CN205665300U - 电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电流传感器，包括励磁电流导线、线性霍尔效应传感器，励磁电流导线包括弯曲部，线性霍尔效应传感器位于弯曲部的内弯侧区域。取消了聚磁环，提升了电流传感器的响应速度，降低传感器的重量和体积。

Description

电流传感器

技术领域

本实用新型涉及电流传感器技术领域，特别涉及霍尔电流传感器模块技术。

背景技术

霍尔电流传感器是一种用于测量电流的传感器，其特点是利用霍尔磁传感器检测被测量导线周围的磁场来推算出被测量导线中的大流大小以及方向等等。常见的霍尔电流传感器包含有聚磁环（由导磁率高的硅钢片组成）、霍尔传感器元件、高精度放大器、以及闭环调零电路等等，霍尔传感器元件位于聚磁环的两端，感应聚磁环两端之间的磁场大小，而被测电流横穿聚磁环。此类传感器存在以下几点问题：1、重量大，由于存在由硅钢片构成的铁芯，导致传感器的重量较大；2、速度慢，硅钢片铁芯存在磁滞效应，会降低传感器的响应速度；3、降低传感器的精度。4、可靠性差，闭环霍尔电流传感器的调零电路通常采用电位器调整，该电位器会降低传感器在极端条件下的可靠性；5、加工成本高，电位器需要在传感器组装完成后，采用人工方式来调整电位器，以达到调零的目的，使得生产成本高，效率低。

实用新型内容

本实用新型提供一种电流传感器，取消了聚磁环，提升了电流传感器的响应速度，降低传感器的重量和体积。

电流传感器，包括励磁电流导线、线性霍尔效应传感器，励磁电流导线包括弯曲部，线性霍尔效应传感器位于弯曲部的内弯侧区域。

励磁电流导线通过被测量电流，将励磁电流导线弯曲形成励磁线圈，励磁电流导线周围的磁场则会形成强磁场区域，励磁线圈中间产生穿过线圈的磁场B，该磁场B与励磁线圈中通过的电流大小成正比，线性霍尔效应传感器放置于弯曲部的内弯侧区域（线圈当中）。

根据电磁学物理，通电导线（励磁电流导线）的周围都会产生磁场，而且该磁场的大小与导线（励磁电流导线）中电流的大小成正比，而方向则与电流方向相关。如果该导线为环形，通过导线（励磁电流导线）的电流可以在内部产生相对均匀的磁场。该磁场较弱，该磁场强度计算公式如下：

B=μ0×N×I

其中μ0为真空磁导率，N为线圈的匝数，I为线圈中通过的电流大小。

从上面公式中可以看到，当励磁线圈匝数固定时，磁场大小B与电流大小，线性相关。将线性霍尔效应传感器放置于励磁线圈的内位置（优选中心位置）。利用霍尔效应传感器IC测量该磁场的大小，就可以得到电流的大小。

优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述线性霍尔效应传感器位于弯曲部任意一段圆弧的圆心所处位置。

优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述弯曲部弯曲成半圆形，线性霍尔效应传感器位于半圆形的圆心所处位置，本技术方案仅仅将弯曲部弯曲成半圆形，可以探测电流可达100A的电流。

优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述弯曲部弯曲成至少1圈的螺旋线，线性霍尔效应传感器位于螺旋线的轴心所处位置。通过调整弯曲部的圈数，可以使得传感器能够探测更低的电流，可以应用于小电流传感器和电压传感器。

优选的，为了小型化收缩电流传感器，为了将上述器件进行封装，形成小型的电路传感器，还包括PCB板，励磁电流导线与线性霍尔效应传感器均位于PCB板上。

励磁电流导线的两端贯穿PCB板形成2个导电引脚。通过这两个2个导电引脚进行输入和输出电流。

优选的，励磁电流导线的第一端连接有第一直线段，励磁电流导线的第二端连接有第二直线段，第一直线段远离第一端的一端和第二直线段远离第二端的一端分别贯穿PCB板形成导电引脚。

优选的，PCB板上还设置有至少1对兼容引脚，1对兼容引脚包括2个对称的兼容引脚，2个对称的兼容引脚贯穿PCB板后分别连接在励磁电流导线的第一直线段和第二直线段上。兼容引脚可以直接兼容国外的进口传感器模块方案。

优选的，所述励磁电流导线的两端形成2个贴片型导电引脚。贴片型导电引脚兼容SMT工艺的无铁芯电流传感器方案，可以采用SMT回流焊工艺进行加工。

所述线性霍尔效应传感器的信号输出端连接后处理电路。后处理电路包括高精度放大器、以及闭环调零电路等等，属于现有技术范畴，再此不在赘述。

本实用新型取消了传统的霍尔电流传感器的铁芯，利用了导电线线圈作为励磁线圈，采用线性霍尔传感器探测励磁线圈的磁场来测量励磁线圈中流过的电流大小以及方向。

线性霍尔传感器放置于励磁线圈的圆心处，以获得最大的磁场强度。线性霍尔传感器是一颗可编程霍尔效应传感器，用户可以通过调节传感器的灵敏度来减少生产过程中由于装配引入的误差。传感器输出的引脚接口可以为3脚或者4脚。

本实用新型的优点有：

1.成本低，传感器中不含有铁芯聚磁环，其体积小，生产工艺简单，成本低；

2.体积小，结构简单，体积小巧，占用PCB板面积小；

3.响应速度快，传感器结构中不含铁芯，无磁滞效应，具有快速响应能力；

4.抗干扰能力强，无铁芯聚磁效应，内部可以通过调节自身线圈匝数调节霍尔传感器的磁通量，增强信号强度，降低外部磁场对传感器的干扰，提升了抗干扰能力；

5.一致性好，进行封装生产，能够保证传感器消除由安装，生产带来的误差，保证传感器具有良好的一致性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是设置有兼容引脚的本实用新型结构示意图；

图3是设置有贴片型导电引脚的本实用新型结构示意图；

图4是弯曲部呈螺旋线的本实用新型结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：2、线性霍尔效应传感器，3、后处理电路，4、PCB板，11、弯曲部，12、第一直线段，13、第二直线段，14、导电引脚，15、兼容引脚，16、贴片型导电引脚。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1-图4所示，

电流传感器，包括励磁电流导线、线性霍尔效应传感器2，励磁电流导线包括弯曲部11，线性霍尔效应传感器2位于弯曲部的内弯侧区域。

励磁电流导线通过被测量电流，将励磁电流导线弯曲形成励磁线圈，励磁电流导线周围的磁场则会形成强磁场区域，励磁线圈中间产生穿过线圈的磁场B，该磁场B与励磁线圈中通过的电流大小成正比，线性霍尔效应传感器放置于弯曲部的内弯侧区域（线圈当中）。

根据电磁学物理，通电导线（励磁电流导线）的周围都会产生磁场，而且该磁场的大小与导线（励磁电流导线）中电流的大小成正比，而方向则与电流方向相关。如果该导线为环形，通过导线（励磁电流导线）的电流可以在内部产生相对均匀的磁场。该磁场较弱，该磁场强度计算公式如下：

B=μ0×N×I

其中μ0为真空磁导率，N为线圈的匝数，I为线圈中通过的电流大小。

从上面公式中可以看到，当励磁线圈匝数固定时，磁场大小B与电流大小，线性相关。将线性霍尔效应传感器放置于励磁线圈的内位置（优选中心位置）。利用霍尔效应传感器IC测量该磁场的大小，就可以得到电流的大小。

实施例2：

优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述线性霍尔效应传感器2位于弯曲部任意一段圆弧的圆心所处位置。

实施例3：

如图1所示，优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述弯曲部11弯曲成半圆形，线性霍尔效应传感器2位于半圆形的圆心所处位置，本技术方案仅仅将弯曲部11弯曲成半圆形，可以探测电流可达100A的电流。

实施例4：

如图4所示，优选的，并使得霍尔感应点与线圈的圆心重合，这时，通过线性霍尔效应传感器的霍尔感应点的磁场处于最强状态，电流传感器能够获得最大的灵敏度，因此，优先将所述弯曲部11弯曲成至少1圈的螺旋线，线性霍尔效应传感器2位于螺旋线的轴心所处位置。通过调整弯曲部11的圈数，可以使得传感器能够探测更低的电流，可以应用于小电流传感器和电压传感器。

实施例5：

优选的，为了小型化收缩电流传感器，为了将上述器件进行封装，形成小型的电路传感器，还包括PCB板，励磁电流导线与线性霍尔效应传感器均位于PCB板上。

励磁电流导线的两端贯穿PCB板形成2个导电引脚。通过这两个2个导电引脚进行输入和输出电流。

优选的，励磁电流导线的第一端连接有第一直线段12，励磁电流导线的第二端连接有第二直线段13，第一直线段远离第一端的一端和第二直线段远离第二端的一端分别贯穿PCB板形成导电引脚14。

实施例6：

如图2所示，优选的，PCB板上还设置有至少1对兼容引脚，1对兼容引脚包括2个对称的兼容引脚15，2个对称的兼容引脚贯穿PCB板后分别连接在励磁电流导线的第一直线段和第二直线段上。兼容引脚可以直接兼容国外的进口传感器模块方案。

实施例7：

如图3所示，优选的，所述励磁电流导线的两端形成2个贴片型导电引脚16。贴片型导电引脚兼容SMT工艺的无铁芯电流传感器方案，可以采用SMT回流焊工艺进行加工。

本实用新型的所述线性霍尔效应传感器2的信号输出端连接后处理电路3。后处理电路包括高精度放大器、以及闭环调零电路等等，属于现有技术范畴，再此不在赘述。

本实用新型取消了传统的霍尔电流传感器的铁芯，利用了导电线线圈作为励磁线圈，采用线性霍尔传感器探测励磁线圈的磁场来测量励磁线圈中流过的电流大小以及方向。

线性霍尔传感器放置于励磁线圈的圆心处，以获得最大的磁场强度。线性霍尔传感器是一颗可编程霍尔效应传感器，用户可以通过调节传感器的灵敏度来减少生产过程中由于装配引入的误差。传感器输出的引脚接口可以为3脚或者4脚。

本实用新型可以探测高达100A的直流电或者交流电，也可以探测微电流。该传感器内部不含铁心聚磁环，提升了电流传感器的响应速度，降低传感器的重量和体积。由于采用线性霍尔传感器，该电流传感器可采用软件数字接口调整传感器的增益和零磁场输出误差，达到跟闭环电流传感器同样的效果，同时由于没有采用电位器调零，传感器的可靠性也得以提升。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.电流传感器，其特征在于：包括励磁电流导线、线性霍尔效应传感器（2），励磁电流导线包括弯曲部（11），线性霍尔效应传感器（2）位于弯曲部的内弯侧区域。

2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述线性霍尔效应传感器（2）位于弯曲部任意一段圆弧的圆心所处位置。

3.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于：所述弯曲部（11）弯曲成半圆形，线性霍尔效应传感器（2）位于半圆形的圆心所处位置。

4.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于： 所述弯曲部（11）弯曲成至少1圈的螺旋线，线性霍尔效应传感器（2）位于螺旋线的轴心所处位置。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电流传感器，其特征在于：还包括PCB板（4），励磁电流导线与线性霍尔效应传感器均位于PCB板上。

6.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于：励磁电流导线的两端贯穿PCB板形成2个导电引脚（14）。

7.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于：励磁电流导线的第一端连接有第一直线段（12），励磁电流导线的第二端连接有第二直线段（13），第一直线段远离第一端的一端和第二直线段远离第二端的一端分别贯穿PCB板形成导电引脚（14）。

8.根据权利要求7所述的电流传感器，其特征在于：PCB板上还设置有至少1对兼容引脚，1对兼容引脚包括2个对称的兼容引脚（15），2个对称的兼容引脚贯穿PCB板后分别连接在励磁电流导线的第一直线段和第二直线段上。

9.根据权利要求5所述的电流传感器，其特征在于：所述励磁电流导线的两端形成2个贴片型导电引脚（16）。

10.根据权利要求1-4中任意一项所述的电流传感器，其特征在于：所述线性霍尔效应传感器（2）的信号输出端连接后处理电路（3）。