DE102008030411A1

DE102008030411A1 - Integrierter Hybrid-Stromsensor

Info

Publication number: DE102008030411A1
Application number: DE102008030411A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Strazalkowski
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-01-02
Also published as: US20090001964A1; US7605580B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Strommessung mit einem Substrat, mindestens einem in dem Substrat integrierten oder auf dem Substrat angeordneten Hall-Element, mit einer in vertikaler Richtung zu dem Substrat beabstandet angeordneten ersten Spule, einer in vertikaler zu der ersten Spule beabstandet angeordneten zweiten Spule und mit einer Isolationsschicht, die zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das Gebiet integrierter Stromsensoren mit Potentialtrennung.
HINTERGRUND
Potentialgetrennte Stromsensoren sind in der Leistungselektronik, in der Medizintechnik, etc. weit verbreitet. Bei einem universell einsetzbaren Stromsensor ist es wünschenswert, dass Ströme in einem sehr breiten Frequenzbereich, einschließlich Gleichstrom (DC) gemessen werden können. Als Stromsensoren in einem Frequenzbereich von 0 bis ca. 50 kHz werden häufig Hallsensoren verwendet, die im Spalt eines ringförmigen Magnetkerns angeordnet sind. Derartige Stromsensoren benötigen häufig Magnetfeldkonzentratoren, die gemeinsam mit den Stromsensoren in einem voluminösen Gehäuse angeordnet sind. Derartige Sensoranordnungen sind jedoch teuer und umständlich herzustellen, so dass ein Bedarf an potentialgetrennten Stromsensoren besteht, die einerseits kleine Abmessungen haben und günstig herzustellen sind, andererseits die Strommessung in einem sehr breiten Frequenzbereich erlauben.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Erfindung besteht beispielsweise in einer Messschaltung zur potentialgetrennten Strommessung mit einer Primärwicklung zum Führen eines ein Magnetfeld erzeugenden Primärstromes, einer Sekundärwicklung, die magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist und ein erstes von dem Primärstrom abhängiges Signal zur Verfügung stellt, einem Hallsensor, der relativ zur Primärwicklung derart angeordnet ist, dass er von dem Magnetfeld des Primärstroms durchsetzt wird und ein zweites vom Primärstrom abhängiges Signal zur Verfügung stellt, und mit einer Auswerteschaltung zur Ermittlung eines den Primärstrom repräsentierenden Messsignals aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal.
Ein anderer Aspekt der Erfindung besteht in einer Sensoranordnung zur Strommessung mit einem Substrat, mindestens einem in dem Substrat integrierten oder auf dem Substrat angeordneten Hall-Element, mit einer in vertikaler Richtung zu dem Substrat beabstandet angeordneten ersten Spule, einer in vertikaler zu der ersten Spule beabstandet angeordneten zweiten Spule und mit einer Isolationsschicht, die zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist.
Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst die oben erwähnte Auswerteschaltung einen Tiefpass, dem das erste Signal zugeführt ist und der ein drittes Signal zur Verfügung stellt, wobei das dritte Signal eine tiefpassgefilterte Version des ersten Signals darstellt, und einen Addierer zur gewichteteten Addition des zweiten Signals und des dritten Signals unter Bereitstellung eines von der gewichteten Summe abhängigen Messsignals.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden Figuren und die weitere Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die Elemente in den Figuren sind nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.
1 zeigt als erstes Beispiel der Erfindung eine Messschaltung zur potentialgetrennten Strommessung mit einem Hallsensor, einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung.
2 zeigt eine zur Messschaltung aus 1 korrespondierende Sensoranordnung mit einem Substrat, mit darin integrierten Hallelementen und mit einer ersten und einer zweiten planaren Spule in Draufsicht.
3 zeigt die Sensoranordnung aus 2 als Schnittbild.
4 zeigt als weiteres Beispiel der Erfindung eine sich selbstkalibrierende Messschaltung zur potentialgetrennten Strommessung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hallsensoren können eine sehr gute Offset- und Temperaturstabilität erreichen, wenn sie an Schaltungen angeschlossen werden, die geeignet sind, Temperatur- und Offsetdriften zu Kompensieren. Die Bandbreite von Hallelementen ist für viele Anwendungen jedoch zu gering. Das Verhalten von Hallsensoren lässt sich näherungsweise durch die Übertragungsfunktion eines Tiefpasses erster Ordnung beschreiben. Die Kombination von Hallelementen mit einem Planartransformator mit planaren Primär- und Sekundärspulen erlaubt jedoch die Konstruktion eines neuen Stromsensors, der einerseits die guten DC-Eigenschaften eines Hallsensors aufweist, andererseits aber eine weit höhere Grenzfrequenz aufweist, als herkömmliche auf Hall-Elementen basierende Stromsensoren. Darüber hinaus lassen sich kernlose planare Transformatoren sehr gut auf einem Halbleiter-Chip herstellen.
1 zeigt anhand eines Blockschaltbildes ein erstes Beispiel der Erfindung. Die dargestellte Messschaltung umfasst einen Transformator mit einer Primärwicklung 10 und einer Sekundärwicklung 20, wobei die Primärwicklung den zu messenden Strom (Messstrom I_P) führt. Die Sekundärwicklung 20 ist mit der Primärwicklung 10 magnetisch gekoppelt und stellt ein erstes, von dem Messstrom I_P abhängiges Signal U_T zur Verfügung, wobei das erste Signal U_T die in der Sekundärwindung 20 induzierte Spannung repräsentiert. Gemäß dem Induktionsgesetz lautet der Zusammenhang zwischen Messstrom I_P und dem ersten Signal U_T im Zeitbereich wie folgt:
Im Laplace-Bereich (d. h. im Frequenzbereich) lautet obiger Zusammenhang: UT(s) = s·M·iP(s). (2)
Dabei bezeichnet das Bezugszeichen M die Gegeninduktivität zwischen der Primärwicklung 10 und der Sekundärwicklung 20, der Ausdruck di_P/dt die erste Ableitung des Messstroms i_P nach der Zeit t, U_T(s) die Laplace-Transformierte des ersten Signals U_T, I_P(s) die Laplace-Transformierte des Messstroms I_P. Die Variable s bezeichnet die im Allgemeinen komplexe Laplace-Variable.
Die Sekundärwicklung 20 stellt entsprechend dem Induktionsgesetz als erstes Signal U_T eine Spannung zur Verfügung, die proportional zur ersten Zeitableitung des Messstroms I_P durch die Primärwicklung ist, wobei der Proportionalitätsfaktor der Gegeninduktivität entspricht. Dieses differenzierende Verhalten wird in dem Blockschaltbild der 1 dadurch zum Ausdruck gebracht, dass die Sekundärwicklung 20 unterteilt ist in eine Spule 20a, die einen Sekundärstrom I_S führt, und einem nachgeschalteten Differenzierer 20a, an dessen Ausgang das erste Signal U_T zur Verfügung steht. Die Spule 20a und der Differenzierer 20b sind jedoch keine getrennten Bauteile, sondern modellieren lediglich das Verhalten der Sekundärwicklung 20.
Die Sekundärwicklung 20 ist mit einem Tiefpass 25 verbunden, dem das erste Signal U_T zugeführt ist. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 25 wird als drittes Signal U_T' bezeichnet, das eine tiefpassgefilterte Version des ersten Signals U_T darstellt. Die Übertragungsfunktion des Tiefpasses kann beispielsweise wie folgt dargestellt werden:
Auch hier bezeichnet U_T'(s) wieder die Laplace-Transformierte des dritten Signals U. Die Gleichung (3) beschreibt einen Tiefpass erster Ordnung mit einer Zeitkonstante T_TP.
Das Blockschaltbild umfasst des Weiteren einen Hallsensor 30, der ein zweites, von dem Messstrom I_P abhängiges Signal U_H zur Verfügung stellt. Wie bereits erwähnt weisen Hallsensoren eine verhältnismäßig geringe Bandbreite auf. Das Verhalten des Hallsensors 30 lässt sich also durch ein Sensorelement 30a beschreiben, das ein zum Messstrom I_P proportionales Signal einem Tiefpass 30b zuführt. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 30b entspricht dann der tatsächlichen Ausgangsspannung des Hallsensors 30. Diese Ausgangsspannung wird im Folgenden auch als zweites Signal U_H bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen dem zweiten Signal U_H und dem Messstrom I_P kann wie folgt angegeben werden:
Der Ausdruck U_H(s) bezeichnet dabei die Laplace-Transformierte des zweiten Signals U_H (d. h. der Ausgangsspannung des Hallsensors 30), der Ausdruck K_H bezeichnet die Hallkonstante, d. h. den Proportionalitätsfaktor zwischen Messstrom I_P und dem zweiten Signal U_H im Gleichstromfall. Die in Gleichung (4) angegebene Übertragungsfunktion besitzt wiederum Tiefpasscharakter, wobei der Tiefpass 30b des Hallsensors 30 eine Zeitkonstante T_H aufweist. Wie später noch ersichtlich wird, soll die Zeitkonstante T_TP des Tiefpasses 25 ist so gewählt werden, dass sie annähernd gleich ist mit der Zeitkonstanten T_H des Tiefpasses 30b des Hallsensors 30 (T_TP = T_H).
Mit Hilfe der Gewichtungsfaktoren 26 und 34 und des Addierers 40 wird eine gewichtet Addition des zweiten Signals U_H und des dritten Signals U_T' durchgeführt. Die gewichtete Summe stellt das Ausgangssignal U_OUT der Messschaltung dar. Der Gewichtungsfaktor 26 ist im vorliegenden Beispiel T_HK_ADJ/M und der Gewichtungsfaktor 34 ist K_ADJ/K_H. Die gewichtete Summe U_OUT ist im vorliegenden Beispiel also wie folgt definiert:
Durch das Einsetzen der Gleichungen (3) und (4) in die Gleichung (5) erhält man für identische Zeitkonstanten T_TP = T_H folgenden Zusammenhang für die Laplace-Transformierte der Ausgangsspannung U_OUT(s):
Wie der Gleichung (6) zu entnehmen ist, folgt durch die Verknüpfung des mit Hilfe des Hallsensors 30 gewonnenen zweiten Signals U_H mit dem mit Hilfe der Sekundärwicklung 20 gewonnenen dritten Signal U_T' ein frequenzunabhängiger Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal U_OUT und dem Messstrom I_P. Mit Hilfe der Messschaltung aus 1 ist also eine Strommessung mit einer weit höheren Bandbreite möglich, als dies mit einem herkömmlichen auf einem Hall-Element basierenden Stromsensor möglich wäre. Der Faktor K_ADJ gibt die Verstärkung des Gesamtsystems an und hat die Einheit einer Transimpedanz (V/A, Volt pro Ampere).
Der Tiefpass 25, die Gewichtungsfaktoren 26 und 34, sowie der Addierer 40 sind unter anderem Bestandteile einer Auswerteschaltung 200. Die Auswerterschaltung in 1 ist lediglich als Beispiel zu verstehen. Die wesentliche Funktion der Auswerteschaltung besteht in der Verknüpfung des ersten von dem Messstrom I_P abhängigen Signals U_T mit dem zweiten von dem Messstrom abhängigen Signal U_H zu einem Ausgangssignal U_OUT und damit in der Verknüpfung der aus verschiedenen Messprinzipien gewonnen Information über die Messgröße.
Die 2 und 3 zeigen eine mögliche Realisierung der Messschaltung aus 1 auf einem Halbleitersubstrat. Die 2 zeigt dabei eine beispielhafte Sensoranordnung in Draufsicht, die 3 dieselbe Sensoranordnung als Schnittbild. In einem Halbleiterkörper 100, beispielsweise ein dotierter Siliziumhalbleiterkörper, sind ein oder mehrere Hallsensoren 30 integriert. Die Schaltung aus 1 verwendet nur einen Hallsensor 30, eine alternative Schaltung mit einem vier einzelne Sensorenelemente 30, 31, 32, 33 aufweisenden Hallsensor 300 ist z. B. weiter unten in 4 dargestellt. Die Sensorelemente 30, 31, 32, 33 des Hallsensors 300 sind derart in oder auf dem Substrat 100 angeordnet, dass sie von dem Magnetfeld einer in vertikaler Richtung von dem Substrat 100 beabstandet angeordneten planaren Spule durchsetzt werden. In dem vorliegenden Fall sind die Hallsensoren 30 empfindlich auf eine Magnetfeldkomponente parallel zur Oberfläche des Halbleiterkörpers, d. h. empfindlich auf horizontale Magnetfeldkomponenten. Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 ist eine Isolationsschicht, beispielsweise Siliziumoxid angeordnet. Auf der Isolationsschicht 111 befindet sich eine Metallisierungsschicht 112, die eine erste planare Spule 20 umfasst, welche der Sekundärwicklung aus 1 entspricht. In vertikaler Richtung über der ersten planaren Spule 20 befindet sich eine weitere Isolationsschicht auf der eine zweite planare Spule 10 angeordnet ist, welche der Primärwicklung aus 1 entspricht. Die Reihenfolge der Schichten, in der die erste planare Spule 20 und die zweite planare Spule 10 angeordnet sind, ist für die Funktion der Messschaltung aus 1 unerheblich. Wichtig ist lediglich, dass die erste und die zweite planare Spule magnetisch gekoppelt sind und dass das von dem Messstrom I_P erzeugte Magnetfeld der zweiten planaren Spule (Primärwicklung 10) die Hallsensoren in ihrer empfindlichen Richtung durchsetzt. Es ist also auch denkbar, eine der beiden planaren Spulen auf der Oberseite und die andere auf der Unterseite des Substrats anzuordnen. In der 2 ist die zweite planare Spule 10 spiralförmig dargestellt, es ist jedoch auch eine andere geometrische Anordnung denkbar, z. B. die Anordnung der Leiterbahnen der Spule entlang der Kante eines Rechtecks.
Die oben beschriebene Anordnung der 2 und 3 eignet sich besonders gut zur Integration von Hallsensoren, Flachspulen, und Auswerteschaltungen in einem einzigen Chip, die Hallsensoren sind dabei in oder auf dem Halbleitersubstrat unter den planaren Spulen angeordnet. Die Anschlüsse +I_P und –I_P bilden die Anschlusskontakte der Primärwicklung 10, die von den anderen Schaltungskomponenten vollständig galvanisch getrennt ist. Die Anschlüsse mit der Bezeichnung V_CC und GND bilden die Versorgungspotentialanschlüsse für die Hallsensoren und andere Schaltungskomponenten auf der Sekundärseite des planaren Transformators (10, 20). Der Anschluss U_CTRL ist beispielsweise ein digitale Port zum Austausch digitaler Mess- und Steuerdaten. Das Messsignal U_OUT kann an einem Ausgangsanschluss bereitgestellt werden.
Die 4 zeigt als weiteres Beispiel der Erfindung einen Stromsensor, der nach demselben Prinzip arbeitet wie der in 1 dargestellte Stromsensor, wobei die in 4 dargestellte Messschaltung die Möglichkeit einer Selbstkalibrierung bietet.
Wie die in 1 dargestellte Messschaltung umfasst die Messschaltung aus 4 eine Primärwicklung 10, eine Sekundärwicklung 26, einen Tiefpass 25, einen Hallsensor 300, Gewichtungsfaktoren 26, 34 und einen Addierer 40 zur gewichteten Summation des tiefpassgefilterten Ausgangssignals der Sekundärwicklung 20 (drittes Signal U_TP) und des Ausgangssignals des Hallsensors (zweites Signal U_H). Die Schaltung umfasst darüber hinaus eine weitere Wicklung 21, die an eine Steuereinheit 50 zur Kalibrierung der Messschaltung angeschlossen ist. Als Steuerschaltung 50 kann beispielsweise ein Mikrocontroller vorgesehen werden.
Eine Kalibrierung der Messschaltung kann beispielsweise einmalig nach dem Einschalten der Versorgungsspannung oder auch in regelmäßigen Abständen wiederholt durchgeführt werden. Dazu wird ein von der Steuerschaltung 50 vorgegebener Strom in die weitere Wicklung 21 eingeprägt. Die weitere Wicklung 21 ist ebenfalls so auf dem oben beschriebenen Substrat 100 angeordnet, dass das von der Wicklung erzeugte Magnetfeld die Hallsensoren durchsetzt und dass sie von den übrigen planaren Spulen isoliert ist.
Die Kalibrierung erfolgt unter der Voraussetzung, dass der Messstrom I_P gleich Null ist. In diesem Fall ist ein Ausgangssignal U_H des Hallsensors 300 nur abhängig von dem Strom durch die weitere Wicklung 21. Dieses Ausgangssignal ist der Steuerschaltung 50 zugeführt. Da die Steuerschaltung 50 den Strom durch die weitere Spule 21 und das resultierende Ausgangssignal U_H des Hallsensors kennt, ist die Steuerschaltung 50 in der Lage, einen Offset- und Verstärkungsfehler des Hallsensors 300 zu berechnen. Unter Verstärkung des Hallsensors wird dabei die Änderung der Ausgangsspannung (zweites Signal U_H) mit dem Messstrom I_P verstanden, diese Größe wird auch als Empfindlichkeit bezeichnet. Auf die weitere Wicklung 21 kann während der Kalibrierung verzichtet werden. In dem Fall wird während der Kalibrierungszeit die Sekundärwicklung 20 mit der Steuerschaltung 50 verbunden. Ein bekannter Tests strom wird von der Steuerschaltung 50 in die Sekundärwicklung 20 eingeprägt. Die weitere Offset- und Verstärkungsanpassung verläuft wie oben beschrieben, die Sekundärwicklung 20 übernimmt die Funktion der weiteren Wicklung 21. Nach der Kalibrierung wird die Sekundärwicklung 20 wieder mit dem Tiefpass 25 verbunden und der reguläre Messbetrieb kann aufgenommen werden.
Die Verstärkung und der Offset des Hallsensors kann „programmierbar", d. h. einstellbar, ausgebildet sein. Der Hallsensor 300 umfasst dazu Eingänge, denen entsprechende Steuersignale CT_G und CT_O zugeführt sind und entsprechend denen die Verstärkung und der Offset des Hallsensors angepasst werden kann. Während einer „normalen" Messung eines Messstromes I_P ist die weitere Windung 21 stromlos und beeinflusst den Messvorgang nicht.
Der Hallsensor in 1 umfasst lediglich ein einziges Sensorelement 30. Es können jedoch auch Hallsensoren mit mehreren einzelnen Sensorelementen vorgesehen sein. Der in 4 dargestellte Hallsensor 300 umfasst vier einzelne Sensorelemente 30, 31, 32, 33. Die vier Sensorelemente können beispielsweise paarweise angeordnet sein, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist, um parasitäre Effekte, wie beispielsweise die Auswirkung externer Magnetfelder oder Temperaturänderungen, zu kompensieren. Die Ausgangssignale U_H1, U_H2, U_H3, U_H4 der einzelnen Sensorelemente können dabei der Steuerschaltung 50 zugeführt sein. Die Steuerschaltung 50 ist in der Lage für jedes einzelne Sensorelement den Offsetfehler und den Verstärkungsfehler zu berechnen und den Offset beziehungsweise die Verstärkung der einzelnen Sensorelemente 30 bis 33 über Steuersignale (CT_O, CT_G) anzupassen, so dass der Offset eines jeden Sensorelements null wird und die Verstärkung eines jeden Sensorelements einer gewünschten Verstärkung entspricht.
Der Hallsensor 300 weist eine Steuereinheit 35 auf, die einen Analog-Digital-Umsetzer und auch einen Multiplexer umfassen kann, der die Ausgangssignale U_H1, U_H2, U_H3, U_H4 der einzelnen Sensorelemente zu einem Signal zusammenfasst (multiplext). Die Steuereinheit 35 des Hallsensors kann auch ganz oder teilweise ein Bestandteil der Steuerschaltung 50 sein. So kann beispielsweise die Steuerschaltung 50 ein Mikrocontroller mit integriertem Analog-Digital-Umsetzer sein. In diesem Fall benötigt die Steuereinheit 35 keinen eigenen Analog-Digital-Umsetzer.
Die Steuereinheit 35 des Hallsensors 300 ist beispielsweise auch dazu ausgebildet, die Ausgangssignale der einzelnen Sensorelemente 30 bis 33 zu einem gemeinsamen Ausgangssignal des Signalsensors 300 (d. h. dem zweiten Signal U_H) zu verknüpfen. Diese Verknüpfung kann beispielsweise wiederum eine gewichtete Addition der Ausgangssignale U_H1 bis U_H4 der einzelnen Sensorelemente 30 bis 33 sein. Sind die vier Sensorelemente 30 bis 33 so angeordnet, wie in den 2 und 3 dargestellt führt eine Addition der Ausgangsspannung U_H1 bis U_H4 zur Auslöschung eines eventuell vorhandenen externen Gleichfeldes, der Kompensation der Auswirkungen einer Temperaturdrift und des piezoelektrischen Effektes auf die Ausgangsspannungen U_H1 bis U_H4 der einzelnen Sensorelemente 30 bis 33.
An der Steuereinheit 50 kann beispielsweise auch zusätzlich ein Temperatursensor (nicht dargestellt) angeschlossen sein, um eine eventuelle Temperaturänderung zu messen und eine daraus resultierende Drift des Offsets und/oder der Verstärkung der einzelnen Sensorelemente 30 bis 33 beispielsweise über die Steuersignale CT_O und CT_G zu korrigieren. Die gewichtete Addition des Addieres 40 und der Gewichtungsfaktoren 25 und 34 kann selbstverständlich auch von der Steuerschaltung 50 durchgeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung eines Mikrokontrollers als Steuerschaltung 50 erscheint ein solches Vorgehen sinnvoll. In diesem Fall sind die Funktionsblöcke 26, 34 und 40 in der bspw. als Mikrocontroller ausgebildeten Steuerschaltung 50 voll digital implementiert. Ein von außen zugeführtes Steuersignal U_CTRL kann z. B. zur Triggerung eines Kalibriervorgangs und/oder einer Messung verwendet werden.

Claims

Sensoranordnung die aufweist: – ein Substrat (100), – mindestens ein in dem Substrat integrierten oder auf dem Substrat angeordneten Hall-Element (300; 30, 31, 32, 33), – einer in vertikaler Richtung zu dem Substrat beabstandet angeordneten ersten Spule (20), – einer in vertikaler Richtung zu der ersten Spule (20) beabstandet angeordneten zweiten Spule (10), – eine Isolationsschicht (110), die zwischen der ersten Spule (20) und der zweiten Spule (10) angeordnet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Spule (10, 20) planare Spulen sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 2 mit einer weiteren Spule (21), die ebenfalls in vertikaler Richtung von der ersten Spule (20) beabstandet auf dem Substrat (100) angeordnet ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der in dem Substrat eine Steuerschaltung (50) integriert ist.
Sensorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der im Substrat (100) ein digitaler Prozessor zur digitalen Signalverarbeitung integriert ist.
Messschaltung die aufweist: – eine Primärwicklung zum Führen eines ein Magnetfeld erzeugenden Primärstroms (i_P), – eine Sekundärwicklung, die magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt ist und ein erstes von dem Primärstrom (i_P) abhängiges Signal (U_T) zur Verfügung stellt, – einen Hallsensor (30; 300), der relativ zur Primärwicklung derart angeordnet ist, dass er von dem Mag netfeld des Primärstroms (i_P) durchsetzt wird und ein zweites vom Primärstrom (i_P) abhängiges Signal (U_H) zur Verfügung stellt, und – eine Auswerteschaltung (200) zur Ermittlung eines den Primärstrom repräsentierenden Messsignals (U_OUT) aus dem ersten Signal (U_T) und dem zweiten Signal (U_H).
Messschaltung nach Anspruch 6, bei dem die Auswerteschaltung (200) aufweist: – einen Tiefpass (25), dem das erste Signal (U_T) zugeführt ist und der ein drittes Signal (U_TP) zur Verfügung stellt, wobei das dritte Signal (U_TP) eine tiefpassgefilterte Version des ersten (U_T) Signals darstellt, – einen Addierer (40) zur gewichteten Addition des zweiten Signals (U_H) und des dritten Signals (U_TP) und zur Bereitstellung eines von der gewichteten Summe abgängigen Messsignals (U_OUT)
Messschaltung nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Hallsensor (300) einen kalibrierbaren Offset und/oder eine kalibrierbare Verstärkung aufweist.
Messschaltung nach Anspruch 8, mit – einer weiteren Wicklung (21), die derart angeordnet ist, dass deren Magnetfeld den Hallsensor (300) durchsetzt, und – einer Steuerschaltung (50), der ein Ausgangssignal (U_H') des Hallsensors (300) zugeführt ist.
Messsschaltung nach Anspruch 9, bei der die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist einen bestimmtes Stromsignal in der weiteren Wicklung (21) zu erzeugen und mit Hilfe des Stromsignals und des Ausgangssignal (U_H) des Hallsensors (300) den Hallsensor zu kalibrieren.
Messschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der der Hallsensor (300) mehrere einzelne Sensorelemente (30, 31, 32, 33), die je eine Ausgangsspannung (U_H1, U_H2, U_H3, U_H4) aufweisen, umfasst.
Messschaltung nach Anspruche 11, bei der Hallsensor (300) eine Steuereinheit (35) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Ausgangsspannungen (U_H1, U_H2, U_H3, U_H4) der einzelnen Sensorelemente (30, 31, 32, 33) zu einem Ausgangssignal (U_H) zu verknüpfen.
Messschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der der Tiefpass (25) und der Addierer (40) als digital implementiert sind, sodass das Messsignal (U_OUT) als Digitalwort zur Verfügung gestellt wird.
Messschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei der der Steuerschaltung (50) ein Steuersignal (U_CTRL) zugeführt ist, und die Steuereinheit (50) dazu ausgebildet ist, nach Maßgabe des Steuersignals (U_CTRL) einen Kalibier und/oder einen Messvorgang auszulösen.