CN217505950U - 一种双通道电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双通道电流传感器。该电流传感器包括：待测电流导体；第一电流检测单元和第二电流检测单元，第一电流检测单元输出第一转换信号，第二电流检测单元输出第二转换信号；信号调理模块用于对第一转换信号调理后输出第一调理信号，且对第二转换信号调理后输出第二调理信号；电气接口模块，包括状态判断单元以及与状态判断单元连接的信号输出单元，状态判断单元与信号调理模块连接，状态判断单元用于判断电流传感器的工作状态并传递特定形式的输出信号；电路板。本实用新型中，电流传感器具有两个独立工作的电流检测单元，扩大了测量范围，减小了电流传感器体积，节约了成本。

Description

一种双通道电流传感器

技术领域

本实用新型涉及电流传感器技术领域，尤其涉及一种双通道电流传感器。

背景技术

近些年来，随着车企对新能源汽车投入力度的不断加大，新能源汽车发展势头强劲，各个新能源车企也在车型配套、技术研发等方面取得了突飞猛进的发展与进步，带动了新能源汽车消费市场迅速攀升。同时，伴随着新能源汽车电控、电驱系统的复杂化和车载功能的多样化，新能源汽车安全用电与防护难度进一步加大。与此同时，为确保安全用电的功能安全，对应用于新能源汽车电流检测的电流传感器的体积、功能、成本等要求也越来越高。

目前新能源汽车常用分流器与霍尔电流传感器组合构成双通道电流冗余检测，以确保汽车电流检测的功能安全。而这样的电流检测组合存在如下不足：

1)分流器在高频特性差，绝缘性能差，且大电流通过时会引起分流器温度急剧升高，导致分流器精度严重超差。

2)为提高精度，霍尔电流传感器需要借助聚磁环结构放大磁场提高测量精度。而聚磁环结构存在磁通饱和的问题，为扩展测量范围需要增大聚磁环截面积和体积以实现对大电流的精确测量，导致电流传感器的体积庞大，结构笨重，价格昂贵。

3)分流器与霍尔电流传感器的组合使用，不仅浪费了空间，同时增加了电流检测和状态监测功能的成本。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双通道电流传感器，以解决现有电流传感器测量范围窄和体积大的问题。

本实用新型提供了一种双通道电流传感器，包括：

固定安装的待测电流导体，用于传导待测电流；

第一电流检测单元和第二电流检测单元，用于独立检测所述待测电流在所述待测电流导体的特定位置产生的磁场强度并输出转换信号，所述第一电流检测单元输出第一转换信号，所述第二电流检测单元输出第二转换信号；

信号调理模块，分别与所述第一电流检测单元和所述第二电流检测单元连接，用于对所述第一转换信号调理后输出第一调理信号，且对所述第二转换信号调理后输出第二调理信号；

电气接口模块，包括状态判断单元以及与所述状态判断单元连接的信号输出单元，所述状态判断单元与所述信号调理模块连接，所述状态判断单元用于判断电流传感器的工作状态并传递特定形式的输出信号；

电路板，所述第一电流检测单元、所述第二电流检测单元、所述信号调理模块和所述电气接口模块通过所述电路板实现电气连接。

本实用新型中，电流传感器具有两个独立工作的电流检测单元，可以双通道独立测量，扩大了测量范围，还具有执行工作状态监测和判断功能的电气接口模块，提高了电流传感器电流检测的功能安全性能。同时，各个结构集成在同一电路板上，共用电路板实现电气连接，充分利用了空间，减小了电流传感器体积，节约了成本。本实用新型中，双通道电流传感器具有测量范围宽、体积小、结构简单、响应快、成本低等优点，有效解决了传统电流传感器体积大、测量范围窄的问题。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种双通道电流传感器的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的待测电流导体的俯视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的关于第二电流检测单元的俯视示意图；

图4是图3沿x-z平面的截面图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种关于第二电流检测单元的俯视示意图；

图6是图5沿x-z平面的截面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本实用新型实施例提供的一种双通道电流传感器的示意图。如图1所示，本实施例提供的双通道电流传感器100包括：固定安装的待测电流导体10，用于传导待测电流；第一电流检测单元20和第二电流检测单元30，用于独立检测待测电流在待测电流导体10的特定位置产生的磁场强度并输出转换信号，第一电流检测单元20输出第一转换信号，第二电流检测单元30输出第二转换信号；信号调理模块40，分别与第一电流检测单元20和第二电流检测单元30连接，用于对第一转换信号调理后输出第一调理信号，且对第二转换信号调理后输出第二调理信号；电气接口模块50，包括状态判断单元51以及与状态判断单元51连接的信号输出单元52，状态判断单元51与信号调理模块40连接，状态判断单元51用于判断电流传感器100的工作状态并传递特定形式的输出信号；电路板60，第一电流检测单元20、第二电流检测单元30、信号调理模块40和电气接口模块50通过电路板60实现电气连接。

本实施例中，待测电流导体10固定安装在双通道电流传感器100内，待测电流导体10的两端延伸至双通道电流传感器100的外部。待测电流从待测电流导体10的一端流入并从另一端流出。

第一电流检测单元20和第二电流检测单元30相互独立工作，工作机理不同。第一电流检测单元20可以独立检测待测电流在待测电流导体10 产生的磁场强度，将该磁场强度转换为第一转换信号并输出，可以理解，第一电流检测单元20检测得到的是其所在位置处待测电流通过待测电流导体10所产生的磁场强度。第二电流检测单元30可以独立检测待测电流在待测电流导体10产生的磁场强度，将该磁场强度转换为第二转换信号并输出，可以理解，第二电流检测单元30检测得到的是其所在位置处待测电流通过待测电流导体10所产生的磁场强度。

如图1所示，第一电流检测单元20检测得到的是待测电流导体10靠近左端位置产生的磁场强度，第二电流检测单元30检测得到的是待测电流导体10靠近右端位置产生的磁场强度。第一电流检测单元20构成的电流检测通道和第二电流检测单元30构成的电流检测通道相互独立工作，互不影响，可扩大测量范围，提高响应速度。采用注塑工艺将两种不同工作机理的第一电流检测单元20和第二电流检测单元30封装在一起，可以充分利用空间，减小电流传感器体积。

信号调理模块40分别电连接第一电流检测单元20和第二电流检测单元30。信号调理模块40接收第一电流检测单元20的第一转换信号，并对第一转换信号进行调理后生成第一调理信号。信号调理模块40接收第二电流检测单元30的第二转换信号，并对第二转换信号进行调理后生成第二调理信号。设置信号调理模块40，可以对第一电流检测单元20输出的第一转换信号的零点偏差、增益、非线性及温漂进行调理；还对第二电流检测单元30输出的第二转换信号的零点偏差、增益、非线性及温漂进行调理。可使第一电流检测单元20和第二电流检测单元30输出的转换信号更加规整。

电气接口模块50包括状态判断单元51和信号输出单元52，状态判断单元51用于判断电流传感器100的工作状态，并通过信号输出单元52向外部传递特定形式的输出信号。状态判断单元51实时监测和判断电流传感器100的工作状态是否正常，可以提高电流传感器100的电流检测的功能安全性能。

可选状态判断单元51用于诊断电流传感器100的工作状态并进行信号比较及阈值设定，以监测第一调理信号与第二调理信号之间的偏差是否超出预设范围。可选信号输出单元52为模拟输出电路、数字输出电路、有线通讯单元、或无线通讯单元。状态判断单元51获取第一调理信号和第二调理信号的差值，再比较该差值与预设阈值的差异，可以实时监测电流传感器100的工作状态。电流传感器100最终通过信号输出单元52输出特定形式的测量信号，该测量信号可以根据实际需要设定为模拟信号、数字信号或者通讯信号。

第一电流检测单元20、第二电流检测单元30、信号调理模块40和电气接口模块50通过电路板60实现电气连接。采用注塑工艺将两种不同工作机理的第一电流检测单元20和第二电流检测单元30封装在一起，各个结构共用电路板60，可以充分利用空间，减小电流传感器体积。信号调理模块40通过电路板60分别与第一电流检测单元20和第二电流检测单元30电气连接，电气接口模块50通过电路板60分别与第一电流检测单元 20和第二电流检测单元30电气连接。

可选双通道电流传感器100还包括：采用绝缘材料经过注塑工艺形成的绝缘壳体70；绝缘壳体70用于将待测电流导体10、第一电流检测单元20、第二电流检测单元30、信号调理模块40、电气接口模块50和电路板60紧固并使其相互电气绝缘。采用绝缘材料经过注塑工艺，将待测电流导体10、第一电流检测单元20、第二电流检测单元30、信号调理模块40、电气接口模块50和电路板60紧固在一起，可以实现双通道电流传感器100的结构稳定及各结构之间电气绝缘，提高电流检测精度。

本实用新型中，电流传感器具有两个独立工作的电流检测单元，可以双通道独立测量，扩大了测量范围，还具有执行工作状态监测和判断功能的电气接口模块，提高了电流传感器电流检测的功能安全性能。同时，各个结构集成在同一电路板上，共用电路板实现电气连接，充分利用了空间，减小了电流传感器体积，节约了成本。本实用新型中，双通道电流传感器具有测量范围宽、体积小、结构简单、响应快、成本低等优点，有效解决了传统电流传感器体积大、测量范围窄的问题。

图2是本实用新型实施例提供的待测电流导体的俯视示意图。如图2所示，可选待测电流导体10为匀质扁平状金属导体，待测电流导体10两端的居中位置各设置一个U型安装槽11a和11b，沿待测电流导体10宽度方向两侧对称设置两个汇流槽12a和12b。图2是图1中待测电流导体沿z方向的俯视示意图。

本实施例中，待测电流导体10为匀质扁平状金属导体，待测电流导体 10的匀质扁平状平面平行于x-y平面，z方向垂直于x-y平面。待测电流导体10的宽度13延伸方向平行于y方向，待测电流导体10的长度延伸方向平行于x方向，待测电流导体10沿x方向的两端延伸至双通道电流传感器100 的外部。待测电流导体10的宽度13具有第一中线14，第一中线14平行于长度方向x，待测电流导体10沿第一中线14对称。

待测电流导体10中设置有安装槽11和汇流槽12。

待测电流导体10中设置2个安装槽11a和11b，2个安装槽11a和11b 的形状相同且均为“U”型槽。2个安装槽11a和11b沿第一中线14设置于待测电流导体10的左右两端，便于电流传感器100使用中的安装与拆卸。

待测电流导体10中设置2个汇流槽12a和12b，2个汇流槽12a和12b 的形状相同且均为半圆形槽。2个汇流槽12a和12b以第一中线14为对称轴上下对称设置于待测电流导体10的上下两侧，2个汇流槽12a和12b的中心连线为15。

本实施例中，双通道电流传感器100的待测电流导体10的左右两端设计“U”型安装槽，可以在其他紧固件不完全拆除的情况下安装和拆卸电流传感器，便于使用时安装和维护时拆卸。

图3是本实用新型实施例提供的关于第二电流检测单元的俯视示意图。结合图1和图3所示，可选第一电流检测单元20包括聚磁环21和第一磁敏元件23，聚磁环21具有沿截面设置的切口22，第一磁敏元件23置于切口 22中。可选第二电流检测单元30包括第二磁敏元件31和第三磁敏元件32，第二磁敏元件31和第三磁敏元件32沿待测电流导体10宽度方向y的中心线 14呈上下分布或者左右分布。可选第二磁敏元件31和第三磁敏元件32具有相同的内部构造结构。图3是图1中第二电流检测单元沿z方向的俯视示意图，如图3所示可选第二磁敏元件31和第三磁敏元件32沿待测电流导体10 宽度方向y的中心线14呈左右分布。图4是图3沿x-z平面的截面图。

本实施例中，第一电流检测单元20为开环电流检测单元，第一电流检测单元20包括矩形聚磁环21和第一磁敏元件23。矩形聚磁环21套于待测电流导体10外侧，矩形聚磁环21具有一切口22，第一磁敏元件23 贴于电路板60表面并设置于切口22中，第一磁敏元件23用于在切口22 位置处检测待测电流流入待测电流导体10产生的磁场强度，并将该磁场强度转换为第一转换信号。聚磁环21中切口22沿截面设置，该截面平行于x-z平面。可选图1中箭头方向81平行于x方向。第一电流检测单元 20包括聚磁环21，聚磁环21可以扩大磁场测量范围，提高测量精度。

第二电流检测单元30包括第二磁敏元件31和第三磁敏元件32，第二磁敏元件31和第三磁敏元件32贴于电路板60下表面且位于待测电流导体10上方，电路板60的下表面为电路板60面向待测电流导体10的一侧表面。第二磁敏元件31位于汇流槽12a和12b的中心线15的正下方，第二磁敏元件31与第三磁敏元件32同向紧邻设置，且第二磁敏元件31与第三磁敏元件32位于待测电流导体10宽度方向y的中线14正下方，第二磁敏元件31与第三磁敏元件32具有相同的内部结构和电气特性。

可选磁敏元件为霍尔传感器、或者各向异性磁传感器、或者巨磁传感器、或者隧道磁传感器、或者磁探针、或者为包括电流传感器的集成芯片中单个元件、或者为包括电流传感器的集成芯片中多个元件的组合。该磁敏元件为第一磁敏元件和第二磁敏元件。

本实施例中，双通道电流传感器100的工作机理如下文所述。当待测电流导体10中通入方向为81的待测电流I时，待测电流I将在第一磁敏元件23位置附近产生方向为82的磁场B0，待测电流I还在第二磁敏元件 31位置附近产生方向为82的磁场B1，同时，待测电流I还在第三磁敏元件32位置附近产生方向为82的磁场B2。

第一磁敏元件23将磁场B0转换为电压信号Vi1，第一电流检测单元 20通过检测第一磁敏元件23的转换电压信号Vi1即可推算出待测电流I，其推算过程不再赘述。

第二电流检测单元30的检测信号设置为第二磁敏元件31与第三磁敏元件32的磁场转换信号的差值Vi2。将第二磁敏元件31的灵敏度记为S1，将第三磁敏元件32的灵敏度记为S2，将第二磁敏元件31的零点偏差记为 Vos1，将第三磁敏元件32的零点偏差记为Vos2。

据此可推导出：

Vi2＝(B1*S1+Vos1)-(B2*S2+Vos2)＝(B1*S1-B2*S2)+(Vos1-Vos2)；

选取第二磁敏元件31与第三磁敏元件32的内部构造相同且具有相同的电气特性，则存在S1＝S2，Vos1＝Vos2。

显然，可以推导出：Vi2＝(B1-B2)*S2。

可以明确的是，磁场强度与间距呈反相关系，间距与待测电流I呈正比例关系，该间距是指磁敏元件与待测电流导体10的间距，第二磁敏元件31距离待测电流导体10的间距记为第一间距，第三磁敏元件32距离待测电流导体10的间距记为第二间距。可知，磁场强度B1与第一间距呈反相关系，第一间距与待测电流I成正比例关系；磁场强度B2与第二间距呈反相关系，第二间距与待测电流I成正比例关系。所以，可以通过转换信号Vi2推算出待测电流I。

如果待测电流导体10周围存在外部干扰磁场，由于第二磁敏元件31 与第三磁敏元件32紧邻设置，外部干扰磁场会对第二磁敏元件31和第三磁敏元件32产生相同的干扰磁场分量Bx，此时第二电流检测单元30检测得到的待测电流I的输出信号：

Vi2＇＝((B1+Bx)*S1+Vos1)-((B2+Bx)*S2+Vos2)＝(B1-B2)*S2。

显而易见，Vi2＝Vi2＇，且均不包含外部磁场干扰成分，所以第二电流检测单元30可以有效抵御外部干扰磁场对电流检测的影响，提高电流检测精度。

图5是本实用新型实施例提供的另一种关于第二电流检测单元的俯视示意图。图6是图5沿x-z平面的截面图。图5是图1中第二电流检测单元沿z方向的俯视示意图，与图3的区别在于，可选第二电流检测单元30 包括第二磁敏元件31和第三磁敏元件32，第二磁敏元件31和第三磁敏元件32沿待测电流导体10宽度方向y的中心线14呈上下分布。其中，第二二电流检测单元30的第二磁敏元件31与第三磁敏元件32分别置于电路板60的上下表面，且敏感方向相同，第二磁敏元件31与第三磁敏元件32均设置于汇流槽12a和12b的中心线15的正上方。其工作原理与上述实施例类似，在此不再赘述。

在其他实施例中，为扩展测量范围，第一电流检测单元的聚磁环还可以是多段聚磁环组合；为提高测量精度，第一电流检测单元还可以是闭环电流检测单元；待测电流导体上设置的汇流槽形状还可以是矩形，或者三角形，或者“U”型；第二磁敏元件和第三磁敏元件还可以是多个磁敏芯片的并联结构；上述第一磁敏元件、第二磁敏元件和第三磁敏元件为霍尔传感器，或者各向异性磁传感器，或者巨磁传感器，或者隧道磁传感器，或者磁探针，或者为包括上述传感器的集成芯片单个元件或者多个元件的组合。不限于此。

本实施例中，第二电流检测单元为无聚磁环设计，那么第二电流检测单元无磁饱和限制，可以有效扩展电流测量范围，同时，第二磁敏元件和第三磁敏元件构成梯度和差分结构，提高了抗外部磁场干扰能力，提高了电流检测精度。该双通道电流传感器有利于节约和控制双通道电流检测成本，便于广泛应用；在减小体积的同时扩大了测量范围，有效地解决了传统隔离式电流测试方法中体积大、测量范围窄、成本高的问题。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双通道电流传感器，其特征在于，包括：

固定安装的待测电流导体，用于传导待测电流；

第一电流检测单元和第二电流检测单元，用于独立检测所述待测电流在所述待测电流导体的特定位置产生的磁场强度并输出转换信号，所述第一电流检测单元输出第一转换信号，所述第二电流检测单元输出第二转换信号；

信号调理模块，分别与所述第一电流检测单元和所述第二电流检测单元连接，用于对所述第一转换信号调理后输出第一调理信号，且对所述第二转换信号调理后输出第二调理信号；

电气接口模块，包括状态判断单元以及与所述状态判断单元连接的信号输出单元，所述状态判断单元与所述信号调理模块连接，所述状态判断单元用于判断电流传感器的工作状态并传递特定形式的输出信号；

电路板，所述第一电流检测单元、所述第二电流检测单元、所述信号调理模块和所述电气接口模块通过所述电路板实现电气连接。

2.根据权利要求1所述的双通道电流传感器，其特征在于，所述待测电流导体为匀质扁平状金属导体，所述待测电流导体两端的居中位置各设置一个U型安装槽，沿所述待测电流导体宽度方向两侧对称设置两个汇流槽。

3.根据权利要求1所述的双通道电流传感器，其特征在于，所述第一电流检测单元包括聚磁环和第一磁敏元件，所述聚磁环具有沿截面设置的切口，所述第一磁敏元件置于所述切口中。

4.根据权利要求1所述的双通道电流传感器，其特征在于，所述第二电流检测单元包括第二磁敏元件和第三磁敏元件，所述第二磁敏元件和第三磁敏元件沿所述待测电流导体宽度方向的中心线呈上下分布或者左右分布。

5.根据权利要求4所述的双通道电流传感器，其特征在于，所述第二磁敏元件和第三磁敏元件具有相同的内部构造结构。

6.根据权利要求3或4所述的双通道电流传感器，其特征在于，磁敏元件为霍尔传感器、或者各向异性磁传感器、或者巨磁传感器、或者隧道磁传感器、或者磁探针、或者为包括所述电流传感器的集成芯片中单个元件、或者为包括所述电流传感器的集成芯片中多个元件的组合。

7.根据权利要求1所述的双通道电流传感器，其特征在于，所述信号输出单元为模拟输出电路、数字输出电路、有线通讯单元、或无线通讯单元。

8.根据权利要求1所述的双通道电流传感器，其特征在于，还包括：采用绝缘材料经过注塑工艺形成的绝缘壳体；

所述绝缘壳体用于将所述待测电流导体、所述第一电流检测单元、所述第二电流检测单元、所述信号调理模块、所述电气接口模块和所述电路板紧固并使其相互电气绝缘。

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