CN212780962U - 隧道磁阻电流传感器及断路器 - Google Patents

Abstract

一种隧道磁阻电流传感器及断路器，隧道磁阻电流传感器包括铁芯互感器和包括至少一个TMR芯片的隧道磁阻电流传感器电路，所述铁芯互感器与设有TMR芯片的隧道磁阻电流传感器电路连接，铁芯互感器感应产生的电流为TMR芯片供电。一种断路器，包括壳体和上述的隧道磁阻电流传感器，所述隧道磁阻电流传感器固设于所述壳体内部以用于检测主回路电流信号。本实用新型的一种隧道磁阻电流传感器，铁芯互感器与穿过铁芯互感器的通电导体配合产生感应电流，感应电流为TMR芯片供电，不需要额外供电就可以直接应用于断路器或电子式过载继电器等产品中。

Description

隧道磁阻电流传感器及断路器

技术领域

本实用新型涉及电子式低压断路器的元器件，具体涉及一种隧道磁阻电流传感器及断路器。

背景技术

电流互感器是电子式低压断路器的一个重要元器件，主要用于检测主回路电流信号的信息并将检测到的信息传递给控制器用来判断主回路电流故障情况。传统的电流互感器大部分采用磁芯和线圈的组合方式，通过感应主回路磁场的变化来达到检测电流信息的目的。但受加工工艺的影响，磁芯和线圈的电流互感器体积较大，成本高而且无法精确测量一些重要参数，如频率响应、响应时间、线性度、精度等，因此，隧道磁阻(TMR)电流传感器以其精度高、线性范围广而被广泛使用。但由于TMR芯片需要单独供电才能提供由磁场转换的电压信号，现有的隧道磁阻电流传感器基本都需要由外部供电，因此使得这种需要由外部供电的隧道磁阻电流传感器不能直接应用于现有的断路器、电子式过载继电器等产品中。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、不需要外部供电的隧道磁阻电流传感器及断路器。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种隧道磁阻电流传感器，包括铁芯互感器和包括至少一个TMR芯片的隧道磁阻电流传感器电路，所述铁芯互感器与设有TMR芯片的隧道磁阻电流传感器电路连接，铁芯互感器感应产生的电流为TMR芯片供电。

优选的，所述隧道磁阻电流传感器电路包括电源单元和信号调理单元，所述电源单元与铁芯互感器连接，铁芯互感器感应产生的电流通过电源单元分别为TMR芯片和信号调理单元供电，所述信号调理单元与TMR芯片连接，信号调理单元用于接收并处理由TMR芯片传递的电压信号并向外输出经过处理的电压信号。

优选的，所述隧道磁阻电流传感器电路设置在一个PCB板上，在所述PCB板上设置有接口单元，所述接口单元分别与信号调理单元和电源单元连接。

优选的，所述PCB板整体呈圆环形，铁芯互感器与PCB板平行设置，且穿过铁芯互感器中部的通电导体也穿过PCB板。

优选的，隧道磁阻电流传感器还包括环形的传感器壳体，铁芯互感器与PCB板设置在传感器壳体内，在PCB板与铁芯互感器之间设有支撑杆，且所述支撑杆作为导电件将PCB板的电源单元与铁芯互感器的线圈连接在一起。

优选的，在环形的PCB板的板面上设有多个沿PCB板环向排列的TMR芯片，所述TMR芯片分别设置在PCB板的两侧板面上，且PCB板两侧的TMR芯片呈间隔交错的方式排布。

优选的，所述PCB板位于铁芯互感器的一侧，所述PCB板的外围设有屏蔽罩，所述铁芯互感器位于所述屏蔽罩之外。

优选的，所述PCB板整体呈板形，PCB板与铁芯互感器连接，且PCB板与穿过铁芯互感器的通电导体平行设置，PCB板与铁芯互感器保持相互垂直。

优选的，所述通电导体为导电铜排，在所述PCB板的一侧设有一个TMR芯片，PCB板的另一侧与导电铜排贴合。

优选的，所述隧道磁阻电流传感器电路还包括温度采集单元，铁芯互感器感应产生的电流通过电源单元为所述温度采集单元供电，所述温度采集单元用于采集TMR芯片的温度数据并向外输出经过处理的温度信号。优选的，铁芯互感器与PCB板之间的间距为0.5-2cmm。

一种断路器，包括壳体和上述的隧道磁阻电流传感器，所述隧道磁阻电流传感器固设于所述壳体内部以用于检测主回路电流信号。

本实用新型的一种隧道磁阻电流传感器，铁芯互感器与穿过铁芯互感器的通电导体配合产生感应电流，感应电流为TMR芯片供电，不需要额外供电就可以直接应用于断路器或电子式过载继电器等产品中。

此外，通过在PCB板上设置电源单元、信号调理单元、温度采集单元和TMR芯片，通过PCB板的电路将电源单元、信号调理单元、温度采集单元和TMR芯片连接在一起，节省了空间；设置在PCB板上的TMR芯片排列方式样，PCB板的形状多样，能够灵活适应断路器或电子式过载继电器等产品的内部环境；在环状的PCB板的两侧交错布置多个TMR芯片，不仅增加了TMR芯片的数量，而且提高了检测精度，增强了产品的抗干扰能力。

本实用新型的断路器，在其壳体内设置有用于检测主回路电流信号的隧道磁阻电流传感器，并且不需要额外为隧道磁阻电流传感器供电。

附图说明

图1是本实用新型一种隧道磁阻电流传感器的结构示意图；

图2是本实用新型一种隧道磁阻电流传感器中第一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一种隧道磁阻电流传感器中第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至3给出的实施例，进一步说明本实用新型的一种隧道磁阻电流传感器及断路器的具体实施方式。本实用新型的一种隧道磁阻电流传感器及断路器不限于以下实施例的描述。

一种隧道磁阻电流传感器，包括铁芯互感器1和包括至少一个TMR芯片3的隧道磁阻电流传感器电路，所述铁芯互感器1与设有TMR芯片3的隧道磁阻电流传感器电路连接，铁芯互感器1感应产生的电流为TMR芯片3供电。

本实用新型的一种隧道磁阻电流传感器，铁芯互感器1与穿过铁芯互感器1的通电导体2配合产生感应电流，感应电流为TMR芯片3供电，不需要额外供电就可以直接应用于断路器或电子式过载继电器等产品中。

结合图1详细阐述本实用新型的设计原理，一种隧道磁阻电流传感器，铁芯互感器1和包括至少一个TMR芯片3的隧道磁阻电流传感器电路，所述隧道磁阻电流传感器电路基于TMR芯片3产生电流感应信号，所述的铁芯互感器1用于为隧道磁阻电流传感器电路供电。所述隧道磁阻电流传感器电路包括电源单元、信号调理单元和温度采集单元；所述铁芯互感器1与通电导体2同心配合感应产生为电源单元供电的电流，通过电源单元分别为TMR芯片3、信号处理单元和温度采集单元供电，所述电源单元用于对铁芯互感器1感应的电源进行降压、整流、滤波等处理；所述温度采集单元安装在TMR芯片3周围用于采集TMR芯片3的温度数据，温度采集单元不需要与TMR芯片3连接，温度采集单元可以是集成的芯片，也可以是温度探头，温度采集单元将TMR芯片3周围的温度传递至外部电路用于进行温度补偿计算；信号调理单元与TMR芯片3连接，信号调理单元用于接收并处理由TMR芯片3传递的电压信号，包括信号放大、滤波等操作，信号调理单元向外输出经过处理的电信号，温度采集单元向外输出处理后的温度信号，此外电源单元也可以用于向外输出电能。当然，作为一种变劣方案，隧道磁阻电流传感器内也可以不设置温度采集单元。

优选还包括接口单元41，所述接口单元41分别与信号调理单元、温度采集单元和电源单元连接，经过处理后的电信号、温度信号和电能通过接口单元41向外传输，如图1所示，外部的用户端可以通过与接口单元41连接获取TMR芯片采集的电信号、温度信号以及满足用户端的供电需求，用户端接入接口单元41后由上述电源单元的电能驱动自身系统，然后读出对应的电信号、温度信号进行数据处理，计算由温度引起的测量误差，并经过温度补偿计算出被测试电流的大小以供使用。当然，接口单元41可以由接线端子构成。

所述隧道磁阻电流传感器电路设置在一个PCB板4上，铁芯互感器1的线圈两端与PCB板4上的电源单元连接，电源单元通过PCB板4上的电路为TMR芯片3、信号处理单元和温度采集单元连接供电，所述温度采集单元设置在TMR芯片3周围用于采集TMR芯片3的温度，TMR芯片3通过PCB板4向信号调理单元传递电压信号。优选在PCB板4上设置接口单元41，采用PCB板4的焊盘作为接口单元41，信号调理单元、温度采集单元以及电源单元分别通过PCB板4与接口单元41连接，由接口单元41向外输出经过信号调理单元处理的电信号、经过温度采集单元处理的温度信号和电源单元提供的电能。这种通过PCB板4的电路将电源单元、信号调理单元、温度采集单元和TMR芯片3连接在一起的结构能够节省空间，提供空间利用率。

结合图2提供第一种实施例，设置有隧道磁阻电流传感器电路以及TMR芯片3的PCB板4整体呈圆环形，PCB板4设置于铁芯互感器1的一侧，且与铁芯互感器1平行设置，PCB板4与穿过铁芯互感器1中部的通电导体2相垂直，此时通电导体2可穿过铁芯互感器1和PCB板4的中部。优选的，铁芯互感器1与PCB板4之间的间距为0.5-2cm，在铁芯互感器1和PCB板4之间的间隔设置有屏蔽罩，以避免铁芯互感器1对TMR芯片3的影响。所述屏蔽罩设置在PCB板4的外围，所述铁芯互感器1位于所述屏蔽罩之外。

优选的，在TMR芯片3与铁芯互感器1之间设置有屏蔽层和绝缘层(图中未示出)，优选设置在铁芯互感器1与TMR芯片3之间的屏蔽层呈圆环形，屏蔽层的外边缘向一侧凸出形成凸边，所述凸边使屏蔽层的一侧形成圆环形凹槽，设有TMR芯片3的PCB板4对应的设置于圆环形凹槽内；设置在屏蔽层与铁芯互感器1之间的绝缘层呈圆环形，绝缘层的外边缘分别向两侧凸出形成凸边，所述凸边在绝缘层的两侧均形成环形凹槽，绝缘层一侧的环形凹槽用于安装屏蔽层，绝缘层另一侧的环形凹槽用于安装铁芯互感器1，需要说明的是，在屏蔽层、绝缘层上设置有连通外部的连通结构，所述连通结构用于PCB板4与外部结构连接，例如电源单元与铁芯互感器1的连接，接口单元41与外部元件的连接，所述连通结构通常设置为缺口或穿孔，屏蔽层和绝缘层应当与PCB板4的形状相适应，可以为矩形环状或多边形环状。

优选的，隧道磁阻电流传感器还包括环形的传感器壳体，铁芯互感器1与PCB板4设置在传感器壳体内。

在PCB板4与铁芯互感器1之间设有支撑杆5，且所述支撑杆5作为导电件将PCB板4的电源单元与铁芯互感器1的线圈连接在一起，所述支撑杆5可穿过设置在屏蔽层、绝缘层上的连通结构使电源单元和铁芯互感器1连接，铁芯互感器1与通电导体2感应产生电流后，感应电流通过支撑杆5输入电源单元内用于为信号调理单元、温度采集单元以及TMR芯片3供电，并且通过接口单元41为外部模块供电。

在环形的PCB板4的板面上设有多个沿PCB板4环向排列的TMR芯片3，多个TMR芯片3并联，且每个TMR芯片3距离通电导体2中心轴线的距离相等，每个TMR芯片3分别与信号调理单元连接，优选在PCB板4两侧的板面上均设置TMR芯片3，且PCB板4两侧的TMR芯片3呈间隔交错的方式排布。在环状的PCB板4的两侧交错布置多个TMR芯片3，不仅增加了TMR芯片3的数量，而且提高了检测精度，增强了产品的抗干扰能力。

在本实施例中，PCB板4为圆弧形，当然PCB板4也可以为矩形环状和其他多边形环状。此外，PCB板4通过支撑杆5连接，也可以不设置支撑杆5直接将PCB板4与铁芯互感器1连接。

结合图3提供第二种实施例，设置有隧道磁阻电流传感器电路以及TMR芯片3的PCB板4整体呈板形，本实施例与第一种实施例所不同的是，所述PCB板4的中部不设置供通电导体2穿过的孔，PCB板4与铁芯互感器1直接连接，且PCB板4与通电导体2平行设置，PCB板4与铁芯互感器1保持相互垂直。优选所述通电导体2为导电铜排，在所述PCB板4的一侧设有一个TMR芯片3，PCB板4的另一侧与作为通电导体2的导电铜排贴合，此时屏蔽层、绝缘层可以涂覆在设有TMR芯片3的一侧。

在本实施例中，PCB板4上仅使用一个TMR芯片3，使产品体积小，利于降低成本。

结合第一种实施例和第二种实施例可知，设置在PCB板4上的TMR芯片3排列方式多样及PCB板4的形状多样，能够灵活适应断路器或电子式过载继电器等产品的内部环境。

一种断路器(未示出)，包括壳体和上述的隧道磁阻电流传感器，所述隧道磁阻电流传感器固设于所述壳体内部以用于检测主回路电流信号，并且不需要额外为隧道磁阻电流传感器供电，断路器的主回路穿过所述隧道磁阻电流传感器的铁芯互感器1。优选所述的隧道磁阻电流传感器采用实施例一的环形结构，断路器的主回路穿过隧道磁阻电流传感器。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：包括铁芯互感器(1)和包括至少一个TMR芯片(3)的隧道磁阻电流传感器电路，所述铁芯互感器(1)与设有TMR芯片(3)的隧道磁阻电流传感器电路连接，铁芯互感器(1)感应产生的电流为TMR芯片(3)供电。

2.根据权利要求1所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述隧道磁阻电流传感器电路包括电源单元和信号调理单元，所述电源单元与铁芯互感器(1)连接，铁芯互感器(1)感应产生的电流通过电源单元分别为TMR芯片(3)和信号调理单元供电，所述信号调理单元与TMR芯片(3)连接，信号调理单元用于接收并处理由TMR芯片(3)传递的电压信号并向外输出经过处理的电压信号。

3.根据权利要求2所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述隧道磁阻电流传感器电路设置在一个PCB板(4)上，在所述PCB板(4)上设置有接口单元(41)，所述接口单元(41)分别与信号调理单元和电源单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述PCB板(4)整体呈圆环形，铁芯互感器(1)与PCB板(4)平行设置，且穿过铁芯互感器(1)中部的通电导体(2)也穿过PCB板(4)。

5.根据权利要求4所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：包括环形的传感器壳体，铁芯互感器(1)与PCB板(4)设置在传感器壳体内，在PCB板(4)与铁芯互感器(1)之间设有支撑杆(5)，且所述支撑杆(5)作为导电件将PCB板(4)的电源单元与铁芯互感器(1)的线圈连接在一起。

6.根据权利要求4所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：在环形的PCB板(4)的板面上设有多个沿PCB板(4)环向排列的TMR芯片(3)，所述TMR芯片(3)分别设置在PCB板(4)的两侧板面上，且PCB板(4)两侧的TMR芯片(3)呈间隔交错的方式排布。

7.根据权利要求4所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述PCB板(4)位于铁芯互感器(1)的一侧，所述PCB板(4)的外围设有屏蔽罩，所述铁芯互感器(1)位于所述屏蔽罩之外。

8.据权利要求3所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述PCB板(4)整体呈板形，PCB板(4)与铁芯互感器(1)连接，且PCB板(4)与穿过铁芯互感器(1)的通电导体(2)平行设置，PCB板(4)与铁芯互感器(1)保持相互垂直。

9.根据权利要求8所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：所述通电导体(2)为导电铜排，在所述PCB板(4)的一侧设有一个TMR芯片(3)，PCB板(4)的另一侧与导电铜排贴合。

10.根据权利要求2-9任一项所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于，所述隧道磁阻电流传感器电路还包括温度采集单元，铁芯互感器(1)感应产生的电流通过电源单元为所述温度采集单元供电，所述温度采集单元用于采集TMR芯片(3)的温度数据并向外输出经过处理的温度信号。

11.根据权利要求4-7任一项所述的一种隧道磁阻电流传感器，其特征在于：铁芯互感器(1)与PCB板(4)之间的间距为0.5-2cm。

12.一种断路器，其特征在于：包括壳体和根据权利要求1-11任一项所述的隧道磁阻电流传感器，所述隧道磁阻电流传感器固设于所述壳体内部以用于检测主回路电流信号。

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