CN210626545U - 电路板及电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种电路板及电力电子设备，所述电路板包括由绝缘材料构成的基板、分别位于所述基板的N条电流迹线以及设置在所述基板表面的N个磁感应器件，所述N为大于或等于2的整数；每一所述电流迹线上设置有检测段，且所述N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一条所述电流迹线的检测段的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各所述电流迹线上的检测段不在同一直线上。本实用新型实施例通过调整电流迹线在基板上的布局，减小了电流迹线之间的干扰，提高了电流检测的精度。

Description

电路板及电力电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及电流检测领域，更具体地说，涉及一种电路板及电力电子设备。

背景技术

在对印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上电流走线的电流进行监测时，一般通过采用霍尔元件、各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto resistance，AMR)元件、巨磁电阻(Giant Magneto resistance，GMR)元件或隧道磁电阻(Tunnel MagnetoResistance，TMR)元件等磁感应器件，把电流转化为容易被识别的电压值，然后根据电压值获得对应的监测数据。在上述方案中，通常磁感应器件直接焊接在PCB的顶层上，磁感应器件的下方直接走电流线。

对于变频器等应用场合，一般具有多相输入/输出电流I_u、I_v、I_w，每一相输入/输出电流通过PCB 1上的一条铜皮11实现，且多相输入/输出电流对应的铜皮11在PCB上平行设置，如图1所示。在对上述多相输入/输出电流进行检测时，需在每一相输入/输电流出对应的铜皮11上设置一个磁感应器件2进行电流检测。并且由于PCB 1上铜皮11内部产生的磁场为环形磁场，每一磁感应器件2放置的位置需恰好使其磁场敏感方向与铜皮11内电流产生的磁场方向平行。

如图2中所示，以U相为例，PCB 1上流经铜皮11内部的电流I_u会产生环形的磁场，U相的磁感应器件2会输出反映U相电流I_u的信号。U相电流I_u产生的磁场强度虽然会随着与U相铜皮11距离增加而降低，但在V相和W相的磁感应器件2位置上，仍然也会有U相电流I_u产生的磁场，且该磁场也存在与V相和W相磁感应器件2敏感方向平行的磁场分量。该分量会叠加在V相电流I_v和W相电流I_w产生的磁场上，V相和W相的磁感应器件2输出信号反映的V相电流I_v和W相电流I_w大小之间就会存在偏差。该偏差即为相间的相互干扰，这种相间的相互影响就会造成磁感应器件2检测电流精度的降低。

实用新型内容

本实用新型实施例针对上述多相输入/输出电流检测时，因其他相电流产生的磁场叠加而导致的电流检测结果产生偏差的问题，提供一种新的电路板及电力电子设备。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种电路板，包括由绝缘材料构成的基板、分别印制到所述基板的N条电流迹线以及设置在所述基板表面的N个磁感应器件，所述N为大于或等于2的整数；每一所述电流迹线上设置有检测段，且所述N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一条所述电流迹线的检测段的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各所述电流迹线上的检测段不在同一直线上。

优选地，每一所述电流迹线上还设置有非检测段，每一所述电流迹线的检测段与同一电流迹线上的非检测段不在同一直线上。

优选地，每一所述电流迹线的检测段与同一电流迹线上的非检测段相互垂直，且各所述电流迹线上的检测段相互平行。

优选地，每一所述电流迹线的非检测段包括设置在所述电流迹线的检测段两端的首段和尾段。

优选地，每一所述磁感应器件的内部磁场检测方向，与流经对应的电流迹线检测段的电流在所述磁感应器件处所产生的磁场的方向平行。

优选地，所述电路板上包括整流电路，所述N条电流迹线分别为所述整流电路的相电流输入线，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值；

或者，所述电路板上包括逆变电路，所述N条电流迹线分别为所述逆变电路的相电流输出线，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值。

优选地，所述电流迹线与位于流经所述电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内的磁感应器件位于所述基板的同一侧表面，且所述磁感应器件与对应电流迹线的检测段通过绝缘材料相隔；

或者，所述电流迹线位于所述基板的第一侧表面，位于流经所述电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内的磁感应器件位于所述基板的第二侧表面。

优选地，每一所述电流迹线的检测段的至少一部分位于其他电流迹线的非检测段的延长线上。

本实用新型还提供一种电力电子设备，包括如上任一项所述的电路板。

本实用新型还提供一种电力电子设备，包括由绝缘材料构成的基板、独立于所述基板的N条电流迹线以及设置在所述基板表面的N个磁感应器件，所述N为大于或等于2的整数；所述磁感应器件通过基板或绝缘介质与所述电流迹线电气隔离；每一所述电流迹线上设置有检测段，且所述N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一条所述电流迹线的检测段的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各所述电流迹线上的检测段不在同一直线上。

本实用新型实施例的电路板及电力电子设备，通过在每一电流迹线上设置检测段，并使多条电流迹线上的检测段产生的磁场互相不产生叠加，或各检测段产生的磁场互相影响很小，从而减小了其他电流迹线上的电流产生的感应磁场对电流检测结果的影响，提高了电流检测精度。

附图说明

图1是现有电路板中多相输入/输出电流检测的示意图；

图2是现有电路板中电流检测时相间干扰的示意图；

图3是本实用新型第一实施例提供的电路板的结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例提供的电路板的结构示意图；

图5是本实用新型第三实施例提供的电路板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图3所示，是本实用新型实施例提供的电路板的示意图，该电路板可以为电力电子设备(例如变频器、变流器等)中的驱动板等，且该电路板具有对用于对传输电流的电流迹线进行电流检测的功能(流经上述电流迹线中的电流通常较大)。本实施例的电路板包括基板3、分别位于基板3的三条电流迹线(例如电流迹线可由印制到基板3的铜皮构成)以及设置在基板3上的三个磁感应器件4，其中上述基板3由绝缘材料(例如环氧树脂等)加工而成，且该基板3与印制在该基板3上的电路构成PCB。

在实际应用中，三个磁感应器件4既可直接焊接在基板3上，也可经由独立的印制电路板固定到基板3上(即先将三个磁感应器件4分别焊接到印制电路板，然后再将该焊接有三个磁感应器件4的印制电路板焊接到基板3的表面)。上述三个磁感应器件4可分别将其所在位置的磁场转换为电压信号输出。具体地，上述三个磁感应器件4可采用以下元件之一：霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件、隧道磁电阻元件等。

具体地，每一电流迹线上具有检测段311，且三个磁感应器件4分别位于流经其中一条电流迹线的检测段311的电流所产生的磁场范围内，从而可通过三个磁感应器件4分别对三条电流迹线中的电流进行检测。为避免电流迹线对检测结果相互干扰，每一条电流迹线的检测段311的垂向投影段311’与其余各条电流迹线的检测段311的垂向投影段311’不相重叠(包括部分重叠)，且各电流迹线上的检测段311不在同一直线上，即三个检测段311相错设置。

当然，在实际应用中，上述基板3上也可以具有两条电流迹线，相应地，基板3表面也设置有两个磁感应器件4；此外，基板3上还可具有四条及以上电流迹线，且基板3表面也焊接有相同数量的磁感应器件4。

上述电路板通过在每一电流迹线上设置检测段311，并使多条电流迹线上的检测段311的垂向投影段311’与其余各条电流迹线的检测段311的垂向投影段311’不相重叠(包括部分重叠)，从而减小了其他电流迹线的检测段311上的电流产生的感应磁场对电流检测结果的影响，减小了相间干扰，提高了电流检测精度。并且，由于各电流迹线上的检测段311不在同一直线上，可使得电路板的布局更加灵活。

根据右手定则，当电流迹线的检测段311中存在电流时，在与该检测段311对应的磁感应器件4位置会产生磁场。在本实用新型的一个实施例中，为达到最佳的电流检测效果，可使上述磁感应器件4的内部磁场检测方向，与流经对应电流迹线的检测段311的电流产生的磁场的方向平行。为进一步提高磁感应器件4的检测精度，可使上述电流迹线的检测段311穿过对应磁感应器件4在基板3的正投影区域，即电流迹线的检测段311位于对应磁感应器件4的正下方。

如图4所示，是本实用新型第二实施例提供的电路板的示意图。与第一实施例类似地，本实施例的电路板包括基板5、分别位于基板5的三条电流迹线以及设置在基板5上的三个磁感应器件6，其中上述基板5由绝缘材料加工而成，每一电流迹线上具有检测段511，且三个磁感应器件6分别位于流经其中一条电流迹线的检测段511的电流所产生的磁场范围内。

为了保证每一条电流迹线的检测段511的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段511的垂向投影段不相重叠，同时避免单条电流迹线的占用区域过大，上述每一电流迹线上还设置有非检测段512(同一电流迹线上的检测段511和非检测段512导电连接)，并且每一电流迹线的检测段511与同一电流迹线上的非检测段512不在同一直线上。

特别地，为使非检测段512中电流对检测结果的影响最小，可使每一电流迹线的检测段511与同一电流迹线上的非检测段512相互垂直，且各电流迹线上的检测段511相互平行。这样，根据右手定则，非检测段512中电流产生的磁场垂直于磁感应器件4的内部磁场检测方向，即非检测段512中电流产生的磁场在磁感应器件4的内部磁场检测方向的分量为零，不会对检测段511中的电流产生的磁场产生干扰。

上述电路板可包括整流电路，即基板5上焊接有用于对外部输入的交流电进行整流处理的相关电子元件，三条电流迹线分别为整流电路的三相电流输入线I_u、I_v、I_w，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值D(如图4所示，不仅相邻电流迹线的非检测段512之间的间距大于预设的安规距离阈值D，相邻电流迹线的检测段511之间的间距大于预设的安规距离阈值D，而且电流迹线的非检测段512与相邻的电流迹线的检测段511之间的间距也大于预设的安规距离阈值D)，以使电流迹线之间满足绝缘和安规要求。当然，上述电路板也可包括逆变电路，即基板5上焊接有用于对直流电进行逆变处理的相关电子元件，三条电流迹线分别为逆变电路的三相电流输出线，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值D。

为保证安装，上述电流迹线与磁感应器件6位于基板5的同一侧表面时，可在磁感应器件6与对应电流迹线的检测段511之间增加绝缘隔离材料，以实现磁感应器件6与电流迹线之间的电气隔离。

此外，也可将磁感应器件6焊接在基板5的第一侧表面，而将电流迹线设置在基板5的第二侧表面，从而可通过基板5保证磁感应器件6与电流迹线之间满足绝缘和安规要求。当然，在实际应用中，也可使部分电流迹线位于基板5的第一侧表面，用于检测该部分电流迹线中电流的磁感应器件6则位于基板5的第二侧表面；另外部分电流迹线位于基板5的第二侧表面，用于检测该另外部分电流迹线中电流的磁感应器件6则位于基板5的第一侧表面。

如图5所示，是本实用新型第三实施例提供的电路板的示意图。与第一实施例类似地，本实施例的电路板包括基板7、分别位于基板7的三条电流迹线以及设置在基板7上的三个磁感应器件8，其中上述基板7由绝缘材料加工而成，每一电流迹线上具有检测段711，且三个磁感应器件8分别位于流经其中一条电流迹线的检测段711的电流所产生的磁场范围内。

在本实施例中，每一电流迹线的检测段711的首端和尾端分别具有非检测段的首段712和尾段713，通过该结构，可使得电路板应用于更复杂的场合，例如可避开电路板上的其他元件，以避免其他元件对磁感应器件8的检测结果的干扰。并且，上述每一电流迹线中的检测段711与同一电流迹线上的非检测段的首段712和尾段713分别相互垂直。即每一电流迹线经过两次90°折弯，对应的磁感应器件8位于电流迹线的中间折线段，如图5中的水平段。从而不仅其他电流迹线上的非检测段中电流产生的磁场，而且同一电流迹线上的非检测段中电流产生的磁场，都与检测段711上的磁感应器件8的内部磁场检测方向相垂直，都不会对磁感应器件8的检测结果产生影响，进一步提高了电流检测精度。

为了方便电路板布线，在每一电流迹线中，非检测段的首段712和尾段713位于检测段711的不同侧，例如非检测段的首段712位于检测段711的上方，非检测段的尾段713位于检测段711的下方。并且，上述三条电流迹线中的电流流向相同，例如图5所示，三条电流迹线中的电流方向分别为从上至下。

此外，为减小电路板的面积，可使电流迹线在满足绝缘和安规要求的前提下，其间距尽量最小，可使每一电流迹线的检测段711的至少一部分位于其他电流迹线的非检测段的延长线上，例如连接I_u的电流迹线的检测段711位于连接I_v的电流迹线的非检测段的首段712的延长线712’上。

本实用新型实施例还提供一种电力电子设备，该电力电子设备可以为变频器、伺服驱动器等，且该电力电子设备包括如上所述的电路板。

本实用新型还提供一种电力电子设备，该电力电子设备可检测电流输入/输出母排(铜排或铝排)上的电流。具体地，该电力电子设备包括由绝缘材料构成的基板、分别独立于上述基板的N条电流迹线(例如由铜排或铝排构成)以及设置在基板表面的N个磁感应器件(N为大于或等于2的整数)；基板固定在N条电流迹线上，且磁感应器件通过基板或绝缘介质与电流迹线电气隔离；每一电流迹线上设置有检测段，且N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一电流迹线的检测段与的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各电流迹线上的检测段不在同一直线上。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电路板，其特征在于，包括由绝缘材料构成的基板、分别位于所述基板的N条电流迹线以及设置在所述基板表面的N个磁感应器件，所述N为大于或等于2的整数；每一所述电流迹线上设置有检测段，且所述N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一条所述电流迹线的检测段的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各所述电流迹线上的检测段不在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，每一所述电流迹线上还设置有非检测段，每一所述电流迹线的检测段与同一电流迹线上的非检测段不在同一直线上。

3.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于，每一所述电流迹线的检测段与同一电流迹线上的非检测段相互垂直，且各所述电流迹线上的检测段相互平行。

4.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，每一所述电流迹线的非检测段包括设置在所述电流迹线的检测段两端的首段和尾段。

5.根据权利要求1所述的电路板，其特征在于，每一所述磁感应器件的内部磁场检测方向，与流经对应的电流迹线检测段的电流在所述磁感应器件处所产生的磁场的方向平行。

6.根据权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述电路板上包括整流电路，所述N条电流迹线分别为所述整流电路的相电流输入线，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值；

或者，所述电路板上包括逆变电路，所述N条电流迹线分别为所述逆变电路的相电流输出线，且相邻的电流迹线之间的距离大于预设的安规距离阈值。

7.根据权利要求6所述的电路板，其特征在于，所述电流迹线与位于流经所述电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内的磁感应器件位于所述基板的同一侧表面，且所述磁感应器件与对应电流迹线的检测段通过绝缘材料相隔；

或者，所述电流迹线位于所述基板的第一侧表面，位于流经所述电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内的磁感应器件位于所述基板的第二侧表面。

8.根据权利要求3所述的电路板，其特征在于，每一所述电流迹线的检测段的至少一部分位于其他电流迹线的非检测段的延长线上。

9.一种电力电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的电路板。

10.一种电力电子设备，其特征在于，包括由绝缘材料构成的基板、独立于所述基板的N条电流迹线以及设置在所述基板表面的N个磁感应器件，所述N为大于或等于2的整数；所述磁感应器件通过基板或绝缘介质与所述电流迹线电气隔离；每一所述电流迹线上设置有检测段，且所述N个磁感应器件分别位于流经其中一条电流迹线的检测段的电流所产生的磁场范围内；每一条所述电流迹线的检测段的垂向投影段与其余各条电流迹线的检测段的垂向投影段不相重叠，且各所述电流迹线上的检测段不在同一直线上。

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