CN1761114A - 母线电流检测装置 - Google Patents
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Abstract
电流检测部分A包括附着于母线BU的磁屏蔽，附着于母线BV的磁屏蔽，以及附着于母线BW的磁屏蔽。在并行布置的母线BV、BU和BW上，电流传感器SU、SV和SW被布置于沿着每一条母线的交替错位位置。所述磁屏蔽也被布置于沿着每一条母线的交替错位位置。所述磁屏蔽和所述电流传感器的这种布置被称为交错布置，从而可以避免来自邻近母线的对电流传感器的磁干扰。
Description
此非临时申请基于2004年10月15日向日本专利特许厅提交的日本专利申请2004-301964，其全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及一种电流检测装置，更具体地，涉及一种检测流过母线的电流的电流检测装置。
背景技术
控制强电流以驱动电机的半导体模块被得以使用。例如，近来可以看到，在混合动力车、电动车等中，使用了功率元件以驱动电机/发电机的半导体模块。
母线在这种半导体模块中被作为终端提供，以控制强电流的输出。通过准确测量流过所述母线的电流，并利用所述测量结果，电机/发电机可以得到精确控制。
日本专利公开2004-061217公开了用于测量母线中电流的被称为无芯电流传感器的使用。所述无芯电流传感器是一种高精度和敏感度的传感器，其无需使用磁芯，即可直接检测磁通量。由于不使用磁芯，可以减小尺寸及装置中的元件数目。
然而，根据日本专利公开2004-061217中所公开的技术，为降低流过相邻母线的磁通量对测量结果的影响，需要进行误差校正处理。所述误差校正处理由软件的操作执行，这令控制变得复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电流检测装置，其能方便地被控制，且尺寸较小。
概括本发明，一种电流检测装置包括：多条母线，每一条均用于通过电流；电流传感器，用于传感所述多条母线中的第一母线附近的磁场，以检测流过所述第一母线的电流；以及磁屏蔽，被提供给所述多条母线中的第二母线，所述第二母线被布置在可导致对所述电流传感器的磁干扰的位置，从而减小对所述电流传感器的磁干扰。
优选地，所述电流检测装置进一步包括：处理部分，用于接收所述电流传感器的输出，以传感流过相应母线的电流值；以及有弹性的弹性基片(substrate)，其具有用于电连接所述处理部分和所述电流传感器的互连线。
优选地，所述电流传感器为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
根据本发明的另一个方面，电流检测装置包括：多条母线，每一条均用于通过电流，该多条母线中的至少一部分被并行布置；以及多个电流传感器，分别被安排给所述多条母线。所述多个电流传感器被布置于沿着所述多条母线中并行布置部分的交替错位位置(alternately displacedposition)。
优选地，所述多个电流传感器中的每一个传感相应母线附近的磁场，以检测流过该相应母线的电流，并且所述电流检测装置进一步包括多个磁屏蔽，其被分别安排给所述多条母线的每一条，以减小对布置在邻近母线的电流传感器的磁干扰。
更优选地，所述多个磁屏蔽被布置于沿着所述多条母线中并行布置部分的交替错位位置。
优选地，所述电流检测装置进一步包括：处理部分，用于接收所述电流传感器的输出，以传感流过相应母线的电流值；以及有弹性的弹性基片，其具有用于电连接所述处理部分和所述电流传感器的互连线。
优选地，所述电流传感器为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
根据本发明的再一个方面，电流检测装置包括：第一母线，其用于通过电流；多个电流传感器，其被安排给所述第一母线；以及处理部分，用于接收所述多个电流传感器的输出，以传感流过所述第一母线的电流值。
优选地，所述第一母线为板状形状。所述多个电流传感器包括用于传感所述第一母线附近的磁场的第一和第二磁场传感器。所述第一磁场传感器被布置于所述第一母线的顶面，而所述第二磁场传感器被布置于所述第一母线的底面。
更优选地，所述电流检测装置进一步包括操作部分，用于接收所述第一和第二磁场传感器的输出，并进行消除噪声的处理。
更优选地，所述电流检测装置进一步包括：第二母线，其被布置在可导致对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰的位置；以及磁屏蔽，其被提供给所述第二母线，以减少对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰。
优选地，所述第一母线为板状形状。所述多个电流传感器包括用于传感所述第一母线附近的磁场的第一和第二磁场传感器。所述第一和第二磁场传感器被布置于所述第一母线的同一表面。
更优选地，所述电流检测装置进一步包括：第二母线，其被布置在可导致对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰的位置；以及磁屏蔽，其被提供给所述第二母线，以减少对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰。
优选地，所述电流检测装置进一步包括有弹性的弹性基片，其具有用于电连接所述处理部分和所述多个电流传感器的互连线。
优选地，所述电流传感器的每一个均为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
因此，本发明的主要优势在于，可通过电流传感器的布置抑制磁干扰，并且使得所述电流检测装置的安装空间较小。
本发明前述和其它目标、特点、方面和优势将在随后参照附图对本发明的详细描述中变得更加清楚。
附图说明
图1为电路图，示出了应用本发明的电机驱动装置的结构；
图2示出了图1所示电流检测部分A的结构；
图3示出了图2所示电流检测部分的变型；
图4为横截图，示出了母线附着有电流传感器的状态；
图5为示图，用于描述当无芯电流传感器简单布置时所产生的问题；
图6示出了第二实施例中的电流检测部分的结构；
图7示出了双结构的第一变型；
图8示出了所述双结构布置的第二变型；
图9为横截图，示出了图8所示电流传感器附着部分的横截面；
图10示出了一个示例性的采用图8所示结构的电流检测部分；
图11为示图，用于描述第三实施例；
图12示出了所述第三实施例的第二布置的例子；
图13示出了磁场，用于描述对磁干扰的抑制；
图14为示图，用于描述抑制磁干扰的过程；
图15示出了第四实施例的电流检测部分的结构；
图16示出了电流检测部分附着到母线的状态；
图17示出了电流传感器被布置在一侧的示例情况。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中，相同的参考符号被赋给相同或相应的部分，并且不进行重复描述。
<第一实施例>
图1为电路图，示出了应用本发明的电机驱动装置的结构。
参照图1，电机驱动装置1包括DC(直流)电源10，电容器12，逆变器14，电流检测部分A，电机M1，解算器(resolver)24，微型计算机20，以及驱动电路22。
逆变器14接收来自DC电源10的电源电位，以驱动AC(交流)电机M1。优选地，逆变器14在电机M1的制动中进行再生操作，以将在AC电机M1产生的电力返回给DC电源10。
逆变器14包括U相臂15、V相臂16及W相臂17。U相臂15、V相臂16及W相臂17在DC电源10的输出线中并联连接。此外，电容器12也在所述DC电源10的输出线中与那些组成部分并联连接。
U相臂15包括串联的MOS晶体管Q1和Q2，且二极管D1和D2分别与MOS晶体管Q1和Q2并联。
V相臂16包括串联的MOS晶体管Q3和Q4，且二极管D3和D4分别与MOS晶体管Q3和Q4并联。
W相臂17包括串联的MOS晶体管Q5和Q6，且二极管D5和D6分别与MOS晶体管Q5和Q6并联。
母线BU与MOS晶体管Q1和Q2的连接节点相连接。母线BV与MOS晶体管Q3和Q4的连接节点相连接。母线BW与MOS晶体管Q5和Q6的连接节点相连接。
二极管D1、D3和D5正向连接，此方向为从相应母线到DC电源10正极的方向。二极管D2、D4和D6正向连接，此方向为从DC电源10负极到相应母线的方向。
电流检测部分A包括：电流传感器SU，用于检测流过母线BU的电流，电流传感器SV，用于检测流过母线BV的电流，以及电流传感器SW，用于检测流过母线BW的电流。
由电流传感器SU、SV和SW检测到的电流值与由解算器24检测到的电机M1的转数一起，被传送到微型计算机20。基于此，微型计算机20控制驱动电路22，从而控制电机M1的转数。
图2示出了图1所示电流检测部分A的结构。
参照图2，电流检测部分A包括每一个均用于通过电流的母线BU、BV和BW，电流传感器SU附着于母线BU，以检测流过母线BU的电流IU，电流传感器SV附着于母线BV，以检测流过母线BV的电流IV，且电流传感器SW附着于母线BW，以检测流过母线BW的电流IW。
电流传感器SU、SV和SW分别用来检测电流在所述母线中通过时所产生的磁场，以得到相应的电流。与这些电流传感器一样，霍尔元件、MI(磁阻抗)传感器，MR(磁阻)传感器，AMR(各向异性磁阻)传感器等均可以被使用。
如果所述传感器自身的检测精度很高，并且如果来自邻近母线等的磁干扰等可以被避免，这些传感器可以被用作为无芯电流传感器。所述无芯电流传感器已有公开，例如，在“The basics of a current sensor and acoreless current sensor”，the December 2003 issue of TransistorTechnology，CQ publishing Co.，Ltd.，pp.122-137.
电流检测部分A进一步包括附着于母线BU的磁屏蔽32，附着于母线BV的磁屏蔽34，附着于母线BW的磁屏蔽38，以在使用无芯电流传感器时避免磁干扰。
所述磁屏蔽采用图2所示的布置，从而减少对附着于邻近母线的无芯电流传感器的磁干扰。确切地，在并行布置的母线BU、BV和BW上，电流传感器SU、SV和SW被布置在沿着所述母线的交替错位的位置上。相似地，所述磁屏蔽被布置在沿着所述母线的交替错位的位置上。磁屏蔽和电流传感器的这种布置被称为交错布置。
图3示出了图2所示电流检测部分的变型。
参照图3，电流检测部分AB包括母线BU、BV和BW，且电流传感器SU、SV和SW分别附着于母线BU、BV和BW。
电流检测部分AB进一步包括附着于母线BU的磁屏蔽30B和32B，附着于母线BV的磁屏蔽33B和34B，附着于母线BW的磁屏蔽36B和38B，以在使用无芯电流传感器时避免磁干扰。
与图2相比，图3的布置似乎不必要地具有宽磁屏蔽范围。然而，当通过涂覆提供磁屏蔽时，图2的布置对于每条母线需要在两个部分进行掩模处理，而图3布置的优势在于对于每条母线仅需要在一个部分进行掩模处理，磁传感器即附着于此处。
图4为横截图，示出了母线附着有电流传感器的状态。
参照图4，在母线40的顶面，布置了附着在基片42上的无芯电流传感器44。例如，无芯电流传感器44为IC，并焊接在基片42上。
图5为示图，用于描述当无芯电流传感器简单布置时所产生的问题。
参照图5，例如，假设电流传感器SU、SV和SW被布置于各母线BU、BV和BW上相同的相应位置处。电流传感器SU能够检测因电流IU产生的磁场U。电流传感器SV能够检测因电流IV产生的磁场V。电流传感器SW能够检测因电流IW产生的磁场W。
然而，利用这样的布置，除了磁场V以外，因电流IV产生的磁场V0也会影响电流传感器SU和SW，这将导致所检测的电流值中出现误差。
因此，如图2所示，所述电流传感器被布置在母线方向中的交替错位位置，并且磁屏蔽被设置在母线上与其它母线附着电流传感器的区域邻近的区域。
作为磁屏蔽，例如，可以在金属母线上设置绝缘涂层，在其上还可以提供包括镍的涂层，例如，作为涂料。
或者，也可以将磁屏蔽薄板包裹在母线周围以作为磁屏蔽，此薄板为利用PET膜层压而成的高磁导率的磁材料薄板。
优选地，所述磁屏蔽的金属部分与诸如地电位的固定电位相连。
于是，无需使用吸引磁通量的磁芯，就可得到高精度的磁传感器，由此可以抑制磁干扰，并且，由于减小了所述电流检测装置的安装空间，也提高了灵活性。
<第二实施例>
图6示出了第二实施例中电流检测部分的结构。
参照图6，两个电流传感器51和52被设置于母线50上。这样的双结构使得在电流传感器故障的情况下，能更容易地确定正常和异常。例如，可以采用这种双结构，以控制需要高可靠性的机载电机。
图7示出了双结构的第一变型。
参照图7，在母线54上，电流传感器55和56在母线54的宽度方向相邻布置。当母线较宽时，可以利用电流传感器的这种布置实现所述双结构。
图8示出了所述双结构布置的第二变型。
参照图8，电流传感器61被布置在母线60的顶面，而电流传感器62被布置在母线60的底面。
图9为横截图，示出了图8所示电流传感器附着部分的横截面。
参照图9，在母线60的顶面，布置了具有安装在基片63上的无芯电流传感器64的电流传感器61。在母线60的底面，布置了具有安装在基片65上的无芯电流传感器66的电流传感器62。
图10示出了一个示例性的采用图8所示结构的电流检测部分。
参照图10，电流传感器71被布置在母线BU的顶面，而电流传感器72被布置在母线BU的底面。电流传感器73被布置在母线BW的顶面，而电流传感器74被布置在母线BW的底面。
在逆变器控制三相AC电机的情况下，电流传感器可以不被提供给母线BV，由于U相、V相及W相的电流总和为0，从而，当所述电流传感器被提供给U相和W相时，可以通过操作获得V相电流。
可以在母线BV邻近电流传感器的区域提供磁屏蔽。尽管图10示出了将磁屏蔽部分地提供给母线BV的例子，但所述磁屏蔽可以被完全地提供给母线BV。
以这种方式提供所述屏蔽，可以防止由流过母线BV的电流产生的磁场影响附着于邻近母线的电流传感器。
<第三实施例>
图11为示图，用于描述第三实施例。
参照图11，电流检测部分A2具有置于母线76顶面的电流传感器80，以及置于母线76底面的电流传感器81。与图2和图10中所示将磁屏蔽布置于邻近母线处以防止磁干扰的例子相比，无需为与母线76邻近的母线78提供磁屏蔽，就可以抑制磁干扰。
图12示出了所述第三实施例的第二布置的例子。
参照图12，电流检测部分A3具有置于母线76A顶面的电流传感器80A，以及置于母线76A底面的电流传感器81A。
图13示出了磁场，用于描述对磁干扰的抑制。
图13示出了电流传感器附着部分处的母线的横截面。此时，在母线76A中，电流向前方向(纸外方向)流动。此时，在母线78A中，电流向相对于图的表面更深的方向(纸内方向)流动。
电流传感器80A和81A内部的箭头指示所述传感器测量磁场时的正向。
此时，测量的磁场76A作为在电流传感器80A的正输出被检测。测量的磁场76A作为在电流传感器81A的负输出被检测。
另一方面，因流过母线78A的电流所引起的噪声分量的磁场78A0作为在电流传感器80A的正输出被检测。因流过母线78A的电流所引起的噪声分量的磁场78A1也作为在电流传感器81A的正输出被检测。
图14为示图，用于描述抑制磁干扰的过程。
参照图13和图14，波形W1和W2分别为在电流传感器80A和81A处根据母线76A中的电流所测量到的磁波形。波形N1和N2分别为在电流传感器80A和81A处检测到的噪声分量的磁场78A0和78A1的波形。电流传感器80A和81A被提供以测量由流过母线76A的电流所产生的目标磁场。另一方面，布置电流传感器80A和81A，使得其对于测量磁场和所述目标磁场时的正向成相反关系。
于是，电流传感器80A和81A以关于邻近母线的影响的相反极性来检测所述目标磁场。然后，通过减去电流传感器80A的输出与电流传感器81A的输出之间的差，来消除所述噪声，并且仅有目标磁场被提取和观察。利用所述两个传感器，还可以增加信号的增益。需要注意的是，当信号的增益过大时，可通过将其输入到图1所示的微型计算机20并随后将其量值减半，来进行操作处理。
实际上，两个传感器之间的噪声分量并不相同，这是因为：这两个传感器被安装于母线的顶部和底部；与邻近母线之间的距离可能不同；或者所述母线被外壳覆盖。因此，在传感器被装配在实际布置中的状态下，需要使得电流向各相流动，以得知流过其它相的电流的影响程度，并独立地对来自两个装配的电流传感器的输出用α、β进行加权。
操作部分82和84根据噪声的量值对传感器的输出进行α、β加权操作。通过读取所述输出并在减法部分86减去操作部分82和84之间的差，可得到波形W3，从而正好消除了噪声分量。
需要注意的是，图13中电流传感器81A测量磁场时的检测方向可以反转。在这种情况下，通过将减法部分86替换为加法部分，即可获得相同的效果。
可被作为噪声消除的其它可能的噪声分量可以是地磁等。
<第四实施例>
图15示出了第四实施例的电流检测部分的结构。
在图15中，主板(main board)90，电流传感器板94、100、106和112均为刚性基片。所述刚性基片由弹性基片92、98、104和110相连接。无芯电流传感器96安装在电流传感器板94上，而无芯电流传感器102安装在电流传感器板100上。
无芯电流传感器108安装在电流传感器板106上，而无芯电流传感器114安装在电流传感器板112上。
于是，在附着于所述母线之前，所述电流传感器板预先通过弹性基片相互连接。
图16示出了电流检测部分附着于母线的状态。
参照图16，电流传感器板94和100附着于母线120的两侧，并通过弹性基片98相连接。
图1所示的微型计算机20安装在主板90上，从所述电流传感器到微型计算机20的信号通过在弹性基片上形成的互连线传送。
于是，通过如图15所示预先连接所述弹性板和所述刚性板，以及连接所述电流传感器板和所述主板，所述弹性基片98可用于促进附着于所述母线。
图17示出了电流传感器被布置在一侧的示例性情况。
参照图17，无芯电流传感器136、142和148分别安装在电流传感器板134、140和146上。对于主板130，电流传感结果从电流传感器板134、140和146的每一个传送。所述电流传感器板和主板130由弹性基片132、138和144连接。弹性基片包括用于传送所述电流传感结果或向所述传感器供电的互连线。
通过在安装到母线上之前预先连接所述主板和所述电流传感器板，可以省去将所述电流检测装置装配到所述母线的工作。
尽管对本发明进行了详细描述和说明，但可以清楚地理解，这仅用于说明和举例，而非限制的目的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求的权项所限定。
Claims (16)
1.一种电流检测装置，包括：
多条母线，每一条均用于通过电流；
电流传感器，用于传感所述多条母线中的第一母线附近的磁场，以检测流过所述第一母线的电流；以及
磁屏蔽，被提供给所述多条母线中的第二母线，所述第二母线被布置在可导致对所述电流传感器的磁干扰的位置，从而减小其对所述电流传感器的磁干扰。
2.根据权利要求1的电流检测装置，进一步包括：
处理部分，用于接收所述电流传感器的输出，以传感流过相应母线的电流值；以及
有弹性的弹性基片，其具有用于电连接所述处理部分和所述电流传感器的互连线。
3.根据权利要求1的电流检测装置，其中，
所述电流传感器为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
4.一种电流检测装置，包括：
多条母线，每一条均用于通过电流，所述多条母线中的至少一部分被并行布置；以及
多个电流传感器，分别被安排给所述多条母线，其中，
所述多个电流传感器被布置于沿着所述多条母线中并行布置部分的交替错位位置。
5.根据权利要求4的电流检测装置，其中，
所述多个电流传感器中的每一个传感相应母线附近的磁场，以检测流过所述相应母线的电流，并且
所述电流检测装置进一步包括：
多个磁屏蔽，其被分别安排给所述多条母线的每一条，以减小对布置在邻近母线的电流传感器的磁干扰。
6.根据权利要求5的电流检测装置，其中，
所述多个磁屏蔽被布置于沿着所述多条母线中并行布置部分的交替错位位置。
7.根据权利要求4的电流检测装置，进一步包括：
处理部分，用于接收所述电流传感器的输出，以传感流过相应母线的电流值；以及
有弹性的弹性基片，其具有用于电连接所述处理部分和所述电流传感器的互连线。
8.根据权利要求4的电流检测装置，其中，
所述电流传感器为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
9.一种电流检测装置，其包括：
第一母线，用于通过电流；
多个电流传感器，其被安排给所述第一母线；以及
处理部分，用于接收所述多个电流传感器的输出，以传感流过所述第一母线的电流值。
10.根据权利要求9的电流检测装置，其中，
所述第一母线为板状形状，并且其中，
所述多个电流传感器包括用于传感所述第一母线附近的磁场的第一和第二磁场传感器，所述第一磁场传感器被布置于所述第一母线的顶面，而所述第二磁场传感器被布置于所述第一母线的底面。
11.根据权利要求10的电流检测装置，进一步包括：
操作部分，用于接收所述第一和第二磁场传感器的输出，并进行消除噪声的处理。
12.根据权利要求10的电流检测装置，进一步包括：
第二母线，其被布置在可导致对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰的位置；以及，
磁屏蔽，其被提供给所述第二母线，以减少对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰。
13.根据权利要求9的电流检测装置，其中，
所述第一母线为板状形状，并且其中，
所述多个电流传感器包括用于传感所述第一母线附近的磁场的第一和第二磁场传感器，所述第一和第二磁场传感器被布置于所述第一母线的同一表面。
14.根据权利要求13的电流检测装置，进一步包括：
第二母线，其被布置在可导致对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰的位置；以及，
磁屏蔽，其被提供给所述第二母线，以减少对所述第一和第二磁场传感器的磁干扰。
15.根据权利要求9的电流检测装置，进一步包括：
有弹性的弹性基片，其具有用于电连接所述处理部分和所述多个电流传感器的互连线。
16.根据权利要求9的电流检测装置，其中，
所述电流传感器的每一个均为无芯型电流传感器，其无需使用磁芯即可进行电流传感。
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