CN212932755U - 一种电流传感器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电流传感器系统，其包括：第一电流传感器，其包括第一载流导体和第一磁传感器，所述第一磁传感器位于所述第一载流导体的周围；第二电流传感器，其包括第二载流导体和第二磁传感器，所述第二磁传感器位于所述第二载流导体的周围；其中，所述第一载流导体的一端与所述第二载流导体的一端电连接，被测电流依次流过所述第一载流导体和第二载流导体。与现有技术相比，本实用新型的电流传感器系统中，非敏感轴方向的外磁场使得第一电流传感器的输出或灵敏度增大或减小，非敏感轴方向的外磁场使得第二电流传感器的输出或灵敏度减小或增大，从而可以提升外磁场抑制，进而提高电流的探测精度。

Description

一种电流传感器系统

【技术领域】

本实用新型涉及电流传感器技术领域，尤其涉及一种应用双电流传感器提升外磁场抑制的电流传感器系统。

【背景技术】

用于测量电流大小的电流传感器广泛应用于各种电子设备中。对于电流传感器，非敏感轴方向外磁场的存在会改变电流传感器中磁电阻传感器的灵敏度，从而降低了电流的探测精度。

因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的之一在于提供一种电流传感器系统，其可以提升外磁场抑制，从而提高电流的探测精度。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种电流传感器系统，其包括：第一电流传感器，其包括第一载流导体和第一磁传感器，所述第一磁传感器位于所述第一载流导体的周围；第二电流传感器，其包括第二载流导体和第二磁传感器，所述第二磁传感器位于所述第二载流导体的周围；其中，所述第一载流导体的一端与所述第二载流导体的一端电连接，被测电流依次流过所述第一载流导体和第二载流导体。

进一步的，非敏感轴方向的外磁场使得第一电流传感器的输出增大或减小，非敏感轴方向的外磁场使得第二电流传感器的输出减小或增大。

进一步的，第二电流传感器中磁电阻磁矩的方向与第一电流传感器中磁电阻磁矩的方向相反。

进一步的，所述第一电流传感器与第二电流传感器成中心对称。

进一步的所述第一载流导体包括第一腿部、第二腿部和第一连接部，所述第一腿部和第二腿部位于所述第一连接部的同一侧，所述第一腿部的一端作为所述第一载流导体的另一端，所述第一腿部的另一端与所述第一连接部的一端相连；所述第二腿部的一端作为所述第一载流导体的一端，所述第二腿部的另一端与所述第一连接部的另一端相连；所述第二载流导体包括第三腿部、第四腿部和第二连接部，所述第三腿部和第四腿部位于所述第二连接部的同一侧，所述第三腿部的一端作为所述第二载流导体的一端，所述第三腿部的另一端与所述第二连接部的一端相连；所述第四腿部的一端作为所述第二载流导体的另一端，所述第四腿部的另一端与所述第二连接部的另一端相连。

进一步的，所述第一磁传感器包括第一磁传感器单元和第二磁传感器单元，所述第一传感器单元和所述第二磁传感器单元位于所述第一载流导体的周围，以形成差分输出；所述第二磁传感器包括第三磁传感器单元和第四磁传感器单元，所述第三磁传感器单元和所述第四磁传感器单元位于所述第二载流导体的周围，以形成差分输出。

进一步的，所述第一磁传感器和第二磁传感器均为磁电阻传感器，所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述第一腿部和第二腿部的上方，所述第三磁传感器单元和第四磁传感器单元分别位于所述第三腿部和第四腿部的上方；或所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述第一腿部和第二腿部的下方，所述第三磁传感器单元和第四磁传感器单元分别位于所述第三腿部和第四腿部的下方。

进一步的，所述第一电流传感器和第二电流传感器的输出的平均值作为所述电流传感器系统的输出。

进一步的，所述电流传感器系统还包括电流连接导体，所述第一载流导体的一端经所述电流连接导体与所述第二载流导体的一端电连接。

进一步的，所述电流传感器系统还包括电流输入导体和电流输出导体，所述电流输入导体与所述第一载流导体的另一端电连接；所述电流输出导体与所述第二载流导体的另一端电连接。

与现有技术相比，本实用新型中的电流传感器系统包括第一电流传感器和第二电流传感器，其中，非敏感轴方向的外磁场使得第一电流传感器的输出或灵敏度增大或减小，非敏感轴方向的外磁场使得第二电流传感器的输出或灵敏度减小或增大，以使得第一电流传感器和第二电流传感器输出或灵敏度的平均值几乎不受外磁场的影响，从而提升外磁场抑制，进而提高电流的探测精度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型在一个实施例中的电流传感器系统的结构示意图；

图2为在有效各向异性场H_k＝200G情况下，单电流传感器和本实用新型的图 1所示的电流传感器系统归一化灵敏度随非敏感轴x方向磁场的变化关系曲线。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

请参考图1所示，其为本实用新型在一个实施例中的电流传感器系统的结构示意图。图1所示的电流传感器系统包括第一电流传感器1、第二电流传感器 2、电流输入导体3、电流输出导体4和电流连接导体5。

所述第一电流传感器1包括第一载流导体102和第一磁传感器101，所述第一载流导体102用于为被测定电流I提供流经通道，所述第一磁传感器101位于所述第一载流导体102的周围。

所述第二电流传感器2包括第二载流导体202和第二磁传感器201，所述第二载流导体202用于为被测定电流I提供流经通道，所述第二磁传感器201位于所述第二载流导体202的周围。

所述第一载流导体102的一端与所述第二载流导体202的一端相对且通过所述电流连接导体5电连接，所述第一载流导体102的另一端与所述第二载流导体202的另一端相对且间隔设置；所述电流输入导体3和所述电流输出导体4 相对且间隔设置，所述电流输入导体3与所述第一载流导体102的另一端电连接，所述电流输出导体4与所述第二载流导体202的另一端电连接。被测定电流I从电流输入导体3流入，依次流经所述第一载流导体102、电流连接导体5 和所述第二载流导体202，从电流输出导体4流出。

在图1所示的具体实施例中，电流输入导体3和电流输出导体4位于第一载流导体102和第二载流导体202的外侧，且电流输入导体3和电流输出导体4 的纵向延伸方向与所述第一载流导体102和所述第二载流导体202的纵向延伸方向相垂直。

在图1所示的实施例中，所述第一电流传感器1和第二电流传感器2的结构完全相同。

在所述第一电流传感器1中，所述第一载流导体102为U型导体，其包括第一腿部102a、第二腿部102b以及位于第一腿部102a和第二腿部102b之间的第一连接部102c，所述第一腿部102a和第二腿部102b位于所述第一连接部102c 的同一侧，所述第一腿部102a的一端作为所述第一载流导体102的另一端，所述第一腿部102a的另一端与所述第一连接部102c的一端相连；所述第二腿部 102b的一端作为所述第一载流导体102的一端，所述第二腿部102b的另一端与所述第一连接部102c的另一端相连。所述第一磁传感器101为磁电阻传感器，其包括第一磁电阻传感器单元101a和第二磁电阻传感器单元101b，第一磁电阻传感器单元101a和第二磁电阻传感器单元101b分别位于第一腿部102a和第二腿部102b的上方，以形成差分输出。

在所述第二电流传感器2中，所述第二载流导体202为U型导体，其包括第三腿部202a、第四腿部202b以及位于第三腿部202a和第四腿部202b之间的第二连接部202c，所述第三腿部202a和第四腿部202b位于所述第二连接部202c 的同一侧，所述第三腿部202a的一端作为所述第二载流导体202的一端，所述第三腿部202a的另一端与所述第二连接部202c的一端相连；所述第四腿部202b 的一端作为所述第二载流导体202的另一端，所述第四腿部202b的另一端与所述第二连接部202c的另一端相连。所述第二磁传感器201为磁电阻传感器，其包括第三磁电阻传感器单元201a和第四磁电阻传感器单元201b，第三磁电阻传感器单元201a和第四磁电阻传感器单元201b分别位于第三腿部202a和第四腿部202b的上方，以形成差分输出。

需要特别说明的是，在另一个实施例中，第一磁电阻传感器单元101a和第二磁电阻传感器单元101b可以分别位于第一腿部102a和第二腿部102b的下方，以形成差分输出；第三磁电阻传感器单元201a和第四磁电阻传感器单元201b 分别位于第三腿部202a和第四腿部202b的下方，以形成差分输出。

在图1所示的实施例中，所述第一电流传感器1和第二电流传感器2成中心对称。

所述中心对称的定义为：如果把一个图形绕某一点旋转180度后，能与另一个图形重合，这两个图像成中心对称。故所述第一电流传感器1和第二电流传感器2成中心对称也可表述为：所述第二电流传感器2绕某一点旋转180度后，能与第一电流传感器1重合。具体的，“所述第一电流传感器1和第二电流传感器2成中心对称”包括：所述第一载流导体102与所述第二载流导体202 成中心对称；所述第一磁传感器101与所述第二磁传感器201成中心对称。

所述第二电流传感器2绕某一点旋转180度后，能与第一电流传感器1重合，从而使得第二电流传感器2中磁电阻磁矩M的方向与第一电流传感器1中磁电阻磁矩M的方向相反。

为了方便描述，在图1中定义xy坐标系。其中，与磁矩M方向平行的轴(非敏感轴)定义为x轴，与磁矩M方向垂直的轴(敏感轴)定义为y轴。外磁场在敏感轴方向为H_y，在非敏感轴方向为H_x。

被测定电流I，在所述第一磁电阻传感器单元101a处产生磁场H₁₁，在所述第二磁电阻传感器单元101b处产生磁场-H₁₂；所述第一磁电阻传感器单元101a 的输出为V₁₁＝[MR/(H_k+H_x)][(H₁₁/I)I+H_y]，其中MR为磁电阻比值，H_k为有效各向异性场；第二磁电阻传感器单元101b的输出为V₁₂＝[MR/(H_k+H_x)][-(H₁₂/I)I+H_y]；所述第一电流传感器1的输出为 V₁＝V₁₁-V₁₂＝[MR/(H_k+H_x)][(H₁₁+H₁₂)/I]I＝[MR/(H_k+H_x)]GI，其中G为从电流到磁场的耦合常数。由所述第一电流传感器1的该输出公式可知，非敏感轴方向的外磁场H_x使得第一电流传感器1的输出或灵敏度增大或减小。

被测定电流I，在磁电阻传感器单元201a处产生磁场H₂₁，在磁电阻传感器单元201b处产生磁场-H₂₂；所述磁电阻传感器单元201a的输出为 V₂₁＝[MR/(H_k-H_x)][(H₂₁/I)I-H_y]；所述磁电阻传感器单元201b的输出为 V₂₂＝[MR/(H_k-H_x)][-(H₂₂/I)I-H_y]；所述第二电流传感器2的输出为 V₂＝V₂₁-V₂₂＝[MR/(H_k-H_x)][(H₂₁+H₂₂)/I]I＝[MR/(H_k-H_x)]GI。由所述第二电流传感器2 的该输出公式可知，非敏感轴方向的外磁场H_x使得第二电流传感器2的输出或灵敏度减小或增大。

所述第一电流传感器1和所述第二电流传感器2输出的平均值作为所述电流传感器系统的输出。所述第一电流传感器1和所述第二电流传感器2输出的平均值为V＝(V₁+V₂)/2＝(MR/H_k){1/[1-(H_x/H_k)²]}GI，由于H_x<<H_k，可见第一电流传感器1和第二电流传感器2输出的平均值几乎不受外磁场的影响，从而灵敏度的平均值亦几乎不受外磁场的影响。

请参考图2所示，其为在有效各向异性场H_k＝200G情况下，单电流传感器和本实用新型的图1所示的电流传感器系统归一化灵敏度随非敏感轴x方向磁场的变化关系曲线。可见，+/-10G外磁场情况下，单电流传感器灵敏度误差高达 5％，本实用新型的图1所示的电流传感器系统灵敏度误差小于0.3％。本实用新型中的电流传感器系统的灵敏度几乎不受外磁场的影响，提高了电流的探测精度。

需要说明的是，在另一个实施例中，所述第一电流传感器1和第二电流传感器2也可以为非中心对称，只要所述第一电流传感器1和第二电流传感器2 相对位置关系可以实现：非敏感轴方向的外磁场H_x使得第一电流传感器1的输出或灵敏度增大或减小；非敏感轴方向的外磁场H_x使得第二电流传感器2的输出或灵敏度减小或增大；所述第一电流传感器1和所述第二电流传感器2输出的平均值几乎不受外磁场的影响，从而灵敏度的平均值亦几乎不受外磁场的影响即可。

综上所述，本实用新型中的电流传感器系统包括第一电流传感器1和第二电流传感器2，其中，非敏感轴方向的外磁场H_x使得第一电流传感器1的输出或灵敏度增大或减小，非敏感轴方向的外磁场使得第二电流传感器2的输出或灵敏度减小或增大，因此，第一电流传感器1和第二电流传感器2输出或灵敏度的平均值几乎不受外磁场的影响。

本文中的“U型”是指一种广义上的类U的形状，而不需要跟U这个字母的形状严格一致，可以进行一定的变形。

在本实用新型中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电流传感器系统，其特征在于，其包括：

第一电流传感器，其包括第一载流导体和第一磁传感器，所述第一磁传感器位于所述第一载流导体的周围；

第二电流传感器，其包括第二载流导体和第二磁传感器，所述第二磁传感器位于所述第二载流导体的周围；

其中，所述第一载流导体的一端与所述第二载流导体的一端电连接，被测电流依次流过所述第一载流导体和第二载流导体。

2.根据权利要求1所述的电流传感器系统，其特征在于，

非敏感轴方向的外磁场使得第一电流传感器的输出增大或减小，非敏感轴方向的外磁场使得第二电流传感器的输出减小或增大。

3.根据权利要求2所述的电流传感器系统，其特征在于，

第二电流传感器中磁电阻磁矩的方向与第一电流传感器中磁电阻磁矩的方向相反。

4.根据权利要求3所述的电流传感器系统，其特征在于，

所述第一电流传感器与第二电流传感器成中心对称。

5.根据权利要求1所述的电流传感器系统，其特征在于，

所述第一载流导体包括第一腿部、第二腿部和第一连接部，所述第一腿部和第二腿部位于所述第一连接部的同一侧，所述第一腿部的一端作为所述第一载流导体的另一端，所述第一腿部的另一端与所述第一连接部的一端相连；所述第二腿部的一端作为所述第一载流导体的一端，所述第二腿部的另一端与所述第一连接部的另一端相连；

所述第二载流导体包括第三腿部、第四腿部和第二连接部，所述第三腿部和第四腿部位于所述第二连接部的同一侧，所述第三腿部的一端作为所述第二载流导体的一端，所述第三腿部的另一端与所述第二连接部的一端相连；所述第四腿部的一端作为所述第二载流导体的另一端，所述第四腿部的另一端与所述第二连接部的另一端相连。

6.根据权利要求5所述的电流传感器系统，其特征在于，

所述第一磁传感器包括第一磁传感器单元和第二磁传感器单元，所述第一磁传感器单元和所述第二磁传感器单元位于所述第一载流导体的周围，以形成差分输出；

所述第二磁传感器包括第三磁传感器单元和第四磁传感器单元，所述第三磁传感器单元和所述第四磁传感器单元位于所述第二载流导体的周围，以形成差分输出。

7.根据权利要求6所述的电流传感器系统，其特征在于，

所述第一磁传感器和第二磁传感器均为磁电阻传感器，

所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述第一腿部和第二腿部的上方，所述第三磁传感器单元和第四磁传感器单元分别位于所述第三腿部和第四腿部的上方；或

所述第一磁传感器单元和第二磁传感器单元分别位于所述第一腿部和第二腿部的下方，所述第三磁传感器单元和第四磁传感器单元分别位于所述第三腿部和第四腿部的下方。

8.根据权利要求1所述的电流传感器系统，其特征在于，

所述第一电流传感器和第二电流传感器的输出的平均值作为所述电流传感器系统的输出。

9.根据权利要求1所述的电流传感器系统，其特征在于，其还包括电流连接导体，

所述第一载流导体的一端经所述电流连接导体与所述第二载流导体的一端电连接。

10.根据权利要求1所述的电流传感器系统，其特征在于，其还包括电流输入导体和电流输出导体，

所述电流输入导体与所述第一载流导体的另一端电连接；

所述电流输出导体与所述第二载流导体的另一端电连接。

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