磁电流传感器与所述稳定板之间。
10.根据权利要求1所述的电力连接器，还包括：
稳定板，
其中所述连接器头结构的部分在所述基部结构上方横向延伸以限定凹部，所述凹部在所述连接器头结构与所述基部结构之间沿所述延伸结构延伸，并且
其中所述稳定板被机械地耦合到所述延伸结构并且被布置在所述凹部中。
11.根据权利要求10所述的电力连接器，其中所述稳定板由非导电的非磁性材料制成。
12.根据权利要求1所述的电力连接器，其中所述磁电流传感器包括：
传感器元件的差动对，所述传感器元件关于所述电流收缩区域被差动地布置；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电流产生的被限定的所述磁场来生成差动传感器信号作为所述传感器信号。
13.根据权利要求1所述的电力连接器，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的S弯曲结构，其中所述S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弯曲结构的电流的电流密度，以使在所述磁电流传感器的位置处接收到的磁场具有增加的磁通密度。
14.根据权利要求13所述的电力连接器，其中所述磁电流传感器包括：
传感器元件的差动对，所述传感器元件关于所述S弯曲结构的所述收缩段被差动地布置；以及
传感器电路，被配置为基于所接收的由流过所述电流收缩区域的电流产生的磁场来生成差动传感器信号作为所述传感器信号。
15.根据权利要求13所述的电力连接器，其中：
所述S弯曲结构包括第一切口和第二切口，所述第一切口从所述延伸结构的第一横向侧向内横向延伸，所述第二切口从所述延伸结构的第二横向侧向内横向延伸，所述第一切口和所述第二切口在所述收缩段的相对侧上差动分离以形成所述S弯曲结构。
16.根据权利要求13所述的电力连接器，其中所述收缩段是所述S弯曲结构的中间段，所述中间段将所述S弯曲结构的基部段连接到所述基部结构并且将所述S弯曲结构的顶部段连接到所述连接器头结构。
17.根据权利要求15所述的电力连接器，其中所述收缩段在所述延伸结构的所述第一横向侧和所述第二横向侧之间水平延伸。
18.根据权利要求15所述的电力连接器，其中所述磁电流传感器包括：
传感器元件的差动对，所述传感器元件关于所述S弯曲结构的所述收缩段被差动地布置；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电流产生的被限定的所述磁场来生成差动传感器信号作为所述传感器信号，
其中所述传感器元件的差动对包括第一传感器元件和第二传感器元件，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，所述第一传感器元件与所述第一切口对准，所述第二传感器元件与所述第二切口对准。
19.根据权利要求1所述的电力连接器，其中所述导电框架是由所述基部结构、所述延伸结构和所述连接器头结构形成的单件整体构件。
20.根据权利要求1所述的电力连接器，其中所述电流收缩区域是所述电流流过的I形结构的收缩段，其中所述收缩段被配置为增加流过所述收缩段的电流的电流密度，以使在所述磁电流传感器的位置处接收到的磁场具有增加的磁通密度。
21.一种电力连接器，所述电力连接器被配置为传导电力设备的电流并且将所述电流传递到负载，所述电力连接器包括：
导电框架，包括基部结构、延伸结构以及连接器头结构，所述基部结构、所述延伸结构和所述连接器头结构针对所述电流限定电流路径，
其中所述基部结构被耦合到所述电力设备的至少一个主导体的输出节点，其中所述基部结构被配置为从所述至少一个主导体接收所述电流，
其中所述连接器头结构相对于所述基部结构而被布置，其中所述帽结构被配置为将所述电力连接器机械地耦合到所述负载的电接口，并且其中所述连接器头结构被配置为从所述基部结构接收所述电流并将所述电流从所述电力连接器输出到所述负载的所述电接口，
其中所述延伸结构被耦合到所述基部结构和所述连接器头结构并且在所述基部结构与所述连接器头结构之间在第一方向上延伸，其中所述延伸结构从所述基部结构接收所述电流并且将所述电流传递到所述连接器头结构，
其中所述延伸结构包括通孔，所述通孔在与所述第一方向正交的第二方向上延伸通过所述延伸结构，使得所述电流围绕所述通孔流动通过两个平行的电流收缩区域；以及
磁电流传感器，被布置在所述通孔中，其中所述磁电流传感器被配置为：接收由流过所述两个平行的电流收缩区域的电流产生的两个磁场，并且基于接收到的所述两个磁场生成传感器信号。
22.根据权利要求21所述的电力连接器，其中所述磁电流传感器包括：
传感器元件的差动对，所述传感器元件关于所述通孔被差动地布置以接收大小相等但相反的两个磁场；以及
传感器电路，被配置为基于由流过所述两个平行的电流收缩区域的电流产生的磁场来生成差动传感器信号作为所述传感器信号。
23.根据权利要求22所述的电力连接器，其中所述传感器元件的差动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被布置在所述通孔的第一横向侧，所述第二传感器元件被布置在所述通孔的第二横向侧，其中所述通孔的至少一部分介于所述第一传感器元件和所述第二传感器元件之间。
24.根据权利要求23所述的电力连接器，其中由所述第一传感器元件和所述第二传感器元件测量的电流在介于所述第一传感器元件和所述第二传感器元件之间的区域中流动。
25.根据权利要求21所述的电力连接器，其中所述磁电流传感器包括：
传感器元件的差动对，被差动地布置在所述通孔内部以接收大小相等但相反的两个磁场；以及
传感器电路，被配置为基于由流过所述两个平行的电流收缩区域的电流产生的所述两个磁场来生成差动传感器信号作为所述传感器信号。
26.根据权利要求21所述的电力连接器，其中：
所述连接器头结构的第一部分在所述基部结构上方在所述第二方向上横向延伸以限定第一凹部，所述第一凹部在所述连接器头结构与所述基部结构之间沿所述延伸结构延伸，
所述连接器头结构的第二部分在所述基部结构上方在与所述第二方向相反的第三方向上横向延伸以限定第二凹部，所述第二凹部在所述连接器头结构与所述基部结构之间沿所述延伸结构延伸，并且
所述磁电流传感器被布置在所述第一凹部中、第二凹部中和所述通孔中。
27.根据权利要求21所述的电力连接器，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向外部设备输出所述传感器信号，
其中所述电路基板被布置在所述通孔中。
28.根据权利要求21所述的电力连接器，其中所述通孔被所述延伸结构完全封闭。
29.根据权利要求21所述的电力连接器，其中所述通孔具有细长形状，所述细长形状的最长尺寸在所述第一方向上延伸。
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