DE10051160A1

DE10051160A1 - Sensor arrangement for contactless measurement of low currents positioned in loop formed by symmetrical conductor branches

Info

Publication number: DE10051160A1
Application number: DE2000151160
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: DE10051160B4

Abstract

The current carrying conductor is divided into two symmetrical branches (L1,L2) to form a loop into which an integrated circuit (IC) is inserted. Two sensors (S1,S2) mounted on the chip measure the magnetic fields produced by the sections currents. The integrated circuit includes an electronic circuit to process the differential voltage between the output voltages of the sensors which is linearly proportional to the sum of the branch currents (I1,I2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung eines Stroms.The present invention relates to a sensor arrangement for contactless measurement of a current.

Die Strommessung mittels eines von einem stromdurchflossenen Leiter verursachten, diesen umgebenden Magnetfeldes ist hin reichend bekannt. Dabei wird der zu messende Strom kontaktlos mit einem Magnetfeldsensor, beispielsweise einem Hall-Element oder einer Feldplatte, erfaßt. Bei dieser Methode ist es nicht erforderlich, den Stromkreis zur Messung zu öffnen. So mit entfallen Kontaktierungsprobleme. Da der Meßkreis vom zu messenden Strom galvanisch getrennt ist, können auch Messun gen an hohen Spannungen gefahrlos durchgeführt werden. Wei terhin ist die Strommessung mit dieser Methode praktisch ver lustleistungs- und rückwirkungsfrei.The current measurement using one of a current-carrying Conductor caused this surrounding magnetic field is gone well known. The current to be measured becomes contactless with a magnetic field sensor, for example a Hall element or a field plate. With this method it is no need to open the circuit for measurement. Like this with contact problems. Since the measuring circuit from measuring current is galvanically isolated, can also measure against high voltages. Wei the current measurement is practically ver with this method free of pleasure and non-reactive.

Die Vorteile der kontaktlosen Strommessung sind jedoch auch mit Nachteilen verbunden. Insbesondere bei kleinen und mitt leren Stromstärken ist das den stromdurchflossenen Leiter um gebende Magnetfeld verhältnismäßig klein. Ein Strom von 10 A durch einen kreisrunden Leiter beispielsweise bewirkt ein Feld in der Größe von 1 mT in 2 mm Abstand von der Leiterach se. Daraus ergibt sich die Forderung, daß ein Magnetfeldsen sor möglichst nahe am Leiter anzuordnen ist.However, the advantages of contactless current measurement are also associated with disadvantages. Especially with small and medium ler currents, this is the current-carrying conductor giving magnetic field relatively small. A current of 10 A. by a circular conductor, for example Field in the size of 1 mT at a distance of 2 mm from the wire This results in the requirement that a magnetic field sor should be placed as close as possible to the conductor.

Meßfehler können in praktischen Anwendungen beispielsweise dadurch entstehen, daß die relative Position des Sensors zum Leiter, genauer zur Leiterachse, variiert. Denn das Magnet feld um einen stromdurchflossenen Leiter ist proportional zum Kehrwert des Abstands des Sensors zur Leiterachse. So führt eine Lageabweichung in radialer Richtung vom Leiter von 0,1 mm im obigen Zahlenbeispiel bereits zu einem relativen Meß fehler von 4,8%. Neben fertigungsbedingten, verhältnismäßig einfach herauskalibrierbaren Fehlern können weitere Meßfehler durch thermische Effekte, Verdunstungen von Weichmachern in Plastomeren sowie Aufquellen durch Absorption von Wasserdampf auftreten. Eine weitere Fehlerquelle der beschriebenen Strom meß-Methode sind Hintergrundfelder, beispielsweise das Erd feld, remanente Felder nahe gelegener Eisenteile sowie tran siente Störimpulse bedingt durch Zündspulen, Bürstenfeuer et cetera.Measurement errors can, for example, in practical applications arise from the fact that the relative position of the sensor to Head, more precisely to the conductor axis, varies. Because the magnet field around a current-carrying conductor is proportional to the Inverse value of the distance from the sensor to the conductor axis. So leads a positional deviation in the radial direction of the conductor of 0.1 mm in the numerical example above for a relative measurement error of 4.8%. In addition to manufacturing-related, proportionately Errors that can be easily calibrated out can result in further measurement errors through thermal effects, evaporation of plasticizers in Plastomers and swelling due to the absorption of water vapor occur. Another source of error of the current described The measuring method are background fields, for example the earth field, remanent fields of nearby iron parts and tran sient interference caused by ignition coils, brush fire et cetera.

Es ist bekannt, durch Hintergrundfelder bedingte Meßfehler beispielsweise durch Mumetall-Schirme oder durch differenti elle Messungen mittels einer S-förmigen Leiterschleife zu vermeiden. Weiterhin können zur Vermeidung von Positionstole ranzfehlern mit Trafoblechen oder Magnetkeramiken ein konzen trierter magnetischer Fluß sowie ein Luftspalt erzeugt wer den, in dem das Feld nahezu homogen ist. Praktische Realisie rungen dieser beschriebenen Meßvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie von Temperaturkennlinien der Magnetwerk stoffe abhängen sowie mit hohem Gewicht und hohen Kosten ver bunden sind.It is known that measurement errors are caused by background fields for example by Mumetall screens or by differenti All measurements using an S-shaped conductor loop avoid. Furthermore, to avoid positional stole Concentrate ranz errors with transformer sheets or magnetic ceramics trated magnetic flux and an air gap generated who the one in which the field is almost homogeneous. Practical reality However, the described measuring devices have the Disadvantage that they are from temperature characteristics of the magnetic work depend on fabrics as well as with high weight and high costs are bound.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensoranord nung zur kontaktlosen Messung eines Stroms anzugeben, die die beschriebenen Probleme vermeidet.The object of the present invention is to arrange a sensor to specify the contactless measurement of a current that the avoids problems described.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung eines Stroms gelöst, mit
According to the invention, the object is achieved by a sensor arrangement for the contactless measurement of a current with

- A conductor for carrying the current, which in a Lei ter section into two parallel, spaced Lei branches for routing a partial stream of the current each shares and
- An integrated circuit comprising a first and a second sensor for detecting through the partial flows induced magnetic fields,
- The integrated circuit in a between the pa parallel conductor branches arranged space is.

Die beschriebene Sensoranordnung arbeitet differentiell, das heißt sie erfaßt die Differenz der von den beiden Leiterzwei gen verursachten Teil-Magnetfeldern. Da die beiden Leiter zweige gleichsinnig stromdurchflossen sind, erfaßt jeder Sen sor jeweils die Differenz der Teil-Magnetfelder. Dabei ist jeweils ein Sensor jeweils einem Leiterzweig durch entspre chende feldmäßige Anordnung zugeordnet. Die beiden Sensoren sind auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis angeord net, so daß sie eine gute Paarung (Matching) aufweisen. Der integrierte Schaltkreis kann dabei ein senkrecht zu seiner Oberfläche stehendes Magnetfeld erfassen. Die Anordnung des integrierten Schaltkreises mit den Sensoren im zwischen den parallelen Leiterzweigen gebildeten Zwischenraum ermöglicht eine raumsparende Sensoranordnung, bei der zusätzlich der in tegrierte Schaltkreis mechanisch geschützt ist. Zudem ist die Sensoranordnung mechanisch belastbar und kostengünstig her stellbar.The sensor arrangement described works differentially, that it means the difference between the two ladder two caused partial magnetic fields. Because the two leaders branches have current flowing through them in the same direction, each sen detects each the difference of the partial magnetic fields. It is one sensor each, one conductor branch by corresponding Appropriate field arrangement assigned. The two sensors are arranged on a common integrated circuit net, so that they have a good pairing (matching). The integrated circuit can be perpendicular to it Detect surface magnetic field. The arrangement of the integrated circuit with the sensors in between the parallel conductor branches formed space a space-saving sensor arrangement, in which the in integrated circuit is mechanically protected. In addition, the Sensor arrangement mechanically resilient and inexpensive adjustable.

Bevorzugt ist die Sensoranordnung so ausgestaltet, daß die Leiterzweige zueinander symmetrische Formen aufweisen, wo durch die Teilströme durch die Leiterzweige gleich sind. Die beschriebene Sensoranordnung ist nicht nur unempfindlich ge genüber homogenen magnetischen Hintergrundfeldern, sondern es ergibt sich zudem eine weitgehende Unabhängigkeit der exakten Position des integrierten Schaltkreises beziehungsweise der Sensoren bezüglich der Leiterzweige.The sensor arrangement is preferably designed such that the Conductor branches have mutually symmetrical shapes where by the partial flows through the conductor branches are the same. The Sensor arrangement described is not only insensitive ge compared to homogeneous magnetic background fields, but it there is also a large degree of independence of the exact Position of the integrated circuit or the Sensors related to the conductor branches.

Bevorzugt liegen die beiden Sensoren symmetrisch zu einer von den beiden Leiterzweigen gebildeten Symmetrieachse.The two sensors are preferably symmetrical to one of the two lines of symmetry.

Vorteilhafterweise weisen die Sensoren gleiche Empfindlich keiten auf.The sensors advantageously have the same sensitivity come on.

Der integrierte Schaltkreis kann eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der Differenz von zwei Ausgangsspannungen der Sensoren aufweisen. Diese Differenzspannung ist linear proportional zur Summe der beiden Teilströme und wird nicht von einem gegebenenfalls superponierten homogenen Hinter grund-Magnetfeld beeinflußt.The integrated circuit can be an electronic circuit for processing the difference between two output voltages of sensors. This differential voltage is linear proportional to the sum of the two partial flows and will not from a possibly superposed homogeneous background basic magnetic field influenced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung liegen die Sensoren in einer Ebene, welche parallel zu einer von den Leiterzweigen gebildeten Ebene angeordnet ist. Insbesondere kann die Oberfläche des integrierten Schaltkrei ses parallel zur Leiterebene sein. Es kann besonders vorteil haft sein, die Sensoren exakt in der von den Achsen der Lei terzweige gebildeten Ebene anzuordnen. Weiterhin kann es vor teilhaft sein, die Sensoren innerhalb der beschriebenen Ebene auf einer gemeinsamen Geraden anzuordnen, welche orthogonal zur Stromrichtung der Teilströme in den Leiterzweigen ist.In a preferred embodiment of the present invention The sensors are in one plane, which is parallel to a plane formed by the conductor branches is arranged. In particular, the surface of the integrated circuit be parallel to the conductor level. It can be particularly beneficial be, the sensors exactly in the of the axes of the Lei to arrange the branches formed level. Furthermore, it can be parental, the sensors within the level described to be arranged on a common straight line, which is orthogonal to the current direction of the partial currents in the conductor branches.

Jeweils ein Sensor ist vorteilhafterweise möglichst nahe am ihm zugeordneten Leiterzweig angeordnet.A sensor is advantageously as close as possible to the arranged conductor branch assigned to it.

Die Sensoren sind dabei bevorzugt in größtmöglichem Abstand voneinander auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet.The sensors are preferably at the greatest possible distance arranged from each other on the integrated circuit.

Die Sensoren erfassen diejenige Magnetfeldkomponente, welche orthogonal zur Oberfläche des integrierten Schaltkreises ist.The sensors record which magnetic field component is orthogonal to the surface of the integrated circuit.

Wenn die Sensoren an der Oberfläche des Siliziumplättchens des integrierten Schaltkreises angeordnet sind, ist es vor teilhaft, daß die Oberfläche des Siliziumplättchens in der von den Achsen der Leiterzweige beschriebenen Ebene angeord net ist.If the sensors on the surface of the silicon wafer of the integrated circuit, it is in front geous that the surface of the silicon wafer in the arranged by the axes of the conductor branches is not.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung weisen die parallelen Leiterzweige einen Ab stand von 5,5 mm zueinander auf. Diese Zwischenraumbreite er möglicht das parallele Einbringen üblicher Chipgehäuse. Je nach Abmessungen des zu verwendenden integrierten Schaltkrei se sind andere Abstände vorzusehen. In a further advantageous embodiment of the present ing invention, the parallel conductor branches have an Ab stood from each other of 5.5 mm. This gap width he enables the parallel insertion of conventional chip housings. Each according to the dimensions of the integrated circuit to be used Other distances must be provided.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung liegen die Sensoren in einer Ebene, welche orthogonal zu einer von den Leiterzweigen gebildeten Ebene angeordnet ist. Dabei ist die vom integrierten Schaltkreis aufgespannte Ebene derart angeordnet, daß sie eine Richtungs komponente senkrecht zur Ebene der Leiterzweige aufweist und eine weitere, dazu orthogonale Komponente, welche parallel zu den Achsen der parallelen Leiterzweige angeordnet ist. Die Sensoren können dabei vorteilhafterweise weiterhin in einer Ebene angeordnet sein, welche zwei orthogonale Komponenten hat, welche beide senkrecht auf Symmetrieachsen der Leiter zweige stehen. Die Magnetfeldsensoren können dabei vorteil hafterweise aus dem Zwischenraum herausragen, derart, daß die Sensoren parallel zur Stromrichtung und senkrecht zu den Lei terzweigen stehen.In a further advantageous embodiment of the present ing invention, the sensors are in one plane, which orthogonal to a plane formed by the conductor branches is arranged. Here is that of the integrated circuit spanned plane arranged so that it has a direction component perpendicular to the plane of the conductor branches and another orthogonal component, which is parallel to the axes of the parallel conductor branches is arranged. The Sensors can advantageously continue in one Plane, which are two orthogonal components which both are perpendicular to the axis of symmetry of the conductor branches stand. The magnetic field sensors can be advantageous protrude from the space in such a way that the Sensors parallel to the current direction and perpendicular to the Lei branches.

Der integrierte Schaltkreis kann mit Gehäuse oder gehäuselos, falls erforderlich mit isolierenden Zwischenschichten, in den Zwischenraum eingeklebt sein.The integrated circuit can be with or without a housing, if necessary with insulating intermediate layers, in the Be glued in between.

Die Sensoranordnung mit Leiterabschnitt und integriertem Schaltkreis kann von einem Gehäuse umgeben sein, welches bei spielsweise durch Umspritzen der Sensoranordnung mit einem Kunststoff gebildet ist.The sensor arrangement with conductor section and integrated Circuit can be surrounded by a housing, which at for example by overmolding the sensor arrangement with a Plastic is formed.

Zumindest einer der beiden Leiterzweige kann in einer beson ders kostengünstigen Ausgestaltung der Sensoranordnung als Teil eines Leadframes ausgeführt sein.At least one of the two conductor branches can be in a particular ders inexpensive design of the sensor arrangement as Be part of a leadframe.

Falls mehrere Sensoranordnungen zueinander benachbart vorge sehen sind, kann es vorteilhaft sein, die integrierten Schaltkreise der Sensoranordnungen jeweils parallel zueinan der und senkrecht auf einer von den Leitern gebildeten Ebene anzuordnen. In diesem Fall stehen die Magnetfelder eines Lei ters tangential zu den Sensoren der anderen Leiter, so daß ein Übersprechen vermieden wird. If several sensor arrangements are provided adjacent to one another see, it may be beneficial to use the built-in Circuits of the sensor arrangements in parallel to each other the and perpendicular to a plane formed by the conductors to arrange. In this case, the magnetic fields of a Lei ters tangential to the sensors of the other conductors, so that crosstalk is avoided.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung weisen die parallelen Leiterzweige zueinan der einen Abstand von 1 mm auf. Ein Abstand von 1 mm ist ge eignet, um typische, flache Sensorchips orthogonal zu und zwischen den beiden Leiterzweigen aufzunehmen.In a further advantageous embodiment of the present ing parallel the parallel conductor branches which has a distance of 1 mm. A distance of 1 mm is ge Suitable for orthogonal and typical flat sensor chips between the two conductor branches.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist der Leiterabschnitt des Leiters mit den Leiterzweigen als Stanzteil ausgeführt, derart, daß die Lei terzweige jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufwei sen. Die Ausführung des Leiterabschnitts mit den Leiterzwei gen als Stanzteil ermöglicht eine symmetrische Gestaltung des Leiterabschnitts in der Weise, daß der erste gleich dem zwei ten Teilstrom ist. Zudem ergibt sich eine gute Kontaktierung der beiden Leiterzweige mit dem Leiter. Stanzteile weisen üb licherweise eine homogene Stromverteilung auf. Gegenüber Lei terzweigen mit kreisförmigem Querschnitt hat der rechteckför mige Querschnitt, welcher üblicherweise bei einem Stanzteil vorkommt, den Vorteil, daß das Feld, welches jeweils von Teilströmen in den Leiterzweigen hervorgerufen wird, linearer ist. Der Zwischenraum, welcher zwischen den beiden Leiter zweigen gebildet ist, kann am Anfang und am Ende der Leiter zwiege abgerundet sein, so daß sich ein ovaler Zwischenraum ergibt.In a further advantageous embodiment of the present Invention is the conductor section of the conductor with the Conductor branches executed as a stamped part, such that the Lei each branch has a rectangular cross-section sen. The execution of the ladder section with the ladder two as a stamped part enables a symmetrical design of the Conductor section in such a way that the first is equal to the two is partial flow. Good contacting also results of the two conductor branches with the conductor. Stamped parts have over certainly a homogeneous current distribution. Across from Lei The rectangular branches have branches with a circular cross-section cross section, which is usually in a stamped part occurs, the advantage that the field, each of Partial currents in the conductor branches is caused to be more linear is. The space between the two conductors branches is formed, can be at the beginning and end of the ladder The dovetail should be rounded so that there is an oval space results.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist der integrierte Schaltkreis als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgeführt. Dieses ASIC kann Mittel zur Differenzspannungsbildung der Ausgangs spannungen der Sensoren aufweisen. Dieses ASIC kann weiterhin Mittel zum Kalibrieren der Sensoranordnung aufweisen.In a further advantageous embodiment of the present The present invention is the integrated circuit as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) executed. This ASIC can provide means for differential voltage formation of the output have voltages from the sensors. This ASIC can continue Have means for calibrating the sensor arrangement.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung weist der integrierte Schaltkreis Mittel zum Bereitstellen eines Meßsignals durch Auswerten von von den Sensoren bereitgestellten Teilmeßsignalen auf. Das Meßsignal enthält Informationen über die Stärke des in Teilströme zerlegten Stroms. Die Teilmeßsignale können jeweils von den Sen soren zur Erfassung der von den Leiterzweigen hervorgerufenen Magnetfeldern bereitgestellt sein.In a further advantageous embodiment of the present ing invention, the integrated circuit means for Providing a measurement signal by evaluating the Sensors provided partial measurement signals. The measurement signal contains information about the strength of the broken down into partial streams Current. The partial measurement signals can each from the Sen sensors for the detection of those caused by the conductor branches Magnetic fields can be provided.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung werden externe Felder wie das Erdmagnetfeld mit permeablen Folien abgeschirmt, welche um die Leiterzweige herum so angeordnet sind, daß sie tangential zu von den stromdurchflossenen Leiterzweigen verursachten Magnetfeldli nien stehen. Dadurch werden ohne Verfälschung der Magnetfel der der Leiterzweige äußere Feldeinflüsse abgeschirmt.In a further preferred embodiment of the present The invention uses external fields such as the earth's magnetic field permeable foils shielded around the conductor branches are arranged around so that they are tangential to the current-carrying conductor branches caused magnetic fields never stand. This means that the magnetic field is not distorted shielded the external field influences of the conductor branches.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.Further details of the invention are the subject of Un claims.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below in several embodiments play with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit einem paral lel zu den Leiterzweigen angeordneten integrierten Schaltkreis in einem Querschnitt und in einer Draufsicht, Fig. 1 shows an embodiment of the invention with a paral lel to the conductor branches are arranged in an integrated circuit cross section and in a plan view,

Fig. 2 eine Weiterbildung der Sensoranordnung nach Fig. 1 in einer Ausführung der Leiterzweige als Stanzteil, Fig. 2 is a further development of the sensor assembly of Fig. 1 in an embodiment of the circuit branches as a punched part,

Fig. 3 die Sensoranordnung gemäß Fig. 1 ergänzt für eine Fehlerabschätzung, Fig. 3, the sensor arrangement of FIG. 1 added for an error estimate,

Fig. 4 eine Worst-Case-Fehlerabschätzung gemäß Fig. 3 in Abhängigkeit von einer Fehlpositionierung, Fig. 4 is a worst-case estimation error of FIG. 3 in response to a mis-positioning,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit orthogo nal zu den Leiterzweigen angeordnetem integrierten Schaltkreis in einem Querschnitt und einer Drauf sicht, Fig. 5 view an embodiment of the invention with orthogo nal arranged to the conductor branches integrated circuit in a cross section and a top,

Fig. 6 eine Weiterbildung der Sensoranordnung gemäß Fig. 5 mit einem Stanzteil im Querschnitt, Draufsicht und Seitenansicht, Fig. 6 shows a further development of the sensor arrangement of FIG. 5 with a stamped part, in cross section, plan view and side view,

Fig. 7A ein Anwendungsbeispiel der Sensoranordnung an An schlußklemmen einer Kraftfahrzeugbatterie in einer Seitenansicht Fig. 7A shows an application example of the sensor arrangement on terminal blocks of a motor vehicle battery in a side view

Fig. 7B das Anwendungsbeispiel von Fig. 7A in einer Drauf sicht, FIG. 7B view the application example of Fig. 7A is a plan,

Fig. 8 bis 10 Parameterstudien der senkrecht auf der Ober fläche des integrierten Schaltkreises stehenden B- Feld-Komponente. Fig. 8 to 10 of the parametric studies perpendicular to the upper surface of the integrated circuit stationary B- field component.

Fig. 1 zeigt in der unteren Bildhälfte die beiden Leiter zweige L1, L2, welche von den Teilströmen I1, I2 durchflossen sind. Zwischen den Leiterzwiegen L1, L2 ist ein integrierter Schaltkreis IC mit einem ersten Sensor S1 und einem zweiten Sensor S2 angeordnet, wobei beide Sensoren S1, S2 Magnetfeld komponenten in z-Richtung messen. Der integrierte Schaltkreis IC ist quaderförmig, während die Leiterzwiege L1, L2 zylin drisch sind. In der oberen Bildhälfte der Fig. 1 ist ein Schnitt durch die in der unteren Bildhälfte von Fig. 1 dar gestellte Anordnung gezeichnet, ebenfalls in einem karthesi schen Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z. In dieser Schnittdarstellung sind die Leiterzweige L1, L2, die gleich sinnig die Leiterzweige L1, L2 durchfließenden Teilströme I1, I2 sowie der integrierte Schaltkreis IC mit den Sensoren S1, S2 eingezeichnet. Die Mittelachsen der Leiterzweige L1, L2 weisen zueinander einen Abstand von 2.A auf. Die Sensoren S1, S2 weisen zueinander einen Abstand von 2.a auf. Die y- Achse ist die Symmetrieachse der Anordnung, in der sowohl die Symmetrieachse der Leiterzweige L1, L2 sowie die Symmetrie achse des integrierten Schaltkreises IC mit den Sensoren S1, S2 liegt. Fig. 1 shows in the lower half of the picture the two conductor branches L1, L2, through which the partial currents I1, I2 flow. An integrated circuit IC with a first sensor S1 and a second sensor S2 is arranged between the two conductors L1, L2, both sensors S1, S2 measuring magnetic field components in the z direction. The integrated circuit IC is cuboid, while the conductor cradle L1, L2 are cylindrical. In the upper half of FIG. 1, a section is shown through the arrangement shown in the lower half of FIG. 1, also in a Cartesian coordinate system with the axes x, y, z. The conductor branches L1, L2, the partial currents I1, I2 flowing through the conductor branches L1, L2 and the integrated circuit IC with the sensors S1, S2 are shown in this sectional illustration. The center axes of the conductor branches L1, L2 are at a distance of 2.A from one another. The sensors S1, S2 are at a distance of 2.a from one another. The y-axis is the axis of symmetry of the arrangement in which both the axis of symmetry of the conductor branches L1, L2 and the axis of symmetry of the integrated circuit IC with the sensors S1, S2 lie.

Orthogonal zur Symmetrieachse, der y-Achse, sind zueinander orthogonale Achsen x, z eingezeichnet. Die Sensoren S1, S2, an der Oberfläche des integrierten Schaltkreises IC angeord net, sind in der xy-Ebene der Sensoranordnung vorgesehen. In der xy-Ebene ergibt sich folgende Abhängigkeit der z- Komponente der magnetischen Induktion B_z von der lateralen Position in x-Richtung:
Axes x, z which are orthogonal to one another are drawn in orthogonally to the axis of symmetry, the y-axis. The sensors S1, S2, net angeord on the surface of the integrated circuit IC, are provided in the xy plane of the sensor arrangement. In the xy plane, the z component of the magnetic induction B _z depends on the lateral position in the x direction:

mit µ₀ = Permeabilität des freien Raumes = 4.Pi.10^-7 Vs/Am unter der Annahme, daß die Querschnitte der Leiterzwiege L1, L2 kreisförmig sind, so daß das elektromagnetische Feld im Außenraum der Leiter L1, L2 mit einfachen, bekannten Formeln beschrieben werden kann. Falls die Teilströme I1, I2 bei ex akter Stromaufteilung des Stroms I einander gleichen, so daß gilt I1 = I2, gilt für das B-Feld in Ursprungsnähe, daß es linear proportional zur lateralen Koordinate x ist. Da somit die beschriebene z-Komponente der magnetischen Induktion B_z eine ungerade Funktion von x ist, bei der gilt B_z (-x) = -B_z (x), ermöglicht die in Fig. 1 dargestellte Feldmessung mit zwei Magnetfeldsensoren S1, S2, welche symmetrisch zur Symme trieachse y angeordnet sind, eine Differenzmessung des Stroms I, bei dem sich Hintergrundfelder wegheben. Eine Auswertung der Ausgangssignale der Sensoren S1, S2 durch Differenzbil dung der Ausgangssignale bildet ein Resultat eines Meßsi gnals, welches linear proportional zum Strom I = I1 + I2 ist.with µ ₀ = permeability of free space = 4.Pi.10 ^-7 Vs / Am on the assumption that the cross sections of the conductor cradle L1, L2 are circular, so that the electromagnetic field in the outer space of the conductor L1, L2 with simple, known Formulas can be described. If the partial currents I1, I2 are equal to each other when the current I is divided exactly, so that I1 = I2, the B field near the origin applies that it is linearly proportional to the lateral coordinate x. Since the described z component of the magnetic induction B _{z is} an odd function of x, for which B _z (-x) = -B _z (x), the field measurement shown in FIG. 1 enables two magnetic field sensors S1, S2 , which are arranged symmetrically to the symmetry axis y, a difference measurement of the current I, in which background fields are removed. An evaluation of the output signals of the sensors S1, S2 by differential formation of the output signals forms a result of a measurement signal which is linearly proportional to the current I = I1 + I2.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung der Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung eines Stroms I angegeben, bei der der Leiterabschnitt mit den parallelen, voneinander beabstandeten Leiterzweigen L1, L2 als Stanzteil ausgeführt ist. Im unteren Teil der Fig. 2 ist die Sensoranordnung in einer Draufsicht, im oberen Teil ist ein Querschnitt der Sensoranordnung darge stellt. Der zwischen den beiden parallelen Leiterzweigen L1, L2 gebildete Zwischenraum ist abgerundet, so daß sich ein ovaler Zwischenraum ergibt, in den der integrierte Schalt kreis IC mit den Sensoren S1, S2 eingebracht ist. Aufgrund der Ausführung des Leiterabschnitts des Leiters L als Stanz teil sind die Leiterabschnitte L1, L2 rechteckförmig ausge bildet. Diese rechteckförmige Ausbildung ergibt eine bessere Linearität des Magnetfeldes an den Magnetfeldsensoren S1, S2 als bei der zylindrischen Ausführung der Leiterzweige wie in Fig. 1.In Fig. 2 is a further development of the sensor arrangement for non-contact measurement of a current I is indicated, wherein the conductor portion with the parallel, spaced-apart conductor arms L1, L2 is constructed as a stamped part. In the lower part of Fig. 2, the sensor arrangement is a plan view, in the upper part is a cross section of the sensor arrangement Darge. The space formed between the two parallel conductor branches L1, L2 is rounded off, so that there is an oval space into which the integrated circuit IC with the sensors S1, S2 is introduced. Due to the design of the conductor section of the conductor L as a stamped part, the conductor sections L1, L2 are formed out rectangular. This rectangular design results in better linearity of the magnetic field at the magnetic field sensors S1, S2 than in the cylindrical design of the conductor branches as in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt eine Sensoranordnung anhand eines Ausführungs beispiels, welche von der Sensoranordnung gemäß Fig. 1 da hingehend abweicht, daß der integrierte Schaltkreis IC und damit auch die Sensoren S1, S2 eine Fehlpositionierung gegen über den Leiterzweigen L1, L2 aufweist, dahingehend, daß die Symmetrieachse des integrierten Schaltkreises IC um einen Ab stand eps in x-Richtung bezüglich der Symmetrieachse y der Leiter L1, L2 verschoben ist. Diese Positionstoleranzen des Chips können fertigungsbedingt auftreten. Fertigungsbedingte Positionstoleranzen können zwar bei der Inbetriebnahme der Sensoranordnung herauskalibriert werden, im Laufe des Be triebs beziehungsweise der Alterung der Sensoranordnung kön nen jedoch beispielsweise durch Temperatureffekte weitere Po sitionstoleranzen auftreten. Weitere Fehlerquellen, welche die Meßgenauigkeit der Sensoranordnung beeinträchtigen kön nen, sind zum einen ein homogenes Hintergrundfeld B0 sowie zum anderen eine ungleiche Stromaufteilung, I1 ≠ I2. Diese asymmetrische Stromaufteilung wird mit je einem Widerstand R1, R2 der Leiterzweige L1, L2 elektrisch erfaßt. Schließlich kann eine Fehlerquelle darin begründet sein, daß trotz Anord nung der Sensoren S1, S2 auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis IC eine ungleiche Empfindlichkeit der Sensoren besteht. Mit diesen Fehlerbetrachtungen ergibt sich als Dif ferenzspannung der Sensoren:
Fig. 3 shows a sensor arrangement based on an embodiment example, which differs from the sensor arrangement according to FIG. 1 in that the integrated circuit IC and thus also the sensors S1, S2 has an incorrect positioning relative to the conductor branches L1, L2, in that the axis of symmetry of the integrated circuit IC has shifted from a position eps in the x direction with respect to the axis of symmetry y of the conductors L1, L2. These positional tolerances of the chip can occur due to the manufacturing process. Manufacturing-related position tolerances can be calibrated out when the sensor arrangement is started up, but further position tolerances can occur during operation or aging of the sensor arrangement, for example due to temperature effects. Further sources of error, which can affect the measuring accuracy of the sensor arrangement, are on the one hand a homogeneous background field B0 and on the other hand an uneven current distribution, I1 ≠ I2. This asymmetrical current distribution is electrically detected with a resistor R1, R2 of the conductor branches L1, L2. Finally, a source of error may be due to the fact that, despite the arrangement of the sensors S1, S2 on a common integrated circuit IC, there is an uneven sensitivity of the sensors. With these error considerations, the difference voltage of the sensors is:

wobei gilt
where applies

mit B0 gleich z-Komponente eines homogenen Hintergrundmagnet feldes; U1, U2 gleich Ausgangsspannungen der Sensoren S1, S2; E1, E2 gleich Empfindlichkeiten der Sensoren S1, S2, 2.a gleich Abstand der Sensoren S1, S2 voneinander; 2.A gleich Abstand der Symmetrieachsen der Leiter L1, L2 voneinander; R1 gleich Widerstand des Leiters L1 und R2 gleich Widerstands wert des Leiterzweigs L2.with B0 equal to z component of a homogeneous background magnet field; U1, U2 equal to output voltages of sensors S1, S2; E1, E2 equal sensitivities of sensors S1, S2, 2.a equal distance between sensors S1, S2; 2.A equal Distance of the axes of symmetry of the conductors L1, L2 from one another; R1 equal resistance of the conductor L1 and R2 equal resistance value of conductor branch L2.

Fig. 4 zeigt eine Worst-Case-Fehlerabschätzung der Sen soranordnung in Abhängigkeit von der Fehlpositionierung des integrierten Schaltkreises IC in x-Richtung eps in mm, wobei Fehler als relative Fehler (in Prozent) zwischen einer idea len Sensoranordnung und einer fehlerbehafteten Sensoranord nung definiert sind. Dabei wurden für die fehlerbehaftete Sensoranordnung folgende Parameter gewählt: A = 2,5 mm, a = 0,5 mm, Unsymmetrie der Stromaufteilung: 5%, das heißt R1 = 1,05.R2, Fehlanpassung (Mismatch) der Magnetfeldsensoren S1, S2 von 3% bezüglich ihrer Empfindlichkeiten E1, E2, das heißt E2 = 1,03.E1, zu messender Strom I = 20 A, homogenes Hintergrundmagnetfeld B0 = -1 mT. Bei symmetrischer Anordnung des integrierten Schaltkreises IC, eps = 0, ergibt sich ein Fehler von 4,6%, welcher hauptsächlich durch das Hinter grundfeld B0 und den Mismatch der Sensor-Empfindlichkeiten E1, E2 bedingt ist. Ein Hintergrundfeld von der Größe 1 mT ist demnach equivalent zu einem Offsetfehler von 0,92 A bei der Strommessung, was gegenüber bekannten Meßprinzipien einer Verbesserung um den Faktor 10 entspricht. Die laterale Fehl positionierung des integrierten Schaltkreises IC zu den Lei terzweigen L1, L2 hat bei der beschriebenen Erfindung einen verhältnismäßig geringen Einfluß, da in einem Bereich von - 0,19 bis +0,08 mm Positionsabweichung von der Sollposition die Meßgenauigkeit lediglich um +/- 0,5% abweicht. Fig. 4 shows a worst-case error estimate of the sensor arrangement as a function of the incorrect positioning of the integrated circuit IC in the x-direction eps in mm, errors being defined as relative errors (in percent) between an ideal sensor arrangement and a faulty sensor arrangement are. The following parameters were selected for the faulty sensor arrangement: A = 2.5 mm, a = 0.5 mm, asymmetry of the current distribution: 5%, that is R1 = 1.05.R2, mismatch of the magnetic field sensors S1, S2 of 3% with regard to their sensitivities E1, E2, that is E2 = 1.03.E1, current I = 20 A to be measured, homogeneous background magnetic field B0 = -1 mT. With a symmetrical arrangement of the integrated circuit IC, eps = 0, there is an error of 4.6%, which is mainly due to the background field B0 and the mismatch of the sensor sensitivities E1, E2. A background field of size 1 mT is therefore equivalent to an offset error of 0.92 A in the current measurement, which corresponds to an improvement by a factor of 10 compared to known measuring principles. The lateral incorrect positioning of the integrated circuit IC to the Lei ter branches L1, L2 has a relatively small influence in the described invention, since in a range of - 0.19 to +0.08 mm position deviation from the target position, the measurement accuracy only by + / - deviates 0.5%.

Die mit Fig. 3 und 4 dargelegten Worst-Case-Fehlerabschät zungen, bei denen die möglicherweise auftretenden Fehler so angenommen wurden, daß sich die Einzelfehler aufaddieren und nicht gegeneinander wegheben, zeigen, daß die Sensoranordnung gemäß Fig. 1 und 2 sowohl bezüglich Hintergrundmagnetfeld einflüssen, als auch bezüglich Abweichungen der Sensoremp findlichkeiten, unsymmetrischen Stromaufteilungen sowie Posi tionsabweichungen des integrierten Schaltkreises IC gegenüber den Leiterzweigen L1, L2 deutlich verbessert sind.The worst-case Fehlerabschät set forth with FIGS. 3 and 4 blades, in which the errors that may occur were adopted such that the individual errors add up and not against each other lift off, indicate that the sensor arrangement influences of FIG. 1 and 2 both with respect to background magnetic field , and also with regard to deviations in the sensor sensitivities, asymmetrical current distributions and position deviations of the integrated circuit IC compared to the conductor branches L1, L2 are significantly improved.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung eines Stroms I, bei der der integrierte Schaltkreis IC mit den Sensoren S1, S2 orthogonal zu einer von den Leiterzweigen L1, L2 gebildeten Ebene angeordnet ist. Wie in Fig. 3 beschrieben, trägt Leiterzweig L1 einen Teil strom I1, während Leiterzweig L2 einen Teilstrom I2 trägt. Die Abstände der Sensoren S1, S2 voneinander betragen wieder 2.a. Die Abstände der Achsen der Leiterzweige L1, L2 zur xy-Ebene sind mit A1 beziehungsweise A2 bezeichnet. Die Summe aus den Abständen der Leiterachsen der Leiter L1, L2 zur xy- Ebene gemäß Fig. 5 ist gegenüber den Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 3 vorteilhafterweise stark verringert. Die Abwei chung der Symmetrieebene des integrierten Schaltkreises IC von der Symmetrieebene der Leiterzwiege L1, L2 ist wiederum mit eps bezeichnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die relative Position des integrierten Schaltkreises mit den Sensoren S1, S2 bezüglich der Leiterzweige L1, L2 unempfind licher gegen Abweichungen von einer symmetrischen Soll- Position ist. Fig. 5 shows an embodiment of the sensor arrangement for contactless measurement of a current I, in which the integrated circuit IC with the sensors S1, S2 orthogonally disposed to a printed circuit formed by the branches L1, L2 level. As described in FIG. 3, conductor branch L1 carries a partial current I1, while conductor branch L2 carries a partial current I2. The distances between the sensors S1, S2 are again 2.a. The distances between the axes of the conductor branches L1, L2 to the xy plane are designated A1 and A2, respectively. The sum of the distances between the conductor axes of the conductors L1, L2 and the xy plane according to FIG. 5 is advantageously greatly reduced compared to the embodiments according to FIGS . 1 to 3. The deviation of the plane of symmetry of the integrated circuit IC from the plane of symmetry of the ladder cradle L1, L2 is again denoted by eps. This has the advantage that the relative position of the integrated circuit with the sensors S1, S2 with respect to the conductor branches L1, L2 is less sensitive to deviations from a symmetrical target position.

Fig. 6 zeigt eine Weiterbildung der Sensoranordnung gemäß Fig. 5 in Draufsicht, Seitenansicht und einer Schnittdar stellung. Der als Langloch in einem Stanzteil ausgeführte Zwischenraum zwischen den Leiterzwiegen L1, L2 ist dabei deutlich schmaler als bei der Ausführung gemäß Fig. 2. Der Abstand der Sensoren S1, S2 voneinander beträgt 2.a. Die Dicke des als Stanzteil ausgeführten Leiters L beträgt b. Die Ausdehnung des Langloches in z-Richtung beträgt g1 + g2, die Ausdehnung der Leiterzweige L1, L2 in z-Richtung beträgt h1 beziehungsweise h2. Die Länge des als Langloch ausgeführten Zwischenraums zwischen den Leiterzweigen L1, L2 beträgt y1 + y2. Die Breite des Langloches kann beispielsweise lediglich g1 + g2 = 1 mm betragen, um einen integrierten Schaltkreis IC aufnehmen zu können. Fig. 6 shows a development of the sensor arrangement according to FIG. 5 in plan view, side view and a sectional view position. The space in the form of an elongated hole in a stamped part between the conductors L1, L2 is significantly narrower than in the embodiment according to FIG. 2. The distance between the sensors S1, S2 is 2.a. The thickness of the conductor L designed as a stamped part is b. The extension of the elongated hole in the z direction is g1 + g2, the extension of the conductor branches L1, L2 in the z direction is h1 and h2, respectively. The length of the intermediate space in the form of an elongated hole between the conductor branches L1, L2 is y1 + y2. The width of the elongated hole can, for example, only be g1 + g2 = 1 mm in order to be able to accommodate an integrated circuit IC.

Das Langloch zwischen den Leiterzweigen L1, L2 führt zu einer Feldinhomogenität in dessen unmittelbarer Nähe. Der Abstand der Sensoren S1, S2 von der z-Achse, der mit a bezeichnet ist, muß demnach so weit von der Oberfläche des Leiters L entfernt sein, daß durch das Langloch verursachte Feldstörun gen einen geringen Einfluß auf die Sensoren S1, S2 haben. Aus der Bedingung für ein in x-, y- und z-Richtung homogenes Ma gnetfeld: dB_z/dx, dB_z/dy und dB_z/dz sehr klein ergibt sich die Forderung, daß 2.a < b + g1 + g2 gilt. Anderer seits dürfen die Sensoren S1, S2 nicht zu weit von den Lei terzweigen L1, L2 entfernt sein, da andernfalls das zu mes sende Magnetfeld bereits zu gering ist. Hier ergibt sich die zweite Forderung 2.a < g1 + g2 + h1 + h2. Dabei ist zu be achten, daß mit zunehmenden Leiterzweig-Querschnitten die Flächenschwerpunkte der Teilströme I1, I2 immer weiter nach außen wandern, so daß die Meßempfindlichkeit der Sensoranord nung abnimmt.The elongated hole between the conductor branches L1, L2 leads to a field inhomogeneity in its immediate vicinity. The distance of the sensors S1, S2 from the z-axis, which is denoted by a, must therefore be so far from the surface of the conductor L that field disturbances caused by the elongated hole have a slight influence on the sensors S1, S2. The requirement for a magnetic field that is homogeneous in the x, y and z directions: dB _z / dx, dB _z / dy and dB _z / dz very small results in the requirement that 2.a <b + g1 + g2 applies. On the other hand, the sensors S1, S2 must not be too far from the conductor branches L1, L2, since otherwise the magnetic field to be measured is already too low. This results in the second requirement 2 .a <g1 + g2 + h1 + h2. It should be noted that with increasing conductor branch cross-sections, the centroids of the partial currents I1, I2 move ever further outwards, so that the measurement sensitivity of the sensor arrangement decreases.

Die Sensoranordnung gemäß Fig. 6 hat den Vorteil, daß das Magnetfeld im Zwischenraum zwischen den Leiterzweigen L1, L2 durch deren geringeren Abstand g1 + g2 voneinander im Ver gleich zur Gesamtbreite h1 + h2 eine deutlich größere Homoge nität aufweist. The sensor arrangement according to FIG. 6 is that the magnetic field in the space between the conductor branches L1, L2 has the advantage by the smaller distance g1 + g2 from each other in comparison to the total width is equal to h1 + h2 nity a significantly greater Homoge.

Fig. 5 mit seiner zylindrischen Geometrie der Leiterzweige L1, L2 ist bezüglich der z-Komponente des Magnetfelds B mit geschlossenen Formeln beschreibbar. Es gilt:
Fig. 5 with its cylindrical geometry of the conductor branches L1, L2 of the z-component of magnetic field B with closed formulas with respect to writable. The following applies:

Die Differenz der Magnetfelder an den Sensoren S1, S2 vonein ander ergibt sich dabei zu B_z (eps + a) - B_z (eps - a) unter der Annahme, daß der integrierte Schaltkreis IC eine Fehlpo sitionierung um den Abstand eps in x-Richtung aufweist. Dabei läßt sich zeigen, daß diese Differenz der Magnetfelder im Falle A1 = A2 und I1 = I2 für A1 = a ein Maximum annimmt, das heißt, daß die Sensoranordnung dann die größte Empfindlich keit aufweist, wenn der Abstand der Leiterachsen voneinander gleich dem Abstand der Sensoren voneinander ist. Weiterhin ergibt sich bei der Anordnung gemäß Fig. 5 dann eine minima le Fehlerempfindlichkeit bezüglich Positionsfehlern in x- Richtung beschrieben durch den Abstand eps, wenn gilt d(B2 - B1)/d(eps) = 0 oder a = √3.A1. Die Strommessung mit der Sensoranordnung gemäß Fig. 5 hat demnach dann die geringste Empfindlichkeit bezüglich Positionsabweichungen des inte grierten Schaltkreises bezüglich der Leiter, wenn der Abstand der Sensoren S1, S2 voneinander dem √3-fachen des Abstandes der Leiterzwiege L1, L2 voneinander ist. Bei diesem √3-fachen Abstand ist jedoch die Empfindlichkeit der Meßanordnung auf 87% der oben berechneten maximal möglichen Empfindlichkeit reduziert.The difference of the magnetic fields at the sensors S1, S2 from each other results in B _z (eps + a) - B _z (eps - a) under the assumption that the integrated circuit IC is incorrectly positioned by the distance eps in x- Direction. It can be shown that this difference of the magnetic fields assumes a maximum for A1 = a in the case A1 = A2 and I1 = I2, that is to say that the sensor arrangement has the greatest sensitivity when the distance between the conductor axes is equal to the distance between the Sensors from each other. Furthermore, in the arrangement according to FIG. 5, there is a minimal error sensitivity with regard to position errors in the x direction described by the distance eps, if d (B2-B1) / d (eps) = 0 or a = √3.A1. The current is measured with the sensor arrangement of FIG. 5 has, therefore, it is the least sensitive position deviations, with respect to the inte grated circuit relative to the circuit when the distance of the sensors S1, S2 from each other, the √3 times the distance of the Leiterzwiege L1, L2 from each other. At this √3 times the distance, however, the sensitivity of the measuring arrangement is reduced to 87% of the maximum possible sensitivity calculated above.

Fig. 7a zeigt eine Seitenansicht eines Anwendungsbeispiels der Sensoranordnung zur kontaktlosen Messung eines Stroms, angewendet auf eine Kraftfahrzeug-Batterie AB in einer Sei tenansicht. Fig. 7a shows a side view of an application example of the sensor arrangement for contactless measurement of a current applied to a motor vehicle battery AB in a Be tenansicht.

Fig. 7b zeigt die Anordnung gemäß Fig. 7a in einer Drauf sicht. Dabei sind mehrere Leiter L vorgesehen, welche jeweils in einem Leiterabschnitt in Leiterzweige L1, L2, welche voneinander beabstandet sind, aufgeteilt sind, und in deren Zwi schenraum jeweils ein integrierter Schaltkreis IC1, IC2, IC3 orthogonal zum Leiter L angeordnet ist. Wie in Fig. 7a er kennbar ist, liegen die Leiter L in einer Ebene, so daß das Magnetfeld eines Leiters, beispielsweise des mittleren Lei ters, tangential zu den Oberflächen der integrierten Schalt kreise IC1, IC3 der benachbarten Leiter liegt. Demnach ist ein Übersprechen und hierdurch bedingte Fehlmessungen eines Leiters in die Sensoranordnungen der anderen Leiter praktisch ausgeschlossen beziehungsweise stark verringert. Die Kraft fahrzeug-Batterie AB gemäß Fig. 7a und 7b weist dabei je weils Sensoranordnungen auf, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind. Fig. 7b shows the arrangement of FIG. 7a in a top view. In this case, a plurality of conductors L are provided, each of which is divided in a conductor section into conductor branches L1, L2 which are spaced from one another, and in the interstices of which an integrated circuit IC1, IC2, IC3 is arranged orthogonally to the conductor L. As can be seen in Fig. 7a, the conductors L lie in one plane, so that the magnetic field of a conductor, for example the middle conductor, is tangent to the surfaces of the integrated circuits IC1, IC3 of the adjacent conductors. Accordingly, crosstalk and the resulting incorrect measurements of one conductor in the sensor arrangements of the other conductors are practically excluded or greatly reduced. The motor vehicle battery AB according to FIGS. 7a and 7b each has sensor arrangements as shown in FIG. 6.

Fig. 8 bis 10 zeigen anhand von Diagrammen Parameterstudi en des Magnetfeldes B, welches senkrecht auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises IC steht. Dabei handelt es sich um die z-Komponente des B-Feldes aus Fig. 6. In Fig. 8 ist die z-Komponente des B-Feldes in Tesla über dem Abstand 2.a der Sensoren S1, S2 voneinander aufgetragen, mit fol genden Randbedingungen: Die Summe der Teilströme I1 + I2 be trägt 1500 A, der Querschnitt des Leiters beträgt 16 mm² und die Breite des als Langloch ausgeführten Zwischenraums g1 + g2 beträgt 1 mm. Die Dicke b des Leiters L wurde in Fig. 8 variiert, derart, daß Kurven für b = 0,5 mm, b = 1 mm und b = 2 mm aufgetragen sind. Um einen konstanten Querschnitt von 16 mm² zu behalten, werden die Parameter h1 und h2 entsprechend angepaßt. Man erkennt, daß mit zunehmender Leiterbreite h1, h2 die Homogenität der z-Komponente des B-Feldes zunimmt. Da mit geht jedoch eine Abnahme der Empfindlichkeit einher. Fig 8 show. To 10 based on parameters charts Studi s of the magnetic field B which is perpendicular to the surface of the integrated circuit IC. This is the z component of the B field from FIG. 6. In FIG. 8, the z component of the B field is plotted in Tesla over the distance 2.a between the sensors S1, S2, with the following Boundary conditions: The sum of the partial currents I1 + I2 is 1500 A, the cross section of the conductor is 16 mm ² and the width of the gap g1 + g2 is 1 mm. The thickness b of the conductor L was varied in FIG. 8 such that curves for b = 0.5 mm, b = 1 mm and b = 2 mm are plotted. In order to maintain a constant cross section of 16 mm ² , the parameters h1 and h2 are adjusted accordingly. It can be seen that the homogeneity of the z component of the B field increases with increasing conductor width h1, h2. However, this is accompanied by a decrease in sensitivity.

Das in Fig. 9 gezeigte Diagramm zeigt die z-Komponente des Differenzfeldes B1_z - B2_z in Abhängigkeit von der Abweichung eps, wobei B1_z die z-Komponente am Ort des Sensors S1 und B2_z die z-Komponente der magnetischen Induktion am Ort des Sen sors S2 ist. Dabei wird der Abstand a der Sensoren S1, S2 von der Symmetrieachse des integrierten Schaltkreises IC vari iert. Konstant sind dabei der Strom I von 1500 A, die Dicke b = 2 mm, die Breiten der Leiterzweige h1 = h2 = 4 mm sowie die Breite des Langloches g1 + g2 = 1 mm. Es ist deutlich zu er kennen, daß die Kurve für a = 3 mm bei kleinen Werten eps die größte Steigung hat. Liegen die Sensoren S1, S2 jedoch weiter auseinander, siehe Kurve a = 5 mm, ist für Werte eps zwischen 0 und 1 mm praktisch keine Veränderung der Sensorempfindlich keit zu beobachten.The diagram shown in FIG. 9 shows the z component of the difference field B1 _z - B2 _z as a function of the deviation eps, B1 _z the z component at the location of the sensor S1 and B2 _z the z component of the magnetic induction at the location of the sensor S2 is. The distance a of the sensors S1, S2 is varied from the axis of symmetry of the integrated circuit IC. The current I of 1500 A, the thickness b = 2 mm, the widths of the conductor branches h1 = h2 = 4 mm and the width of the elongated hole g1 + g2 = 1 mm are constant. It can be clearly seen that the curve for a = 3 mm has the greatest slope for small values eps. However, if the sensors S1, S2 are further apart, see curve a = 5 mm, there is practically no change in sensor sensitivity for values eps between 0 and 1 mm.

Fig. 10 schließlich zeigt wie Fig. 9 die z-Komponente des Differenz-Magnetfeldes B1_z - B2_z über der Abweichung eps in mm, wieder mit 3 Kurven für a = 3 mm, a = 4 mm und a = 5 mm. Fig. 10 hat bezüglich der konstanten Parameter jedoch gegen über Fig. 9 den Unterschied, daß die Breite des Langlochs g1 + g2 nur 0,2 mm anstelle 1 mm beträgt. Hier ist demnach be reits für kleine Sensorabstände von a = 3 mm eine Unempfind lichkeit der Sensoranordnung gegenüber kleinen Abweichungen eps im Bereich von 0 bis 0,5 mm bei höherer Gesamtempfind lichkeit der Anordnung zu erkennen. Derartige, große Empfind lichkeiten bei praktisch vernachlässigbaren Fehlern durch Po sitionstoleranzen eps können dadurch erreicht werden, daß der Chip des integrierten Schaltkreises IC gehäuselos im Zwi schenraum zwischen den Leiterzweigen befestigt, beispielswei se geklebt wird. Bei einer Chip-Dicke von 150 µm kann die Langlochbreite g1 + g2 = 0,2 mm gewählt werden. Die Anschluß- Pads des Chips können in dessen Ecken angeordnet sein, da diese aus dem Zwischenraum herausragen und frei zugänglich sind. Die Langlochbreite g1 + g2 hängt dann neben der Chip- Dicke nur noch von der zu erreichenden Isolationsspannung ab. Eine weitere Leistungssteigerung bei einer Sensoranordnung gemäß Fig. 6 läßt dadurch erreichen, daß eine unsymmetrische Langlochbreite gewählt wird mit g1 < g2. Hierdurch wird die gesamte Breite g1 + g2 des Langloches reduziert, während die gewünschte homogene Feldverteilung auf der Oberfläche des in tegrierten Schaltkreises durch unsymmetrische Wahl der Lei terzweigbreiten h1 ≠ h2 angepaßt werden kann. Hierdurch er gibt sich dann eine unsymmetrische Stromverteilung I1 ≠ I2. Finally, like FIG. 9, FIG. 10 shows the z component of the differential magnetic field B1 _z -B2 _z over the deviation eps in mm, again with 3 curves for a = 3 mm, a = 4 mm and a = 5 mm. In relation to the constant parameters, FIG. 10 differs from FIG. 9 in that the width of the elongated hole g1 + g2 is only 0.2 mm instead of 1 mm. Accordingly, an insensitivity of the sensor arrangement to small deviations eps in the range from 0 to 0.5 mm with a higher overall sensitivity of the arrangement can already be recognized for small sensor distances of a = 3 mm. Such large sensitivities with practically negligible errors by position tolerances eps can be achieved in that the chip of the integrated circuit IC is attached without housing in the inter mediate space between the conductor branches, for example glued. With a chip thickness of 150 µm, the slot width g1 + g2 = 0.2 mm can be selected. The connection pads of the chip can be arranged in its corners, since they protrude from the space and are freely accessible. The slot width g1 + g2 then depends not only on the chip thickness but also on the insulation voltage to be achieved. A further increase in performance in a sensor arrangement according to FIG. 6 can be achieved by choosing an asymmetrical slot width with g1 <g2. As a result, the entire width g1 + g2 of the elongated hole is reduced, while the desired homogeneous field distribution on the surface of the integrated circuit can be adapted by asymmetrically selecting the conductor branch widths h1 ≠ h2. This results in an asymmetrical current distribution I1 ≠ I2.

Die Sensoranordnung gemäß Fig. 2 und 6 hat weiter den Vor teil, daß große Teile des integrierten Schaltkreises IC vom Leiter L beziehungsweise den Leiterzweigen L1, L2 umgeben sind, wodurch die EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)- Festigkeit gesteigert ist. Schirmfolien, welche nicht unbe dingt erforderlich sind, können in einfacher Weise um die Sensoranordnung mit Leiter L und integrierten Schaltkreis IC gewickelt werden, wobei vorteilhafterweise Schirmfolien der art angebracht werden können, daß diese tangential an den Ma gnetfeldlinien liegen. Wenn die Schirmfolien aus permeablen Materialien bestehen, führt eine derartige Anordnung nicht zu einer Verzerrung des Magnetfelds um den Leiter. Somit kann die Strommessung linear, hysteresefrei und unabhängig vom Temperaturverhalten der Permeabilität der Schirmmaterialien sein. . Next, the sensor arrangement of Figure 2 and 6 has the Prior part that large parts of the integrated circuit IC by the leader L and the conductor branches L1, L2 are surrounded, whereby the EMC (Electromagnetic Compatibility) - strength is increased. Shielding foils, which are not absolutely necessary, can be wrapped around the sensor arrangement with conductor L and integrated circuit IC in a simple manner, wherein shielding foils can advantageously be attached in such a way that they lie tangentially to the magnetic field lines. If the shielding films consist of permeable materials, such an arrangement does not lead to a distortion of the magnetic field around the conductor. The current measurement can thus be linear, hysteresis-free and independent of the temperature behavior of the permeability of the shielding materials.

Alternativ zu permeablen Schirmfolien können konduktive Schirmmaterialien verwendet werden.As an alternative to permeable screen foils, conductive ones can be used Screen materials are used.

In Analogie zur Sensoranordnung gemäß Fig. 3 kann auch in den Fig. 5 und 6 die Differenzspannung U1 - U2 der Senso ren S1, S2 ausgedrückt werden als:
In analogy to the sensor arrangement according to FIG. 3, the differential voltage U1 - U2 of the sensors S1, S2 can also be expressed in FIGS. 5 and 6 as:

U1 - U2 = const..E1 f(eps)(I1 + I2) + B0(E1 - E2)U1 - U2 = const..E1 f (eps) (I1 + I2) + B0 (E1 - E2)

Bei gleichen Sensorempfindlichkeiten E1 = E2 wird die be schriebene Anordnung dann besonders unempfindlich gegen Posi tionsabweichungen eps des integrierten Schaltkreises IC rela tiv zu den Leiterzweigen L1, L2, wenn die Bedingung d f(eps)/d eps = 0 eingehalten wird. Dabei kann man für eine beliebige Stromaufteilung I1 : I2 durch Lösen obiger Gleichung einen Parameter eps finden, der eine Robustheit der Anordnung bezüglich Positionstoleranzen gewährleistet. Dabei gilt für Gleichheit der Teilströme, I1 = I2, der Spezialfall eps = 0. With the same sensor sensitivity E1 = E2, the be then written arrangement particularly insensitive to Posi tion deviations eps of the integrated circuit IC rela tiv to the conductor branches L1, L2 if the condition d f (eps) / d eps = 0 is observed. You can for a arbitrary current distribution I1: I2 by solving the above equation find a parameter eps which is a robustness of the arrangement guaranteed with regard to position tolerances. The following applies to Equality of the partial currents, I1 = I2, the special case eps = 0.

Die Sensoranordnung ist besonders gut für Anwendungen geeig net, bei denen mehrere Stromkreise von einer Quelle mit meh reren, dicht beieinanderliegenden Klemmen abzweigen.The sensor arrangement is particularly suitable for applications net, in which several circuits from a source with meh Branch the other, closely spaced terminals.

Dabei funktioniert die Sensoranordnung für beide Stromrich tungen, solange die Leiterzweige L1, L2 gleichsinnig durch flossen sind.The sensor arrangement works for both converters as long as the conductor branches L1, L2 in the same direction are fins.

Die beschriebene Sensoranordnung ermöglicht neben der Messung des Strombetrages zusätzlich eine Erkennung der Stromrich tung. Dies ist beispielsweise bei Ladezustandsüberwachungen von Akkumulatoren vorteilhaft.In addition to the measurement, the sensor arrangement described enables of the amount of electricity in addition a detection of the Stromrich tung. This is the case, for example, with charge status monitoring of accumulators advantageous.

Claims

1. Sensor arrangement for contactless measurement of a current (I), with
a conductor (L) for carrying the current (I), which is divided in a conductor section into two parallel, mutually spaced conductor branches (L1, L2) for carrying a respective partial current (I1, I2) of the current (I) and
an integrated circuit (IC) comprising a first and a second sensor (S1, S2) for detecting magnetic fields caused by the partial currents (I1, I2),
wherein the integrated circuit (IC) is arranged in a space formed between the parallel conductor branches (L1, L2).

2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the sensors (S1, S2) lie in one plane, which is parallel to a level formed by the conductor branches (L1, L2) is ordered.

3. Sensor arrangement according to claim 2, characterized in that the parallel conductor branches (L1, L2) a distance of 5.5 mm to each other.

4. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the sensors (S1, S2) lie in one plane, which is orthogo nal to a plane formed by the ladder twins (L1, L2) is arranged.

5. Sensor arrangement according to claim 4, characterized in that the parallel conductor branches (L1, L2) a distance from each other of 1 mm.

6. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conductor section of the conductor (L) with the conductor branches (L1, L2) is designed as a stamped part, such that the Lei ter branches (L1, L2) each have a rectangular cross section exhibit.

7. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the integrated circuit (IC) as ASIC, Application Speci fic Integrated Circuit is executed, the means for Kal brieren the sensor assembly includes.

8. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that for shielding external field influences permeable foils see which are tangent to the magnetic field lines of the conductors branches L1, L2 are arranged.