DE102010000683B4 - System, das eine Schaltung umfasst, die Kalibrierungswerte bestimmt - Google Patents

Abstract

System (20; 100), das folgende Merkmale aufweist:Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die konfiguriert sind, um ein Magnetfeld zu erfassen, das über einen Strom erzeugt wird, und um Signale zu liefern, die dem Magnetfeld entsprechen; undeine Schaltung (28; 106), die konfiguriert ist, um Kalibrierungswerte auf Basis der Signale zu bestimmen und den Strom auf Basis der Signale zu messen,wobei der Strom durch einen Leiter (22; 52; 102) fließt und die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Kalibrierungswerte zu bestimmen, die die Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) angeben.

Description

• Magnetfeldsensoren messen einen magnetischen Fluss und/oder die Stärke und Richtung eines Magnetfeldes. Magnetfeldsensoren können bei vielen Anwendungen verwendet werden, einschließlich Wissenschafts-, Navigations- und Industrieanwendungen. Magnetfeldsensoren verwenden mehrere Arten von Erfassungstechnologien, einschließlich magnetoresistiver (XMR-; XMR = magneto-resistive) Erfassungstechnologien und Hall-Effekt-Erfassungstechnologien. Die XMR-Erfassungstechnologien messen einen elektrischen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem angelegten oder umgebenden Magnetfeld. Die Hall-Effekt-Erfassungstechnologien wandeln die Energie, die in einem Magnetfeld gespeichert ist, durch Entwickeln einer Spannung zwischen den zwei Kanten eines stromführenden Leiters, dessen Seiten senkrecht zu dem Magnetfeld sind, in ein elektrisches Signal um.
• Häufig umfassen XMR-Sensoren einen unterstützenden Magneten und eines oder mehrere XMR-Erfassungselemente zum Messen eines Magnetfeldes. Der unterstützende Magnet und die XMR-Erfassungselemente befinden sich in einer festen Position relativ zueinander. Die XMR-Erfassungselemente sind für gewöhnlich nicht in dem Sättigungsbereich derselben wirksam und der unterstützende Magnet liefert ein Sperrvorspannungsmagnetfeld (back bias magnetic field), das den XMR-Erfassungselementen überlagert ist, um die Übertragungscharakteristik der XMR-Erfassungselemente zu stabilisieren. Veränderungen bei einem angelegten Magnetfeld erzeugen Veränderungen bei dem Widerstandswert der XMR-Erfassungselemente. XMR-Erfassungselemente umfassen Anisotrop-Magnetowiderstand-Erfassungselemente (AMR-Erfassungselemente; AMR = anisotropic magnetoresistive), Riesenmagnetowiderstand-Erfassungselemente (GMR-Erfassungselemente; GMR = giant magneto-resistive), Tunnel-Magnetowiderstand-Erfassungselemente (TMR-Erfassungselemente; TMR = tunneling magneto-resistive) und Kolossal-Magnetowiderstand-Erfassungselemente (CMR-Erfassungselemente; CMR = colossal magneto-resistive).
• Für gewöhnlich wird bei Hall-Effekt-Sensoren ein konstanter Strom an ein Hall-Element oder eine Hall-Platte geliefert und es ist ein Magnetfeld senkrecht zu dem Strom angelegt, der durch die Hall-Platte fließt. Ladungsträger in der Hall-Platte werden aufgrund der Lorentz-Kraft abgelenkt, um eine Hall-Spannung zu erzeugen, die senkrecht zu sowohl dem Magnetfeld als auch dem Stromfluss ist. Diese Hall-Spannung kann gemessen werden und ist direkt proportional zu dem Magnetfeld.
• Bei einigen Stromsensoren ist ein Magnetfeldsensor neben einem Leiter positioniert, der Strom führt. Der Magnetfeldsensor erfasst das Magnetfeld, das durch den Strom erzeugt wird, und misst den Strom. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von dem Abstand von dem Leiter ab, derart, dass die Stärke des Magnetfeldes sich bei größeren Abständen verringert. Um den Strom genau zu messen, ist der Magnetfeldsensor relativ zu dem Leiter präzise positioniert. Das präzise Positionieren des Magnetfeldsensors relativ zu dem Leiter kann jedoch aufwendig sein und fügt dem Stromsensor Kosten hinzu.
• Bei anderen Stromsensoren konzentriert eine Magnetfeldführung, wie beispielsweise ein ferromagnetischer Kern, das Magnetfeld in einem Luftspalt bzw. Luftzwischenraum. Der Magnetfeldsensor ist in dem Luftspalt positioniert, um das Magnetfeld zu erfassen und den Strom zu messen. In dieser Situation ist die Position des Magnetfeldsensors in dem Luftspalt nicht entscheidend. Die Magnetfeldführung kann jedoch aufwendig sein und fügt dem Stromsensor Kosten hinzu.
• Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf nach der vorliegenden Erfindung.
• Ansätze zur Kalibrierung von Magnetfeldsensoren werden z.B. von Marc Pastre; Maher Kayal; Hubert Blanchard: A Hall Sensor Analog Front End for Current Measurement With Continuous Gain Calibration, IEEE SENSORS JOURNAL, 22007, S. 860-867 und von Laimer G; Kolar J W: Design and Experimental Analysis of a DC to 1MHz Closed Loop Magnetoresistive Current Sensor, Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2005, APEC 2005, Twentieth Annual IEEE Austin, TX, USA 6-10 March 2005, S. 1288-1292 beschrieben.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Messen eines Stromes mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
• Ein Ausführungsbeispiel, das in der Offenbarung beschrieben ist, sieht ein System vor, das Magneterfassungselemente und eine Schaltung umfasst. Die Magneterfassungselemente sind konfiguriert, um ein Magnetfeld zu erfassen, das über einen Strom erzeugt wird, und um Signale zu liefern, die dem Magnetfeld entsprechen. Die Schaltung ist konfiguriert, um Kalibrierungswerte basierend auf den Signalen zu bestimmen und den Strom basierend auf den Signalen zu messen.
• Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weiter gehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu liefern, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Systems darstellt, das verwendet wird, um einen Strom zu messen;
• 2 ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsensors und eines Leiters darstellt;
• 3A ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Systems darstellt, das einen Leiter, einen Magnetsensor und eine Steuerschaltung umfasst;
• 3B ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Querschnitts des Leiters und des Magnetsensors darstellt;
• 3C ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Draufsicht des Leiters und des Magnetsensors darstellt;
• 4A ein Diagramm, das einen Magnetsensor und das Magnetfeld darstellt, das über einen Strom I1 erzeugt wird, der durch einen Leiter geführt wird, bei einem Abstand D1 von dem Magnetsensor;
• 4B ein Diagramm, das den Magnetsensor und ein Magnetfeld darstellt, das über einen Strom I2 erzeugt wird, der durch den Leiter geführt wird, in dem Abstand D1 von dem Magnetsensor;
• 4C ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Magnetsensors und des Magnetfeldes darstellt, das über den Strom II erzeugt wird, der durch den Leiter geführt wird, in einem Abstand D2 von dem Magnetsensor;
• 5A ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Platzierung von Magneterfassungselementen darstellt, das zum Erfassen von Magnetfeldstärken gut ist; und
• 5B ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Platzierung von Magneterfassungselementen darstellt, das zum Erfassen von Magnetfeldstärken nicht so gut ist.
• In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen durch Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „Vorder-“, „Hinter-“ etc., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
• Es sollte klar sein, dass die Merkmale der verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, wenn es nicht spezifisch anderweitig angemerkt ist.
• 1 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Systems 20 darstellt, das verwendet wird, um einen Strom zu messen. Das System 20 kann bei vielen Anwendungen verwendet werden, einschließlich Automobil- und Industrieanwendungen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das System 20 verwendet, um einen Strom zu messen, der aus einer Automobilbatterie gezogen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das System 20 verwendet, um einen Strom zu messen, der einen oder mehrere Elektromotoren treibt.
• Das System 20 umfasst einen Leiter 22, einen Magnetsensor 24, eine Klemme 26 und eine Steuerschaltung 28. Der Magnetsensor 24 ist über die Klemme 26 an den Leiter 22 geklemmt. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Leiter 22 um einen Draht Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Leiter 22 um einen leitfähigen Streifen, beispielsweise einen Metallstab oder Metallstreifen an einer Schaltungsplatine oder einem anderen Substrat
• Der Magnetsensor 24 umfasst Magneterfassungselemente 30a - 30d. Jedes der Magneterfassungselemente 30a - 30d ist elektrisch mit der Steuerschaltung 28 über Signalwege bei 32 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 30a - 30d und die Steuerschaltung 28 an dem gleichen integrierten Schaltungschip. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 30a - 30d an einem integrierten Schaltungschip und befindet sich die Steuerschaltung 28 an einem anderen integrierten Schaltungschip.
• Der Leiter 22 führt einen Strom I, der ein Magnetfeld B um den Leiter 22 herum erzeugt Die Magneterfassungselemente 30a - 30d erfassen das Magnetfeld B und liefern Signale, die der Stärke des Magnetfeldes B entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 30a - 30d um Hall-Plattenerfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 30a-30d um XMR-Erfassungselemente, wie beispielsweise AMR-Erfassungselemente, GMR-Erfassungselemente, TMR-Erfassungselemente oder CMR-Erfassungselemente.
• Die Steuerschaltung 28 empfängt die Signale von jedem der Magneterfassungselemente 30a - 30d und bestimmt Kalibrierungswerte basierend auf den Signalen. Die Kalibrierungswerte geben die Position der Magneterfassungselemente 30a - 30d in Beziehung zu oder relativ zu dem Leiter 22 an. Die Steuerschaltung 28 verwendet die Kalibrierungswerte, um den Strom I basierend auf den Signalen zu bestimmen oder zu messen. Um den Strom I und die Position der Magneterfassungselemente 30a - 30d relativ zu dem Leiter 22 in zwei Dimensionen zu bestimmen, verarbeitet die Steuerschaltung 28 die Signale von zumindest drei unterschiedlichen Magneterfassungselementen 30a - 30d. Um den Strom I und die Position der Magneterfassungselemente 30a - 30d relativ zu dem Leiter 22 in drei Dimensionen zu bestimmen, verarbeitet die Steuerschaltung 28 die Signale von zumindest fünf unterschiedlichen Magneterfassungselementen 30a - 30d.
• Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerschaltung 28 die Signale von den Magneterfassungselementen 30a - 30d und schließt die kleinsten Signalpegel aus (verwendet dieselben nicht), wie beispielsweise durch Ausschließen der Signale, die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerschaltung 28 die Signale von den Magneterfassungselementen 30a - 30d und schließt die Signale von Magneterfassungselementen 30a - 30d aus, die gesättigt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerschaltung 28 die Signale von den Magneterfassungselementen 30a - 30d und schließt zumindest zwei Signale mit einer Signaldifferenz, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist, ein (verwendet dieselben).
• Die Steuerschaltung 28 misst den Strom I, wie es bei der Anwendung nötig ist. Bei einem Ausführungsbeispiel misst die Steuerschaltung 28 den Strom I mehrere Male zwischen Aktualisierungen der Kalibrierungswerte. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerschaltung 28 die Kalibrierungswerte und den Strom I jedes Mal, wenn der Strom I gemessen wird.
• Das System 20 bestimmt Kalibrierungswerte, die die Position der Magneterfassungselemente 30a - 30d relativ zu dem Leiter 22 zum Messen des Stroms I angeben. Somit müssen die Magneterfassungselemente 30a - 30d nicht präzise positioniert und in Position gehalten sein, um den Strom I genau zu messen. Ferner verwendet das System 20 keine Magnetfeldführung, die zu dem Sensorsystem Kosten hinzufügt.
• 2 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsensors 50 und eines Leiters 52 darstellt. Der Magnetsensor 50 und der Leiter 52 sind Teil eines Systems, wie beispielsweise des Systems 20 von 1. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 50 dem Magnetsensor 24 ähnlich und ist der Leiter 52 dem Leiter 22 ähnlich.
• Der Magnetsensor 50 umfasst Magneterfassungselemente 54a - 54c. Jedes der Magneterfassungselemente 54a - 54c ist elektrisch mit einer Steuerschaltung gekoppelt, wie beispielsweise der Steuerschaltung 28. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Magneterfassungselemente 54a - 54c den Magneterfassungselementen 30a - 30d ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 54a - 54c und die Steuerschaltung an dem gleichen integrierten Schaltungschip. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 54a - 54c an einem integrierten Schaltungschip und befindet sich die Steuerschaltung an einem anderen integrierten Schaltungschip. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jedes der Magneterfassungselemente 54a - 54c elektrisch mit der Steuerschaltung 28 gekoppelt.
• Der Leiter 52 führt Strom I, der ein Magnetfeld B um den Leiter 52 herum erzeugt. Das Magnetfeld B wird über die Magneterfassungselemente 54a - 54c erfasst. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 54a - 54c um Hall-Plattenerfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 54a - 54c um XMR-Erfassungselemente, wie beispielsweise AMR-Erfassungselemente, GMR-Erfassungselemente, TMR-Erfassungselemente oder CMR-Erfassungselemente.
• Die Stärke des Magnetfelds B verringert sich mit einem Abstand von dem Leiter 52, wie es in Gleichung I gezeigt ist. $$\text{B}\left(\text{R}\right)=\left(\mathrm{\mu }\times \text{I}\right)\text{/R}$$

  
• Wobei u die Permittivitätskonstante des Mediums ist, I der Strom ist, der von dem Leiter 52 geführt wird, und R der radiale Abstand von der Mitte des Leiters 52 ist.
• Bei diesem Beispiel ist jedes der Magneterfassungselemente 54a - 54c empfindlich für die x-Komponente des Magnetfeldes B. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedes der Magneterfassungselemente 54a - 54c für eine andere Komponente oder andere Komponenten des Magnetfeldes B empfindlich sein.
• Die Stärke des Magnetfeldes B in die x-Richtung Bx an einem Punkt an der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 ist in Gleichung II gezeigt. $$\text{Bx}\left(\text{R}\text{,a}\right)=\text{B}\left(\text{R}\right)\times \text{cos a}$$

  
• Wobei B(R) die Stärke des Magnetfeldes B in dem radialen Abstand R von der Mitte des Leiters 52 zu dem Punkt an der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 ist und „a“ der Winkel zwischen Magnetfeldlinien des Magnetfeldes B und der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 an dem Punkt an der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 ist.
• Der Kosinus des Winkels „a“ über geometrische Beziehungen ist in Gleichung III gezeigt. $$\text{Cos a}=\text{D/R}$$

  
• Wobei D der Abstand von der Mitte des Leiters 52 zu der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 ist und R der radiale Abstand von der Mitte des Leiters 52 zu dem Punkt an der oberen Hauptoberfläche 56 des Magnetsensors 50 ist, wie beispielsweise zu der Mitte des Magnetfeldsensors 54b.
• Werden Gleichung I und Gleichung III in Gleichung II eingesetzt, handelt es sich bei der resultierenden Gleichung um die Stärke des Magnetfeldes B in die x-Richtung Bx hinsichtlich Strom I, Abstand D und radialem Abstand R, wie es in Gleichung IV gezeigt ist und in Gleichung V umgeschrieben ist. $$\text{Bx}=\left(\mathrm{\mu }\times \text{I}\right)\text{/R}\times \left(\text{D/R}\right)$$

  

  $$\text{Bx}=\left(\mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}\right){\text{/R}}^{\text{2}}$$

  
• Jedes der Magneterfassungselemente 54a - 54c erfasst die x-Komponente des Magnetfeldes Bx an dem Magneterfassungselement und liefert ein erfasstes Signal Vn, wobei n das Magneterfassungselement bezeichnet, das das erfasste Signal Vn liefert. Das erfasste Signal Vn ist abhängig von der x-Komponente des Magnetfeldes Bx an dem Magneterfassungselement und der Empfindlichkeit Sn des Magneterfassungselements, wie es in Gleichung VI gezeigt ist. $${\text{V}}_{\text{n}}={\text{S}}_{\text{n}}\times \text{Bx}$$

  
• Wird Gleichung V in Gleichung VI eingesetzt, handelt es sich bei der resultierenden Gleichung um den Strom I, den Abstand D und den Radius Rn, wie es in Gleichung VII gezeigt ist $$\text{Vn}\mathrm{=}\left({\text{S}}_{\text{n}}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}\right){\text{/R}}_{\text{n}}{}^{\text{2}}$$

  
• Wobei der radiale Abstand Rn der Abstand von der Mitte des Leiters 52 zu der Mittellinie des Magneterfassungselements ist, das durch n bezeichnet ist.
• Der radiale Abstand Rn ist abhängig von dem Abstand D, einem Versatzabstand X und einem Beabstandungsabstand Am über den Lehrsatz von Pythagoras, wobei der Abstand D der Abstand von der Mitte des Leiters 52 zu der oberen Hauptoberfläche 56 ist, der Versatzabstand X der Abstand in die x-Richtung von dem Leiter 52 zu der Mittellinie des Magneterfassungselements 54a ist und der Beabstandungsabstand Am der Abstand zwischen Mittellinien der Magneterfassungselemente 54a - 54c ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Beabstandungsabstand Am bis zu einer geometrischen Genauigkeit im Nanometerbereich bekannt.
• Wenn in Gleichung VII Rn von dem Abstand D, dem Versatzabstand X und dem Beabstandungsabstand Am abhängig ist, ist die Empfindlichkeit Sn bis zu der Genauigkeit bekannt, die über Fertigung oder Kalibrierung bei dem Fertigungsprozess erreicht wird, ist die Permittivität „u“ bekannt und ist der Mittellinienabstand Am bis zu der lithographischen Präzision des Fertigungsprozesses bekannt. Dies lässt die drei Unbekannten Strom I, Abstand D und Versatzabstand X übrig.
• Es werden zumindest drei Gleichungen benötigt, um den Strom I zu messen und die Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X zu bestimmen. Um zumindest drei Gleichungen zu erhalten, verwendet die Steuerschaltung zumindest drei erfasste Signale Vn von drei unterschiedlichen Magneterfassungselementen 54a - 54c. Die Steuerschaltung bestimmt den Strom I und die Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X aus diesen drei oder mehr Gleichungen. Mit diesen drei Kalibrierungswerten hat die Steuerschaltung die zweidimensionale Position der Magneterfassungselemente 54a - 54c relativ zu dem Leiter 52 bestimmt.
• Drei Beispielgleichungen, die gelöst werden können, um den Strom I zu messen und die Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X zu bestimmen, sind in Gleichungen VIII - X gezeigt. $$\text{V1}\left(\text{I}\text{,D}\text{,X}\right)=\left({\text{S}}_{\text{1}}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}\right)\text{/}{\left(\sqrt{D^2+X^2}\right)}^2$$

  

  $$\text{V2}\left(\text{I}\text{,D}\text{,X}\right)=\left({\text{S}}_2\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}\right)\text{/}{\left(\sqrt{D^2+{\left(X+A_1\right)}^2}\right)}^2$$

  

  $$\text{V3}\left(\text{I}\text{,D}\text{,X}\right)=\left({\text{S}}_3\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}\right)\text{/}{\left(\sqrt{D^2+{\left(X+A_1+A_2\right)}^2}\right)}^2$$

  
• Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerschaltung die Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X jedes Mal, wenn der Strom I gemessen wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet die Steuerschaltung vorhergehend bestimmte Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X und bestimmt den Strom I aus einem oder mehreren neuen Messsignalen Vn.
• Selbst falls sich der Leiter 52 bezüglich der Magneterfassungselemente 54a - 54c bewegt, wird somit der Strom I durch Bestimmen der Kalibrierungswerte des Abstandes D und des Versatzabstandes X genau gemessen. Auch wird der Strom I ohne eine Magnetfeldführung gemessen, die dem System Kosten hinzufügt.
• 3A - 3C sind Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines Systems 100 darstellen, das einen Strom I, der durch einen Leiter 102 geführt wird, misst und die Kalibrierungswerte bestimmt, die die dreidimensionale Position eines Magnetsensors 104 relativ zu dem Leiter 102 angeben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das System 100 dem System 20 von 1 ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Leiter 102 dem Leiter 22 ähnlich und ist der Magnetsensor 104 dem Magnetsensor 24 ähnlich.
• Das System 100 kann bei vielen Anwendungen verwendet werden, einschließlich Automobil- und Industrieanwendungen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das System 100 verwendet, um einen Strom zu messen, der aus einer Automobilbatterie gezogen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das System 100 verwendet, um einen Strom zu messen, der einen oder mehrere Elektromotoren antreibt.
• 3A ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Systems 100 darstellt, das einen Leiter 102, einen Magnetsensor 104 und eine Steuerschaltung 106 umfasst. Der Magnetsensor 104 ist an den Leiter 102 geklemmt und die Steuerschaltung 106 ist mit dem Magnetsensor 104 über Signalwege bei 108 elektrisch gekoppelt Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Leiter 102 um einen Draht. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Leiter 102 um einen leitfähigen Streifen, wie beispielsweise einen Metallstab oder Metallstreifen an einer Schaltungsplatine oder einem anderen Substrat. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 106 der Steuerschaltung 28 ähnlich.
• Der Magnetsensor 104 umfasst Magneterfassungselemente 110a - 110i, die mit 1 - 9 nummeriert sind. Jedes der Magneterfassungselemente 110a -110i ist elektrisch über die Signalwege bei 108 mit der Steuerschaltung 106 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Magneterfassungselemente 110a - 110i den Magneterfassungselementen 30a - 30d ähnlich. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 110a - 110i und die Steuerschaltung 106 an dem gleichen integrierten Schaltungschip. Bei einem Ausführungsbeispiel befinden sich die Magneterfassungselemente 110a - 110i an einem integrierten Schaltungschip und befindet sich die Steuerschaltung 106 an einem anderen integrierten Schaltungschip.
• Der Leiter 102 führt den Strom I, der ein Magnetfeld B um den Leiter 102 herum erzeugt. Die Magneterfassungselemente 110a - 110i umfassen das Magnetfeld B und liefern Signale, die der Stärke des Magnetfeldes B entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 110a - 110i um Hall-Plattenerfassungselemente. Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Magneterfassungselementen 110a - 110i um XMR-Erfassungselemente, wie beispielsweise AMR-Erfassungselemente, GMR-Erfassungselemente, TMR-Erfassungselemente oder CMR-Erfassungselemente.
• Die Steuerschaltung 106 empfängt die Signale von jedem der Magneterfassungselemente 110a - 110i und bestimmt die Kalibrierungswerte basierend auf den Signalen. Die Kalibrierungswerte geben die Position der Magneterfassungselemente 110a - 110i in drei Dimensionen relativ zu dem Leiter 106 an. Die Steuerschaltung 106 verwendet die Kalibrierungswerte, um den Strom I basierend auf den Signalen zu bestimmen oder zu messen. Um den Strom I und die Position der Magneterfassungselemente 110a - 110i relativ zu dem Leiter 102 in drei Dimensionen zu bestimmen, verarbeitet die Steuerschaltung 106 die Signale von zumindest fünf unterschiedlichen Magneterfassungselementen 110a - 110i.
• Die Steuerschaltung 106 misst den Strom I, wie es bei der Anwendung nötig ist. Bei einem Ausführungsbeispiel misst die Steuerschaltung 106 den Strom I mehrere Male zwischen Aktualisierungen der Kalibrierungswerte. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerschaltung 106 die Kalibrierungswerte und den Strom I jedes Mal, wenn der Strom I gemessen wird.
• Die Position des Leiters 102 relativ zu den Magneterfassungselementen 110a - 110i ist über Kalibrierungswerte von Abständen D1 - D3 und Versatzabständen X1 - X3 angegeben. Die Abstände D1 - D3 sind die Abstände von der Mitte des Leiters 102 zu der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104 (und der Magneterfassungselemente 110a-110i). Jeder der Abstände D1 - D3 wird von der Zeilenmittellinie von einer der Zeilen von Magneterfassungselementen 110a - 110i zu der Mitte des Leiters 102 gemessen. Diese Abstände D1 - D3 unterscheiden sich basierend auf der Neigung des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104. Die Versatzabstände X1 - X3 geben den Abstand an, um den der Leiter 102 in die x-Richtung von dem Magnetsensor 104 versetzt ist. Jeder der Versatzabstände X1 - X3 wird von der Spaltenmittellinie zu der ersten Spalte von Magneterfassungselementen 110a - 110i zu der Mitte des Leiters 102 gemessen. Diese Abstände X1-X3 unterscheiden sich basierend auf einer Divergenz des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104 in der x-y-Ebene. Jedes der Magneterfassungselemente 110a - 110i ist von benachbarten Magneterfassungselementen 110a - 110i über einen Beabstandungsabstand A getrennt, bei dem es sich um den Abstand zwischen Mittellinien von Magneterfassungselementen 110a - 110i handelt.
• Bei diesem Beispiel ist jedes der Magneterfassungselemente 110a - 110i empfindlich für die x-Komponente des Magnetfeldes B. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann jedes der Magneterfassungselemente 110a - 110i empfindlich für eine andere Komponente oder andere Komponenten des Magnetfeldes B sein.
• Die Stärke des Magnetfeldes B in der x-Richtung Bx über den Magnetsensor 104 hinweg ist eine Funktion bzw. abhängig von der Neigung des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104 und der Divergenz in der x-y-Ebene des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104. Somit kann jedes der Magneterfassungselemente 110a - 110i eine unterschiedliche Magnetfeldstärke in der x-Richtung Bx erfassen.
• 3B ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Querschnitts des Leiters 102 und des Magnetsensors 104 darstellt. Der Querschnitt des Magnetsensors 104 umfasst die Magneterfassungselemente 110a - 110c, die mit 1 - 3 nummeriert sind.
• Eine Magnetfeldlinie des Magnetfeldes B schneidet das Magneterfassungselement 110a in der Mitte des Magneterfassungselements 110a und die obere Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104. Die x-Komponente des Magnetfeldes B ist in Gleichung X1 gezeigt. $$\text{Bxi1}\left(\text{R1}\text{,a1}\right)=\text{B}\left(\text{R1}\right)\times \text{cos a1}$$

  
• Wobei B(R1) die Stärke des Magnetfeldes B bei dem radialen Abstand R1 von der Mitte des Leiters 102 zu dem Punkt bei der Mitte des Magneterfassungselements 110a und an der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104 ist und der Winkel „a1“ der Winkel zwischen der Magnetfeldlinie des Magnetfeldes B und der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104 an diesem Punkt an der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104 ist. Somit ist Bxi1 die Stärke des Magnetfeldes B in der x-Richtung, eingestellt auf die Neigung des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104 an dem Magneterfassungselement 110a. Eine Gleichung ähnlich der Gleichung XI kann für jedes der anderen Magneterfassungselemente 110b - 110i erhalten werden, die mit 2 - 9 nummeriert sind.
• 3C ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Draufsicht des Leiters 102 und des Magnetsensors 104 darstellt. Die Draufsicht des Magnetsensors 104 umfasst die Magneterfassungselemente 110a, 110b, 110d und 110e, die mit 1, 2, 4 bzw. 5 nummeriert sind. Die Magnetfeldlinie des Magnetfeldes B schneidet das Magneterfassungselement 110a in der Mitte des Magneterfassungselements 110a und an der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104. Die x-Komponente des Magnetfeldes B ist in Gleichung XII gezeigt. $$\text{Bxd1}\left(\text{R1}\text{,b1}\right)=\text{B}\left(\text{R1}\right)\times \text{cos b1}$$

  
• Wobei B(R1) die Stärke des Magnetfeldes B in dem radialen Abstand R1 von der Mitte des Leiters 102 zu dem Punkt bei der Mitte des Magneterfassungselements 110a und der oberen Hauptoberfläche 112 des Magnetsensors 104 ist und der Winkel „b1“ der Winkel zwischen der Magnetfeldlinie des Magnetfeldes B und dem Magnetsensor 104 an diesem Punkt in der x-y-Ebene ist. Somit ist Bxdl die Stärke des Magnetfeldes B in der x-Richtung, eingestellt auf die Divergenz des Leiters 102 relativ zu dem Magnetsensor 104 in der x-y-Ebene. Eine Gleichung ähnlich der Gleichung XII kann für jedes der anderen Magneterfassungselemente 110b -110i erhalten werden, die mit 2 - 9 nummeriert sind.
• Die Stärke des Magnetfeldes B in der x-Richtung an dem Magneterfassungselement 110a, mit Bx1 bezeichnet, ist abhängig von beiden Winkeln „a1“ und „b1“, wie es in Gleichung XIII gezeigt ist. $$\text{Bx1}\left(\text{R1}\text{,a1}\text{,b1}\right)=\text{B}\left(\text{R1}\right)\times \text{cos a1}\times \text{cos b1}$$

  
• Eine Gleichung, wie beispielsweise die Gleichung XIII, kann für die x-Komponente des Magnetfeldes B an jedem der anderen Magneterfassungselemente 110b - 110i abgeleitet werden, die mit 2 - 9 nummeriert sind.
• Jedes der Magneterfassungselemente 110a - 110i erfasst die x-Komponente des Magnetfeldes Bx an dem Magneterfassungselement und liefert ein erfasstes Signal Vn, wobei n die Nummer des Magneterfassungselements bezeichnet, das das erfasste Signal Vn liefert. Das erfasste Signal Vn ist abhängig von der x-Komponente des Magnetfeldes Bx an dem Magneterfassungselement und der Sensitivität bzw. Empfindlichkeit Sn des Magneterfassungselements, wie es in Gleichung VI gezeigt ist. Das erfasste Signal V1 von dem Magneterfassungselement 110a ist in Gleichung XIV gezeigt, und es kann eine Gleichung ähnlich der Gleichung XIV für die erfassten Signale Vn von jedem der anderen Magneterfassungselemente 110b - 110i erhalten werden, die mit 2 - 9 nummeriert sind. $$\begin{array}{c}\text{V}1=\text{S}1\times \text{Bx1}\left(\text{R1}\text{,a}\text{,b}\right)\\ =\text{S}1\times \text{B}\left(\text{R1}\right)\times \text{cos a1}\times \text{cos b1}\end{array}$$

  
• In Gleichung XIV ist die Stärke des Magnetfeldes B in dem radialen Abstand R1 von der Mitte des Leiters 102 zu einem Punkt bei der Mitte des Magneterfassungselements 110a in Gleichung XV gezeigt. $$\text{B}\left(\text{R1}\right)=\left(\mathrm{\mu }\times \text{I}\right){\text{/R}}_{\text{1}}$$

  
• Ferner ist der Kosinus von „a1“ in Gleichung XVI gezeigt und ist der Kosinus von „b1“ in Gleichung XVII gezeigt. $$\text{Cos a1}\mathrm{=}{\text{D}}_{\text{1}}{\text{/R}}_{\text{1}}$$

  

  $$\text{Cos b1}=\text{A/}\sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X}2-\text{X}1\right)}^2}$$

  
• Wenn die Gleichungen XV, XVI und XVII in Gleichung XIV eingesetzt werden, ergibt Gleichung XVIII, wobei R1 über den Lehrsatz des Pythagoras berechnet wird. $$\begin{array}{c}\text{V1}\left(\text{D1}{\text{,X}}_{\text{1}}{\text{,X}}_{\text{2}}\text{,I}\right)=\left(\text{S}1\times \left(\mathrm{\mu }\times \text{I}\right)\times \text{D}1\times \text{A}\right)\text{/}\left(\text{R}{1}^2\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X}2-\text{X}1\right)}^2}\right)\\ =\left(\text{S}1\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}1\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left(\text{D}{1}^2+\text{X}{1}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X}2-\text{X}1\right)}^2}\right)\end{array}$$

  
• Somit ist das erfasste Signal V1, das über das Magneterfassungselement 110a erfasst wird, abhängig von dem Abstand D1, den Versatzabständen X1 und X2 und dem gemessenen Strom I. Eine Gleichung ähnlich der Gleichung XVIII für jedes der anderen Magneterfassungselemente 110b - 110i ist unten in Gleichungen XIX - XXVI gezeigt. $$\text{V2}\left(\text{D1}\text{,X1}\text{,X2}\text{,I}\right)=\left(\text{S2}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}1\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left(\text{D}{1}^2+{\left(\text{X}1+\text{A}\right)}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X}2-\text{X}1\right)}^2}\right)$$

  

  $$\text{V3}\left(\text{D1}\text{,X1}\text{,X2}\text{,I}\right)=\left(\text{S3}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D}1\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left(\text{D}{1}^2+{\left(\text{X}1+\left(2\times \text{A}\right)\right)}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X}2-\text{X}1\right)}^2}\right)$$

  

  $$\text{V4}\left(\text{D2}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\left(\text{S4}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D2}\times 2\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D2}}^2+\text{X}{2}^2\right)\times \sqrt{{\left(2\text{A}\right)}^2+{\left(\text{X3}-\text{X}1\right)}^2}\right)$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{V5}\left(\text{D2}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\hfill \\ \left(\text{S5}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D2}\times 2\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D2}}^2+{\left(\text{X2}+\text{A}\right)}^2\right)\times \sqrt{{\left(2\text{A}\right)}^2+{\left(\text{X3}-\text{X}1\right)}^2}\right)\hfill \end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{V6}\left(\text{D2}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\hfill \\ \left(\text{S6}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D2}\times 2\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D2}}^2+{\left(\text{X2}+\left(2\times \text{A}\right)\right)}^2\right)\times \sqrt{{\left(2\text{A}\right)}^2+{\left(\text{X3}-\text{X}1\right)}^2}\right)\hfill \end{array}$$

  

  $$\text{V7}\left(\text{D3}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\left(\text{S7}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D3}\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D3}}^2+\text{X}{3}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X3}-\text{X2}\right)}^2}\right)$$

  

  $$\text{V8}\left(\text{D3}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\left(\text{S8}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D3}\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D3}}^2+{\left(\text{X3}+\text{A}\right)}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X3}-\text{X2}\right)}^2}\right)$$

  

  $$\text{V9}\left(\text{D3}\text{,X1}\text{,X2}\text{,X3}\text{,I}\right)=\left(\text{S9}\times \mathrm{\mu }\times \text{I}\times \text{D3}\times \text{A}\right)\text{/}\left(\left({\text{D3}}^2+{\left(\text{X3}+\left(2\times \text{A}\right)\right)}^2\right)\times \sqrt{{\text{A}}^2+{\left(\text{X3}-\text{X2}\right)}^2}\right)$$

  
• Die Steuerschaltung 106 empfängt die Signale V1 bis V9 von den Magneterfassungselementen 110a - 110i und bestimmt Kalibrierungswerte und misst den Strom I basierend auf den Signalen V1 - V9. Die Steuerschaltung bestimmt Kalibrierungswerte für zwei oder mehr Abstände D1 - D3 und zwei oder mehr Versatzabstände X1 - X3. Um den Strom I zu messen und zumindest vier Kalibrierungswerte zu bestimmen, verarbeitet die Steuerschaltung 106 die Signale von zumindest fünf unterschiedlichen Magneterfassungselementen 110a- 110i.
• Um den Strom I zu messen und eine Anzahl unbekannter Kalibrierungswerte CV (calibration values) zu bestimmen, verarbeitet im Allgemeinen die Steuerschaltung, wie beispielsweise die Steuerschaltung 106, die Signale von zumindest CV + 1 Magneterfassungselementen, wie beispielsweise den Magneterfassungselementen 110a - 110i. Die Steuerschaltung verarbeitet die Signale von zumindest einem Magneterfassungselement für jeden Kalibrierungswert, der bestimmt werden soll, und den Strom, der gemessen werden soll.
• Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerschaltung 106 die Signale V1 - V9 von den Magneterfassungselementen 110a - 110i und schließt die kleinsten Signalpegel aus (verwendet dieselben nicht), wie beispielsweise durch Ausschließen der Signale, die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel empfangt die Steuerschaltung 106 die Signale V1 - V9 von den Magneterfassungselementen 110a - 110i und schließt die Signale von Magneterfassungselementen 110a - 110i, die gesättigt sind, aus. Bei einem Ausführungsbeispiel empfängt die Steuerschaltung 106 die Signale V1 - V9 von den Magneterfassungselementen 110a - 110i und verwendet zumindest zwei der Signale V1 - V9, die eine Signaldifferenz aufweisen, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist.
• 4A - 4C sind Diagramme, die Magnetfeldverteilungen über ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsensors 200 hinweg darstellen. Ein stromführender Leiter (der Deutlichkeit halber nicht gezeigt) überquert den Magnetsensor 200 von der Mitte oben bei 202 zu der Mitte unten bei 204 in einem Abstand über dem Magnetsensor 200. Der stromführende Leiter erzeugt ein Magnetfeld, das über den Magnetsensor 200 verteilt ist.
• Jede der 4A - 4C zeigt eine unterschiedliche Magnetfeldverteilung. In 4A ist ein Strom I1 durch den Leiter in einem Abstand D1 über dem Magnetsensor 200 getragen. In 4B ist ein Strom I2, der geringer als der Strom I1 ist, durch den Leiter in dem Abstand D1 über dem Magnetsensor 200 getragen. In 4C ist der Strom I1 durch den Leiter in einem Abstand D2, der größer als der Abstand D1 ist, über dem Magnetsensor 200 getragen.
• Der Magnetsensor 200 umfasst Magneterfassungselemente 206a - 206e, die das Magnetfeld erfassen. Bei einem Aspekt nehmen der Magnetsensor 200 und die Magneterfassungselemente 206a - 206e ein Bild der Magnetfeldverteilung über den Magnetsensor 200 hinweg auf. Die zweidimensionale Position der Magneterfassungselemente relativ zu dem Leiter kann unter Verwendung zumindest dreier Signale von den Magneterfassungselementen 206a - 206e erhalten werden. Die dreidimensionale Position der Magneterfassungselemente relativ zu dem Leiter kann unter Verwendung von zumindest fünf Signalen von den Magneterfassungselementen 206a - 206e erhalten werden. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Magnetsensor 200 weniger als fünf Magneterfassungselemente 206a - 206e. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Magnetsensor 200 mehr als fünf Magneterfassungselemente 206a - 206e, wie beispielsweise 10, 100 oder mehr Magneterfassungselemente.
• 4A ist ein Diagramm, das den Magnetsensor 200 und das Magnetfeld darstellt, das über den Strom I1 erzeugt wird, der durch den Leiter in dem Abstand D1 von dem Magnetsensor 200 getragen wird. Die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfassen im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke. Auch die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfassen im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird. Das Magneterfassungselement 206b erfasst eine Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird, und mehr als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfasst wird.
• 4B ist ein Diagramm, das den Magnetsensor 200 und das Magnetfeld darstellt, das über den Strom I2 erzeugt wird, der durch den Leiter in dem Abstand D1 von dem Magnetsensor 200 getragen wird. Der Strom I2 ist geringer als der Strom I1, der verwendet wird, um das in 4A gezeigte Magnetfeld zu erzeugen, was dazu führt, dass die Stärke des Magnetfeldes, das über die Magneterfassungselemente 206a - 206e in 4B erfasst wird, geringer ist als die Stärke des Magnetfeldes, das über die Magneterfassungselemente 206a - 206e in 4A erfasst wird.
• In 4B erfassen die Magneterfassungselemente 206a und 206d im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke. Auch die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfassen im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird. Das Magneterfassungselement 206b erfasst eine Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird, und mehr als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfasst wird.
• 4C ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Magnetsensors 200 und eines Magnetfeldes darstellt, das über den Strom I1 erzeugt wird, der durch den Leiter in einem Abstand D2 von dem Magnetsensor 200 geführt wird. Der Abstand D2 ist größer als der Abstand D1, der verwendet wird, um das in 4A gezeigte Magnetfeld zu erzeugen, was dazu führt, dass die Stärke des Magnetfeldes, die über die Erfassungselemente 206a - 206e in 4C erfasst wird, geringer ist als die Stärke des Magnetfeldes ist, die über die Magneterfassungselemente 206a - 206e in 4A erfasst wird.
• In 4C erfassen die Magneterfassungselemente 206a und 206d im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke. Auch die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfassen im Wesentlichen die gleiche Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird. Das Magneterfassungselement 206b erfasst eine Magnetfeldstärke, die geringer als die Magnetfeldstärke, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird, und mehr als die Magnetfeldstärke ist, die über die Magneterfassungselemente 206c und 206e erfasst wird.
• Falls die Stärke des Magnetfeldes, die über die Magneterfassungselemente 206a und 206d erfasst wird, in 4B und 4C die gleiche ist, können auch erfasste Signale von den Magneterfassungselementen 206c und 206e verwendet werden, um zwischen den Magnetfeldern in 4B und 4C zu unterscheiden.
• 5A und 5B sind Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsensors 300 und eine Platzierung oder Verwendung von Magneterfassungselementen 302a - 302e an dem Magnetsensor 300 darstellen. Jede der 5A und 5B zeigt eine unterschiedliche Platzierung der Magneterfassungselemente 302a - 302e an dem Magnetsensor 300. Bei jeder der 5A und 5B verläuft ferner ein stromführender Leiter parallel zu der linken Seite des Magnetsensors 300 in einem Abstand über dem Magnetsensor 300 und erzeugt der stromführende Leiter ein Magnetfeld, das über den Magnetsensor 300 hinweg verteilt ist.
• 5A ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Platzierung der Magneterfassungselemente 302a - 302e darstellt, das gut zum Erfassen ausreichender Magnetfeldstärken und ausreichender Differenzen einer Magnetfeldstärke ist. Jedes der Magneterfassungselemente 302a - 302e befindet sich in einem Bereich, in dem die Magnetfeldstärke zum Erfassen und Liefern eines ausreichenden erfassten Signals ausreichend ist. Ferner sind zumindest einige der Magneterfassungselemente 302a - 302e beabstandet, um erfasste Signale zu liefern, die ausreichend unterschiedlich zueinander sind.
• 5B ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Platzierung der Magneterfassungselemente 302a - 302e darstellt, das nicht so gut zum Erfassen ausreichender Magnetfeldstärken und ausreichender Differenzen einer Magnetfeldstärke ist. In 5B sind die Magneterfassungselemente 302a und 302b zu nahe aneinander, um erfasste Signale zu liefern, die ausreichend unterschiedlich zueinander sind, derart, dass das Rauschen in dem System die Informationen in den erfassten Signalen verschlechtern kann. Ferner befinden sich die Magneterfassungselemente 302c und 302e in Bereichen, in denen die Magnetfeldstärke zu gering ist, um nützlich zu sein, derart, dass das Rauschen in dem System die Informationen in den erfassten Signalen verschlechtern kann.
• Bei einem Ausführungsbeispiel eines Systems wählt die Steuerschaltung Magneterfassungselemente, die bei der Messung des Stroms I und der Bestimmung der Kalibrierungswerte verwendet werden sollen, aus einer größeren Gruppe von Magneterfassungselementen in dem Magnetsensor aus. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerschaltung, ob die erfassten Signale ausreichend unterschiedlich sind, um bei der Messung des Stroms I und der Bestimmung der Kalibrierungswerte verwendet zu werden. Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet die Steuerschaltung zumindest zwei erfasste Signale, die eine Signaldifferenz aufweisen, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerschaltung, ob die erfassten Signale ausreichend groß sind, um bei der Messung des Stroms I und der Bestimmung der Kalibrierungswerte verwendet zu werden. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt die Steuerschaltung die kleinsten Signalpegel aus (verwendet dieselben nicht), wie beispielsweise durch Ausschließen der Signale, die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze aufweisen.
• Ein System, wie beispielsweise das System 20 und das System 100, bestimmt Kalibrierungswerte, die die Position von Magneterfassungselementen relativ zu dem Leiter angeben, der den gemessenen Strom I führt. Die Magneterfassungselemente müssen nicht präzise positioniert und in Position gehalten sein, um den Strom I genau zu messen, und das System verwendet keine Magnetfeldführung, die dem Sensorsystem Kosten hinzufügt.
• Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, ist es Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielfalt anderer und/oder äquivalenter Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen oder Variationen der spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken, die hierin erörtert sind. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente derselben begrenzt ist.

Claims (20)

1. System (20; 100), das folgende Merkmale aufweist: Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die konfiguriert sind, um ein Magnetfeld zu erfassen, das über einen Strom erzeugt wird, und um Signale zu liefern, die dem Magnetfeld entsprechen; und eine Schaltung (28; 106), die konfiguriert ist, um Kalibrierungswerte auf Basis der Signale zu bestimmen und den Strom auf Basis der Signale zu messen, wobei der Strom durch einen Leiter (22; 52; 102) fließt und die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Kalibrierungswerte zu bestimmen, die die Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) angeben.
2. System (20; 100) gemäß Anspruch 1, bei dem der Strom durch einen Leiter (22; 52; 102) fließt und die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Kalibrierungswerte zu bestimmen, die die Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) in zwei oder drei Dimensionen angeben.
3. System (20; 100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze liefern, auszuschließen.
4. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die gesättigt sind, auszuschließen.
5. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um zwei Signale, die eine Signaldifferenz aufweisen, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist, einzuschließen.
6. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Kalibrierungswerte jedes Mal zu bestimmen, wenn der Strom gemessen wird.
7. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um den Strom zwischen Aktualisierungen der Kalibrierungswerte mehrere Male zu messen.
8. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem es sich bei den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) um magnetoresistive Erfassungselemente oder Hall-Plattenerfassungselemente handelt.
9. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) Riesenmagnetowiderstand-Erfassungselemente sind.
10. System (20; 100), das folgende Merkmale aufweist: Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a- 110i; 306a-206e; 302a-302e), die konfiguriert sind, um ein Magnetfeld zu erfassen, das über einen stromführenden Leiter (22; 52; 102) erzeugt wird, und Signale zu liefern, die dem Magnetfeld entsprechen; und eine Schaltung (28; 106), die konfiguriert ist, um die Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem stromführenden Leiter (22; 52; 102) auf Basis der Signale zu bestimmen und den Strom auf Basis der Signale zu messen, wobei die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um eine dreidimensionale Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem stromführenden Leiter (22; 52; 102) auf Basis der Signale von zumindest fünf Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) zu bestimmen.
11. System (20; 100) gemäß Anspruch 10, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze liefern, auszuschließen.
12. System (20; 100) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um die Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die gesättigt sind, auszuschließen.
13. System (20; 100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Schaltung (28; 106) konfiguriert ist, um zumindest zwei Signale, die eine Signaldifferenz aufweisen, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist, einzuschließen.
14. Verfahren zum Messen eines Stroms, das folgende Schritte aufweist: Leiten des Stroms über einen Leiter (22; 52; 102); Erfassen eines Magnetfeldes, das durch den Strom erzeugt wird, über Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e); Liefern von Signalen, die dem Magnetfeld entsprechen, über die Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e); Bestimmen von Kalibrierungswerten auf Basis der Signale; und Messen des Stroms auf Basis der Signale und der Kalibrierungswerte, wobei das Bestimmen von Kalibrierungswerten folgenden Schritt aufweist: Bestimmen der Kalibrierungswerte, die die Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) angeben.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, das folgenden Schritt aufweist: Ausschließen der Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die Signalpegel unterhalb einer Signalpegelgrenze liefern.
16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, das folgenden Schritt aufweist: Ausschließen der Signale von den Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e), die gesättigt sind.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, das folgenden Schritt aufweist: Einschließen zumindest zweier Signale, die eine Signaldifferenz aufweisen, die größer als eine Signaldifferenzgrenze ist.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, das folgenden Schritt aufweist: Bestimmen der Kalibrierungswerte jedes Mal, wenn der Strom gemessen wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, das folgenden Schritt aufweist: Messen des Stroms mehrere Male zwischen Aktualisierungen der Kalibrierungswerte.
20. Verfahren zum Messen eines Stroms, das folgende Schritte aufweist: Erfassen eines Magnetfeldes, das über einen Leiter (22; 52; 102) erzeugt wird, der den Strom trägt; Liefern von Signalen, die dem Magnetfeld entsprechen, über Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e); Bestimmen der Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) auf Basis der Signale; und Messen des Stroms auf Basis der Signale und der Position der Magneterfassungselemente (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102), wobei das Bestimmen der Position folgenden Schritt aufweist: Bestimmen der Position von zumindest fünf Magneterfassungselementen (30a-30d; 54a-54c; 110a-110i; 306a-206e; 302a-302e) relativ zu dem Leiter (22; 52; 102) in drei Dimensionen.

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