DE102011086270B4 - Stromsensor - Google Patents

Abstract

Stromsensor (100), der folgende Merkmale aufweist:ein leitfähiges Element mit zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche (104), wobei jede der zumindest drei Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist, um einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; undzumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m), die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefernwobei die zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) Bestandteil einer integrierten Schaltung (140) sind; undwobei die integrierte Schaltung durch ein Isolierungsplättchen (142) von der gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) isoliert ist.

Description

• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Stromsensor. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Stromsensorknoten mit zumindest drei Anschlussflächen und zumindest zwei Magnetfeldsensoren zum Erfassen jedes Stroms, der in den Stromsensorknoten fließt.
• Stromsensoren werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zum Messen oder Detektieren, wie sich ein Strom aufteilt, wenn bei einem Schaltungsknoten mehrere Leiter angeschlossen werden.
• 28 zeigt einen Knoten, der drei Drähte (oder Leiter) verbindet. Dies ist bei vielen Leistungsverteilungssystemen, bei denen Primärenergie über I1 (wobei I1 einen ersten Strom bezeichnen kann) in das System eingebracht werden kann, eine ganz gewöhnliche Situation. Sie kann über I2 (wobei I2 einen zweiten Strom bezeichnen kann) zu einer Last fließen, sie kann jedoch auch über I3 (wobei I3 einen dritten Strom bezeichnen kann) zu einer Reservebatterie fließen. Es kann auch vorkommen, dass I1 in manchen Fällen gleich null ist (I1 = 0) und die Last (I2) lediglich durch die Batterie (I3) geliefert wird. Diese Situation kann auch bei elektrischen Fahrzeugen auftreten, wobei I1 durch ein Ladegerät geliefert werden kann, I2 durch den Elektromotor des Fahrzeugs fließt, was auch als Mittel zur Rückgewinnung kinetischer Energie zu elektrischer Energie dienen kann, und I3 von einer großen Gruppe von Batterien in dem Fahrzeug stammt. In solchen Situationen ist es nicht nur interessant, einen einzelnen Strom in einem einzelnen Zweig dieses Netzwerks zu messen, sondern vielmehr die Ströme in allen Zweigen zu messen.
• Die WO 01/23899 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Strommessung mit magnetfeldempfindlichen Differenzsensoren aus mindestens zwei Hallsensoren.
• Die EP 1 113 277 A1 zeigt ein Durchführungselement für Mittel- und Hochspannungsanwendungen.
• Die US 2006/0219436 A1 zeigt einen Stromsensor.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Stromsensoren sowie ein Verfahren zum Messen zumindest dreier Ströme mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern einen Stromsensor, der ein leitfähiges Element und zumindest zwei Magnetfeldsensoren aufweist. Das leitfähige Element weist zumindest drei Anschlussflächen und eine gemeinsame leitfähige Fläche auf, wobei jede der zumindest drei Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist, um einen Strom, der an die jeweilige Anschlussfläche angelegt ist, in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten. Die zumindest zwei Magnetfeldsensoren sind in verschiedenen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet, wobei jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern.
• Außerdem kann der Stromsensor einen Auswerter aufweisen, der dazu konfiguriert ist, einen Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms auszuwerten.
• Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein Verfahren zum Messen zumindest dreier Ströme in einem Messknoten, wobei der Messknoten zumindest zwei Magnetfeldsensoren aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Erfassen einer Magnetfeldkomponente des in den Messknoten mit den zumindest zwei Magnetfeldsensoren fließenden Stroms; und Auswerten des Wertes der in den Messknoten fließenden Ströme auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente.
• Manche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern einen Stromsensor zum Messen einer Stromverteilung bei zumindest drei Leitern, die an die zumindest drei Anschlussflächen des Stromsensors angeschlossen sind. Ferner sind die zumindest drei Anschlussflächen in einem definierten Bereich, der hierin als die gemeinsame leitfähige Fläche bezeichnet wird, elektrisch miteinander verbunden. Jedoch sind die zumindest drei Anschlussflächen außerhalb dieses Bereichs voneinander isoliert, beispielsweise durch ein isolierendes Material. Das isolierende Material biegt den an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom, sodass der Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche geleitet wird. In der gemeinsamen leitfähigen Fläche muss der Strom aufgrund von Biegungen die Fließrichtung ändern. Die zumindest zwei Magnetfeldsensoren sind beispielsweise nahe bei diesen Biegungen platziert oder angeordnet, wo das durch das Fließen des Stroms bewirkte Magnetfeld maximiert wird.
• Der Auswerter kann den Wert des an jede Anschlussfläche angelegten Stroms beispielsweise als lineare Überlagerung der Sensorsignale der zumindest zwei Magnetfeldsensoren auswerten oder berechnen. Ferner kann der Auswerter dazu angepasst sein, einen Wert eines Hintergrundmagnetfeldes auf der Basis der Sensorsignale der zumindest zwei Magnetfeldsensoren auszuwerten, sodass der Wert des an jede Anschlussfläche angelegten Stroms ferner auf der Basis des Wertes des Hintergrundmagnetfeldes ausgewertet oder berechnet werden kann. Optional kann ein Vertrauensniveau der Messung auf der Basis des Wertes des Hintergrundmagnetfeldes beurteilt werden.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und drei Magnetfeldsensoren;
• 2 eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und drei Magnetfeldsensoren;
• 3 eine veranschaulichende Draufsicht des leitfähigen Elements oder der Stromschiene des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors;
• 4 eine veranschaulichende Unteransicht des bzw. der in 3 gezeigten leitfähigen Elements oder Stromschiene;
• 5 eine veranschaulichende Draufsicht des leitfähigen Elements oder der Stromschiene des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors;
• 6 eine veranschaulichende Ansicht einer elektrischen Potentialverteilung über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für eine an zwei benachbarte Anschlussflächen angelegte Spannung;
• 7 eine veranschaulichende Ansicht einer Verteilung einer Gesamtstromdichte über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für einen Strom, der an eine Anschlussfläche angelegt ist und zwischen zwei Anschlussflächen fließt;
• 8A und 8B veranschaulichende Ansichten einer Verteilung eines Betrags einer Stromdichte über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für einen Strom, der an eine Anschlussfläche angelegt ist und zwischen zwei Anschlussflächen fließt;
• 9 eine veranschaulichende Ansicht eines thermischen Profils über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für einen Strom, der an eine Anschlussfläche angelegt ist und zwischen zwei Anschlussflächen fließt;
• 10 eine veranschaulichende Ansicht einer Verteilung einer z-Komponente einer Magnetflussdichte 0,1 mm über dem leitfähigen Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für einen Strom, der an eine Anschlussfläche angelegt ist und zwischen zwei Anschlussflächen fließt;
• 11A - 11D in veranschaulichenden Ansichten die Intensitätsprofile der z-Komponente des Magnetfeldes 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm und 0,4 mm über dem leitfähigen Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für einen Strom, der an eine Anschlussfläche angelegt ist und zwischen zwei Anschlussflächen fließt;
• 12 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht der Oberseite eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors;
• 13 eine veranschaulichende Unteransicht des Ausführungsbeispiels des vollständig eingehäusten Stromsensors der 12;
• 14 eine veranschaulichende Ansicht des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors der 12 ohne die Formmasse;
• 15 eine veranschaulichende Draufsicht auf das exemplarische Ausführungsbeispiel des Stromsensors mit dem isolierten Silizium-Halbleiterstück der 14;
• 16 eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors und von Signalleitungen mit herausstehenden Signalanschlussstiften;
• 17 eine veranschaulichende Ansicht eines optionalen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors mit drei Anschlussflächen, die von oben zugänglich sind;
• 18 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und drei Magnetfeldsensoren;
• 19 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ersatzschaltung des leitfähigen Elements des Stromsensors der 18, wobei die dritte Anschlussfläche an Masse gelegt ist;
• 20 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit vier Anschlussflächen und vier Magnetfeldsensoren;
• 21 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und vier Magnetfeldsensoren;
• 22 eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und zwei Magnetfeldsensoren;
• 23 eine Draufsicht auf ein optionales Ausführungsbeispiel eines Stromsensors mit drei Anschlussflächen und drei Magnetfeldsensoren;
• 24 eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anwendung zweier Stromsensoren bei einer zur Hälfte brückenlosen BLK;
• 25A und 25B in einer schematischen Ansicht Ausführungsbeispiele von Anwendungen des Stromsensors bei BLK-Konfigurationen;
• 26A und 26B in einer veranschaulichenden Ansicht Ausführungsbeispiele von Anwendungen des Stromsensors bei einer bürstenlosen Gleichstromerfassung;
• 27 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erfassen zumindest dreier Ströme in einem Messknoten; und
• 28 eine veranschaulichende Ansicht dreier Drähte, die in einem gemeinsamen Knoten verbunden sind.
• Gleiche oder äquivalente Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung durch gleiche oder äquivalente Bezugszeichen bezeichnet.
• 1 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors 100. Der Stromsensor 100 weist ein leitfähiges Element (bzw. eine Stromschiene) mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 auf (siehe z. B. 4, 8A und 21), wobei jede der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 verbunden ist, um einen Strom 106_1 bis 106_3, der an die jeweiligen Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 angelegt ist, in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 zu leiten. Der Stromsensor 100 weist ferner drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf, die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 angeordnet sind, wobei jeder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des Stroms (beispielsweise jedes Stroms 106_1 bis 106_3), der in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließt, zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern.
• Der in 1 gezeigte Stromsensor 100 weist beispielsweise drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf. Der Stromsensor 100 kann bis zu n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n aufweisen, die mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 verbunden sind, wobei n eine natürliche Zahl sein kann, die größer als oder gleich drei ist. Ferner kann der Stromsensor 100 bis zu m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m aufweisen, die dazu konfiguriert sind, eine Magnetfeldkomponente jedes Stroms 106_1 bis 106_n, der in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließt, zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern, wobei m eine natürliche Zahl sein kann, die größer als oder gleich zwei ist. Mit anderen Worten sind die m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m dazu angepasst, bis zu n Ströme 106_1 bis 106_n, die an n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n angelegt sind, zu erfassen.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m gleich der Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n sein. Ferner kann die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m größer als die oder gleich der Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n sein (m ≥ n), um n unabhängige Ströme 106_1 bis 106_n zu erfassen, die an n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n angelegt sind. Die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m kann optional eins weniger betragen als die Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n, wobei die n unabhängigen Ströme 106_1 bis 106_n, die an die n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n angelegt sind, auf der Basis der Sensorsignale der m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m und auf der Basis der Kirchhoffschen Regel berechnet werden könnten.
• Im Folgenden wird ein exemplarischer Stromsensor 100 mit zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) und zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) beschrieben. Ferner kann die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m größer als die oder gleich der Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n sein (m ≥ n). Die folgende Beschreibung ist auch auf andere Ausführungsbeispiele des Stromsensors 100 anwendbar.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Stromsensors 100 soll die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m 3 sein (m = 3). Ferner soll die Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n 3 sein (n = 3).
• Jeder Strom, der in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließt, kann durch jeden der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) ein Magnetfeld erzeugen. Außerdem können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) derart angeordnet sein, dass die erfasste Magnetfeldkomponente maximiert ist oder in einem Bereich liegt, der zumindest 50 % oder 80 % der maximalen Magnetfeldstärke für einen spezifischen Strom aufweist. Beispielsweise für einen an eine spezifische Anschlussfläche 102_1 bis 102_n angelegten Strom oder für einen Strom zwischen zwei spezifischen Anschlussflächen 102_1 bis 102_n.
• Das leitfähige Element, das die gemeinsame leitfähige Fläche 104 und die zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) aufweist, kann derart gebildet oder angeordnet sein, dass eine Stromdichte für verschiedene Ströme 106_1 bis 106_n, die in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 oder zwischen den zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) fließen, in verschiedenen geometrischen Positionen maximiert ist. Beispielsweise kann eine Stromdichte für einen in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden ersten Strom 106_1 in einer ersten geometrischen Position maximiert sind, wobei eine Stromdichte für einen in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließendenden zweiten Strom 106_2 in einer zweiten geometrischen Position maximiert sind kann und wobei eine Stromdichte für einen in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden dritten Strom 106_3 in einer dritten geometrischen Position maximiert sind kann. Eine maximierte Stromdichte bedeutet ein maximiertes Magnetfeld, sodass die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) in den entsprechenden geometrischen Positionen platziert oder angeordnet werden können, wobei die Stromdichten und die Magnetfeldkomponenten daraus maximiert sind oder in einem Bereich liegen, der zumindest 50 % oder 80 % der maximalen Magnetfeldstärke aufweist.
• Außerdem kann der Stromsensor 100 einen Auswerter aufweisen, der dazu konfiguriert ist, einen Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden Stroms 106_1 bis 106_n auszuwerten. Der Auswerter kann optional einen Ausgang zum Ausgeben des Wertes jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden Stroms 106_1 bis 106_n aufweisen.
• Bei einer möglichen Anwendung kann der in 1 gezeigte Stromsensor 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 als Knoten, der drei Leiter oder Drähte miteinander verbindet, in einer Schaltung platziert werden. Dadurch kann der Stromsensor 100 alle drei Ströme 106_1 bis 106_3 gleichzeitig messen. Dies spart Raum, Kosten, Volumen, Material, Komplexität und Verlustleistung und erhöht die Zuverlässigkeit.
• Ferner ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein gleichzeitiges Messen aller drei Ströme ohne das Erfordernis von DSP-Fähigkeiten (DSP = digital signal processor, digitaler Signalprozessor) zum Berechnen des dritten Stroms. Auf diese Weise werden Kostenvorteile erzielt, und der Kunde kann sich auf die Anwendung konzentrieren, die lediglich die Stromwerte erfordert. Schließlich ermöglicht ein Reduzieren der Menge an Komponenten auf eine einzige Komponente (bzw. den Stromsensor 100) eine weitere Optimierung des Leistungsverbrauchs und der Genauigkeit.
• In einer Umgebung mit einem Hintergrundmagnetfeld erfassen oder detektieren die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) nicht nur eine Komponente eines Magnetfeldes, das dadurch bewirkt wird, dass jeder Strom 106_1 bis 106_n in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließt, sondern sie erfassen oder detektieren auch eine Komponente des Hintergrundmagnetfelds. Zum Kompensieren oder Minimieren der erfassten Komponente des Hintergrundmagnetfeldes kann der Auswerter ferner dazu konfiguriert sein, einen Wert des Hintergrundmagnetfeldes auf der Basis des Sensorsignals jedes der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) abzuleiten und den Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden Stroms 106_1 bis 106_n auf der Basis des Wertes des Hintergrundmagnetfeldes auszuwerten oder zu schätzen.
• Die angehängten Figuren zeigen eine jeweilige Achse eines x-y-z-Koordinatensystems, bei dem die x-Achse und die y-Achse eine laterale Ebene oder laterale Abmessung definieren, die zu dem leitfähigen Element parallel ist und die die gemeinsame leitfähige Fläche 104 und die zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) aufweist, und bei dem die z-Achse eine vertikale Abmessung definiert, die zu dem leitfähigen Element des Stromsensors 100 vertikal ist.
• Die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) können in verschiedenen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 angeordnet sein. Beispielsweise können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) derart angeordnet sein, dass die zumindest drei Ströme 106_1 bis 106_n (n ≥ 3), die in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließen, als Überlagerung des Magnetfeldes an jedem der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) gleichzeitig gemessen oder berechnet werden können. Deshalb können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) auf einem Kreis 110 angeordnet sein, wobei die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) gegenüber dem Leiter (oder leitfähigen Element) isoliert sein können. Ferner können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) symmetrisch auf dem Kreis 110 angeordnet sein. Ein Mittelpunkt 112 des Kreises 110 kann mit einem Mittelpunkt der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 zusammenfallen oder übereinstimmen. Außerdem können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) mit einer Symmetrie von 360°/m angeordnet sein. Falls der Stromsensor 100 drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 aufweist, können die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 mit einer Symmetrie von 120° angeordnet sein. Falls der Stromsensor 100 vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4 aufweist, können die vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4 mit einer Symmetrie von 90° angeordnet sein.
• Ferner können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) (oder die Mitte des effektiven oder aktiven sensiblen Bereichs des entsprechenden Magnetfeldsensors 108_1 bis 108_m) auf dem Kreis 110 zwischen zwei benachbarten Anschlussflächen 102_1 bis 102_n angeordnet sein. In 1 sind die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 in der Nähe der Enden der Schlitze oder, mit anderen Worten, zwischen zwei benachbarten Anschlussflächen angeordnet. Somit könnte der erste Magnetfeldsensor 108_1 zwischen der ersten und der zweiten Anschlussfläche 102_1 und 102_2 platziert sein. Dort ist die z-Komponente des Magnetfeldes maximiert oder liegt in einem Bereich, der zumindest 50 % oder 80 % der maximalen Magnetfeldstärke aufweist. Somit können die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 Magnetfeldsensoren sein, die bezüglich der z-Komponente des Magnetfeldes sensibel sind.
• Bei manchen Ausführungsbeispiel können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) somit Hall-Sensoren, Hall-Platten oder sonstige Magnetfeldsensorelemente sein, die dazu konfiguriert sind, die z-Komponente des Magnetfeldes zu erfassen, das aus dem zu messenden Strom bzw. den zu messenden Strömen 106_1 bis 106_n resultiert oder durch denselben bzw. dieselben bewirkt wird.
• 2 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3. Im Gegensatz zu 1 ist in 2 jede der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 dazu angeordnet, eine Mittellinie 114_1 bis 114_3 zu definieren, wobei die Mittellinien 114_1 bis 114_3 der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 sich in einem Mittelpunkt 112 schneiden und wobei jeder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 (oder die Mitte des effektiven oder aktiven sensiblen Bereichs des entsprechenden Magnetfeldsensors 108_1 bis 108_3) in einem definierten Abstand von dem Mittelpunkt 112 auf der Mittellinie 114_1 bis 114_3 der jeweiligen Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 angeordnet ist. Ferner kann jeder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 in einem gleichen Abstand von dem Mittelpunkt 112 auf der Mittellinie 114_1 bis 114_3 der jeweiligen Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 angeordnet sein.
• Allgemein können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) auf einer beliebigen Umfangslinie angeordnet sein, die eine geometrisch symmetrische Form beispielsweise bezüglich eines Mittelpunkts aufweist. Die symmetrische Anordnung der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) kann die Genauigkeit der Strommessergebnisse erhöhen. Jedoch ist auch eine asymmetrische Anordnung der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) möglich, wobei die Genauigkeit der Strommessergebnisse auf der Basis einer Kalibrierung des Stromsensors 100 erhöht werden könnte. Ferner kann der Auswerter dazu konfiguriert sein, den Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms 106_1 bis 106_n auf der Basis von beispielsweise Kalibrierungsdaten auszuwerten.
• Wie in 2 gezeigt ist, könnten die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf den Mittellinien 114_1 bis 114_3 zwischen den Enden der Schlitze angeordnet sein. Dort ist die innerhalb der Ebene liegende Komponente des Magnetfeldes maximiert oder liegt in einem Bereich, der zumindest 50 % oder 80 % der maximalen Magnetfeldstärke aufweist. Somit können die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 Magnetfeldsensoren sein, die bezüglich der in der Ebene liegenden Komponente (oder x-y-Komponente) des Magnetfeldes sensibel sind, das senkrecht zu der Richtung des Stromflusses ist (beispielsweise vertikale Hall-Vorrichtungen oder Magnetoresistoren MR wie (anisotroper MR) AMR, (Riesen-MR) GMR, (Tunnel-MR) TMR und (kolossaler MR) CMR).
• Der in 2 gezeigte Stromsensor 100 weist beispielsweise drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf. Selbstverständlich kann das Konzept dahin gehend verallgemeinert werden, vier oder mehr Ströme 106_1 bis 106_n zu messen, die in einen gemeinsamen Knoten (oder Stromsensorknoten mit n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n) fließen.
• Ferner können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 (m ≥ 3) diskrete Sensoren sein, wobei die Sensorsignale an eine integrierte Schaltung oder einen Mikroprozessor gesendet werden können, die bzw. der den Wert der zumindest drei Ströme 106_1 bis 106_n (n ≥ 3), die in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließen, berechnet. Alternativ dazu können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) Bestandteil einer integrierten Schaltung sein. Die integrierte Schaltung kann ein Halbleitersubstrat und eine Mehrzahl von elektronischen Vorrichtungen, die mit einer Schaltung gekoppelt sind, aufweisen. Somit kann das Substrat ein Siliziumchip oder ein beliebiges anderes Substrat sein, das üblicherweise in der Dickfilmtechnologie eingesetzt werden könnte. Ferner kann die integrierte Schaltung eine PCB (PCB = printed circuit board, gedruckte Schaltungsplatine), einen Mikroprozessor, DSP, FPGA (= field programmable gate array, feldprogrammierbares Gatterarray) oder eine andere rechentechnische Lösung aufweisen.
• Das leitfähige Element kann ein homogenes elektrisch leitendes Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von zumindest 3 * 10 ^∧ 7 S/m aufweisen. Somit eignen sich für das leitfähige Element Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, wobei keine magnetischen Zusätze enthalten sein dürfen. Magnetische Zusätze wie Kobalt oder Eisen werden ansonsten mit großen Blechdicken (ab 0,3 mm) verwendet, um das Material härter und somit weniger flexibel und formstabiler zu machen.
• Wie in 1 oder 2 gezeigt ist, sind die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 in einem außerhalb der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 liegenden Bereich beispielsweise durch ein isolierendes Material voneinander isoliert. Das isolierende Material biegt den an die jeweilige Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 angelegten Strom 106_1 bis 106_3, sodass der Strom 106_1 bis 106_3 in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 geleitet wird.
• Das leitfähige Element des Stromsensors 100 kann, wie in 1 oder 2 gezeigt ist, ein kreisförmiger flächiger Leiter mit zumindest drei Schlitzen sein, um die zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) zu bilden. In diesem Fall können die zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) durch ein isolierendes Material wie z. B. Luft voneinander isoliert sein. Auch ist es möglich, aus dem flächigen Leiter andere Formen auszuschneiden, beispielsweise Dreiecke, deren spitze Enden zur Mitte der Struktur gerichtet sind, oder 60° betragende Ecken oder 90° betragende Ecken, die aus einem Metallblech ausgeschnitten sind.
• Ferner können die zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3) des leitfähigen Elements mit einer Symmetrie von 360°/n symmetrisch entlang eines Kreises angeordnet sein. Somit können die Anschlussflächen eines Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 mit einer Symmetrie von 120° angeordnet sein, wobei die Anschlussflächen eines Stromsensors 100 mit vier Anschlussflächen 102_1 bis 102 4 mit einer Symmetrie von 90° angeordnet sein können. Falls nicht alle Ströme 106_1 bis 106_n gleich sind bzw. dieselbe Größe aufweisen, können alternativ dazu manche Anschlussflächen 102_1 bis 102_n kleiner sein als andere. Beispielsweise könnte bei einem Dreiphasensystem mit einem neutralen Leiter diejenige Anschlussfläche, die dem neutralen Leiter entspricht, kleiner sein als die anderen. Ferner kann die gemeinsame leitfähige Fläche 104 des Stromsensors 100 in der Mitte des Kreises angeordnet sein.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) eng miteinander und mit dem leitfähigen Element gekoppelt sein. Aufgrund der Tatsache, dass sie auf einem Substrat angeordnet sind, können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) in Bezug aufeinander extrem geringe Positionstoleranzen und eine extrem geringe Parameterstreuung aufweisen. Ferner kann das leitfähige Element aus einem massiven Stück hergestellt sein, sodass kein Erfordernis besteht, jeden der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) einzeln auf dem leitfähigen Element zu positionieren. Somit besteht lediglich das Erfordernis, das Substrat neben dem leitfähigen Element auszurichten, beispielsweise wie eine Schablone. Dieser Aufbau führt zu einer Kopplung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) Magnetfeldkomponenten jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließenden Stroms 106_1 bis 106_n ausgesetzt ist. Diese Kopplung kann durch Verwendung einfacher Mittel (beispielsweise eines linearen Gleichungssystems) arithmetisch gelöst werden.
• Außerdem können die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) eine fast identische Temperatur aufweisen, da die Temperaturerhöhung in dem Teil des leitfähigen Elements, der die höchste Impedanz aufweist - nämlich in der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 - vorwiegend zu einer homogenen Temperaturerhöhung in dem Substrat (oder dem Silizium-Halbleiterstück) führt und da Temperaturgradienten um zumindest eine Größenordnung kleiner sind. Mit anderen Worten kann jeder in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließende Strom 106_1 bis 106_n einen mittleren Temperaturanstieg jedes Magnetfeldsensors 108_1 bis 108_m liefern, wobei eine maximale Toleranz bezüglich einer Erhöhung der Temperatur zwischen zwei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m 10 % des mittleren Temperaturanstiegs betragen kann.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen kann die Stromverteilung bei mehreren Leitern, die bei einem gemeinsamen Knoten verbunden sind, gemessen werden, indem die Leiter mit einem flächigen Leiter mit mehreren Kontakten (oder zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3)) verbunden werden. Alle Kontakte sind in einer definierten Region (oder in der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104) elektrisch miteinander verbunden, jedoch sind sie außerhalb dieser Region durch Schlitze/ausgestanzte/ausgeätzte Teile voneinander getrennt. Dort muss der Strom 106_1 bis 106_n aufgrund von Biegungen die Fließrichtung ändern. Die zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) können nahe dieser Biegungen platziert werden, wo das Magnetfeld des zu messenden Stroms 106_1 bis 106_n maximiert ist. Der Strom 106_1 bis 106_n in jedem Kontakt (oder in jeder der zumindest drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (n ≥ 3)) kann als lineare Überlagerung des Magnetfeldes an jedem der zumindest drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m ≥ 3) berechnet werden. Außerdem kann eine Hintergrundmagnetfeldstörung geschätzt werden, um das Vertrauensniveau der Messung zu beurteilen.
• Manche Ausführungsbeispiele des Stromsensors 100 weisen einen flächigen Leiter mit drei Schlitzen und drei großen Kontakten (oder Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) zwischen den Schlitzen auf. Drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 können auf dem Leiter (oder leitfähigen Element) in der Nähe der Enden der Schlitze (oder zwischen den Enden der Schlitze) platziert sein. Ferner können die Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 bezüglich des Leiters (oder leitfähigen Elements) durch ein isolierendes Material elektrisch isoliert sein. Falls die Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 ein lineares Ansprechverhalten auf das auf sie einwirkende Magnetfeld aufweisen, ist der Strom durch jeden Kontakt (oder jede Anschlussfläche 102_1 bis 102_3) gleich einer linearen Kombination der Signale der Magnetfeldsensoren. Außerdem kann das System (oder der Stromsensor 100) auch das auf alle drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 einwirkende durchschnittliche äußere Magnetfeld, d. h. jegliche magnetische Störung, die nicht durch die drei zu messenden Ströme 106_1 bis 106_3 bewirkt wird, berechnen.
• Im Folgenden werden die Funktionalität und Stromberechnung des Stromsensors 100 unter Bezugnahme auf ein exemplarisches Ausführungsbeispiel des Stromsensors 100 beschrieben. Der Stromsensor 100 kann ein CLMCS (core-less magnetic current sensor = kernloser Magnetstromsensor) für eine Dreiphasenstrom-Messung sein, wobei die Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 Hall-Platten sein können. Selbstverständlich ist die folgende Beschreibung auch auf andere Ausführungsbeispiele des Stromsensors 100 anwendbar.
• 3 zeigt eine alternative Draufsicht auf das leitfähige Element oder die Stromschiene des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100. Das leitfähige Element ist ein kreisförmiger flächiger Leiter mit drei Schlitzen, um die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 zu bilden. Die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 sind mit einer Symmetrie von 120° symmetrisch entlang eines Kreises angeordnet, wobei der Mittelpunkt des Kreises mit dem Mittelpunkt der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 zusammenfällt oder übereinstimmt.
• Ein Zweck zum Bilden oder Profilieren des leitfähigen Elements als flächigen Leiter ist einerseits ein Anstieg der mechanischen Stabilität. Andererseits kann anhand des Profils eine Erhebung erzeugt werden. Falls ein Substrat (wie ein Silizium-Halbleiterstück) darauf platziert wird und falls das Substrat auf seiner Unterseite eine dünne elektrische Isolierung aufweist, kann eine beträchtliche Spannungsfestigkeit (Spannungsisolierung) erzielt werden, indem man das Substrat auf allen Seiten (z. B. um 0,5 mm) über die Erhebung hinaus vorstehen lässt. Ein weiterer Grund für das Profil besteht darin, dass eine Formmasse einer Einhäusung, die später in den 12 und 13 beschrieben wird, den resultierenden flachen Hohlraum unter der Erhebung füllen kann, wobei ein versehentlicher Kurzschluss, der durch ein falsche Positionieren des Moduls (oder des Stromsensors 100) während eines Auflötens auf eine PCB (gedruckte Schaltungsplatine) oder durch unbeabsichtigte Lötbrücken bewirkt wird, vermieden werden kann.
• Ferner könnte der in 3 gezeigte Stromsensor 100 bezüglich eines Erfassens von bis zu n Strömen 106_1 bis 106_n, die an n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n angelegt werden, verbessert werden, wobei die n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n mit einer Symmetrie von 360°/n angeordnet sein können.
• 4 zeigt eine veranschaulichende Unteransicht des leitfähigen Elements oder der Stromschiene, das bzw. die in 3 gezeigt ist. Die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 weisen eine Dicke von 1 mm (oder zwischen 0,2 mm und 2 mm oder zwischen 0,6 mm und 1,4 mm) auf. Die mittige Spaltung (oder Erhebung oder die gemeinsame leitfähige Fläche 104) steht 0,5 mm (oder zwischen 0,1 mm und 1 mm oder zwischen 0,3 mm und 0,7 mm) von der Oberfläche des Kontakt (oder der Anschlussfläche 102_1 bis 102_3) (= halbe Scherung, engl: half shear) vor, wobei der Krümmungsradius der abgerundeten Spitzen 120_1 bis 120_3 gleich 0,5 mm (oder zwischen 0,1 mm bis 1 mm oder zwischen 0,3 mm bis 0,7 mm) beträgt. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist jede der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 ein (elektrischer) Kontakt, wobei lediglich die obere und/oder untere Oberfläche der jeweiligen Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 eine echte (elektrische) Fläche eines Kontakts mit der Umgebung, beispielsweise einem Leiter, sein könnte. Somit kann die (elektrische) Kontaktfläche als der Bereich der jeweiligen Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 definiert werden, der mit Lötmittel zum Kontaktieren des Leiters, der als Stromeingang oder -ausgang verwendet wird, bedeckt ist. Beispielsweise kann die Oberfläche (Unterseite) jeder der drei in 4 gezeigten Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 eine Kontaktfläche sein. Alternativ dazu kann die Oberfläche (Oberseite) jeder der in 3 gezeigten drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 eine Kontaktfläche sein.
• 5 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht auf das leitfähige Element oder die Stromschiene des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100, bei der die Abmessung der Radien in Millimetern angegeben sind. Der Krümmungsradius der abgerundeten Spitzen 120_1 bis 120_3 ist, wie oben erwähnt wurde, gleich 0,5 mm (oder zwischen 0,1 mm bis 1 mm oder zwischen 0,3 mm bis 0,7 mm). Ferner kann ein Kreis eines Durchmessers von 3 mm (oder zwischen 1 mm und 6 mm oder zwischen 2 mm und 4 mm) in die Spitzen 120_1 bis 120_3 eingeschrieben werden. Jeder Kontakt (oder jede Anschlussfläche 102_1 bis 102_3) weist eine Größe von 86,3 mm² (oder zwischen 20 mm² bis 160 mm² oder zwischen 50 mm² bis 120 mm²) auf, die im Fall eines Lötens für einen homogenen Strom von etwa 1.700 A geeignet sein kann. Falls die Hall-Platten 108_1 bis 108_3 in den Ecken einer Kante und in der Mitte der gegenüberliegenden Kante, die 100 µm distal zu der Sägekante ist, platziert werden, dann kann ein Silizium-Halbleiterstück, das später in 14 beschrieben wird, eine Fläche von 2,4 mm x 2,9 mm (oder zwischen 0,8 mm x 0,8 mm und 5 mm und 5 mm oder zwischen 2 mm x 2 mm und 4 mm x 4 mm) was gleich einer Fläche von 7 mm² ist, aufweisen.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das innere Verbindungsstück des Leiters (oder des leitfähigen Elements), das den elektrischen Knoten (oder die gemeinsame leitfähige Fläche 104) implementiert, kleiner sein als die Region, die durch die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 aufgespannt wird. Bei der herkömmlichen CMOS-Technologie mit einer Strukturgröße von 0,35 µm kann eine Schaltung, die Magnetfelder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 misst und verstärkt und die die Stromverteilung daraus berechnet, eine Siliziumfläche (oder Silizium-Halbleiterstück-Fläche) von 5 mm² bis 8 mm² erfordern, sodass der innere Verbindungsknoten (oder die gemeinsame leitfähige Fläche 104) der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 kleiner sein kann als 5 mm² bis 8 mm².
• Ferner kann der Außendurchmesser des leitfähigen Elements oder der Stromschiene durch die Anforderungen der maximal zulässigen Stromdichte bestimmt werden. Üblicherweise kann ein gelöteter Kontaktpunkt dauerhaft 20 A bis 30 A pro mm² unterstützen. Somit muss für einen Stromsensor 100 von 500 A jeder Kontakt oder jede Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 eine lötfähige Fläche von etwa 20 mm² liefern.
• 6 zeigt eine veranschaulichende Ansicht einer elektrischen Potentialverteilung über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für eine Spannung von 10 mV, die an zwei benachbarte Anschlussflächen 102_1 und 102_3 angelegt ist. Ein Anlegen von 10 mV (oder zwischen 1 mV und 500 mV) an den Umkreis von zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 liefert einen größeren Widerstandswert, als wenn die Kontakte (oder die drei Anschlussflächen 108_1 bis 108_3) an große Stromkanäle gelötet würden. Jedoch betragen die Bahnen bei DCB-Modulen (DCB = direct copper bond, direkte Kupferbondverbindung) - wie sie für Inverter und ähnliche Leistungsschaltungen verwendet werden - lediglich 0,2 mm bis 0,3 mm, was deutlich dünner ist als die Kontakte (oder die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) des Stromsensors 100. Somit fließt der Strom in den Kontakten (oder den drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) hauptsächlich lateral, woran man sich anhand des Verfahrens des Kontaktierens des Umfangs annähert. Falls die elektrische Leitfähigkeit des leitfähigen Elements des Stromsensors 100 mit 43 * 10⁶ S/m angenommen wird (wie für eine Güteklasse nichtmagnetischen Kupfers für Leiterrahmen), so beträgt der Widerstandswert 68 µOhm (bei Raumtemperatur).
• 7 zeigt eine veranschaulichende Ansicht einer Verteilung einer Gesamtstromdichte über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100 für 146 A (oder zwischen 50 A und 300 A oder zwischen 100 A und 200 A), die an eine Anschlussfläche 102_1 oder 102_3 angelegt werden und zwischen zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 fließen. Wie in 7 gezeigt ist, kann der Strom von 146 A an eine erste Anschlussfläche 102_1 angelegt werden, wobei der Strom von der ersten Anschlussfläche 102_1 in die dritte Anschlussfläche 102_3 fließt, sodass der an die dritte Anschlussfläche 102_3 angelegte Strom -146 A betragen kann, oder umgekehrt. Ferner kann der Strom in der zweiten Anschlussfläche 102_2 bzw. der an die zweite Anschlussfläche 102_2 angelegte Strom 0 A betragen. Somit kann die zweite Anschlussfläche 102_2 eine offenes Ende aufweisen.
• 7 zeigt beispielsweise, dass ein an die erste Anschlussfläche 102_1 angelegter Strom von der ersten Anschlussfläche 102_1 in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 und dann in die dritte Anschlussfläche 102_3 fließt, wobei der Betrag der Stromdichte an der Spitze 120_3 zwischen der ersten und der dritten Anschlussfläche 102_1 und 102_3 erhöht ist. Der Betrag der Stromdichte ist an den Spitzen 120_1 und 120_2 zwischen den Anschlussflächen 102_1 und 102_2 und zwischen den Anschlussflächen 102_2 und 102_3 ebenfalls leicht erhöht.
• 8A und 8B zeigen eine veranschaulichende Ansicht einer Verteilung eines Betrags einer Stromdichte über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100 für 146 A, die an eine Anschlussfläche 102_1 oder 102_3 angelegt sind und zwischen zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 fließen. Wie gezeigt ist, ist der Betrag der Stromdichte an den Spitzen 120_1 bis 120_3 zwischen den drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 erhöht, wobei der Betrag der Stromdichte ein lokales Maximum an der Spitze 120_3 zwischen den zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3, die als Stromeingang und -ausgang verwendet werden, aufweist. Eine Erhöhung des Betrags der Stromdichte beträgt 0,55 über 1,369, was ein Faktor von 2,49 ist. Somit können die drei Magnetfeldsensoren an oder neben den Spitzen 102_1 bis 102_3 platziert werden, wobei die z-Komponente des durch die erhöhte Stromdichte erzeugten Magnetfeldes maximiert ist oder in einem Bereich liegt, der zumindest 50 % oder 80 % der maximalen Magnetfeldstärke aufweist.
• 9 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines thermischen Profils über das leitfähige Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100 für 146 A, die an eine Anschlussfläche 102_1 oder 102_3 angelegt sind und zwischen zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 fließen. Dies kann zu einer um 1,03°C erhöhten Temperatur bei 1,465905 W Verlustleistung führen, was wiederum zu einem thermischen Widerstand von 0,703°C/W führt. In 9 ist der Umfang des leitfähigen Elements des Stromsensors 100 auf 0°C geklemmt (festgelegt). Wenn ferner angenommen wird, dass T_J (Übergangstemperatur) unter 150°C bleibt und dass ein Kunde genügend Kühlung bereitstellen kann, um den Umfang der Kontakte (oder der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) bei 100°C zu halten, beträgt die maximal zulässige Verlustleistung 71 W, was einem Strom von 834 A entspricht.
• 10 zeigt eine veranschaulichende Ansicht einer Verteilung einer z-Komponente einer Magnetflussdichte 0,1 mm über dem leitfähigen Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100 für 146 A, die an eine Anschlussfläche 102_1 oder 102_3 angelegt sind und zwischen zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 fließen. Die maximale Amplitude der z-Komponente der Magnetflussdichte beträgt 17,6 mT an der Spitze 120_2 zwischen der zweiten und der dritten Anschlussfläche 102_2 und 102_3, wobei die minimale Amplitude der z-Komponente der Magnetflussdichte -30,4 mT an der Spitze 120_3 zwischen der ersten und der dritten Anschlussfläche 102_1 und 102_3 beträgt. Wenn man von einem idealen Stromsensor 100 ausgeht, kann der Absolutwert der Amplitude der z-Komponente der Magnetflussdichte an der Spitze 120_3 zwischen den Anschlussflächen 102_1 und 102_3, die als Stromeingang und -ausgang verwendet werden, aufgrund von Symmetrie um einen Faktor zwei höher sein als der Absolutwert der Amplitude der z-Komponente der Magnetflussdichte an den Spitzen 120_1 und 120_2, was zu einem Absolutwert von 200 µT/A bzw. 100 µT/A führt. Mit anderen Worten zeigt 10, dass die z-Komponente der Magnetflussdichte in der Nähe der Ecke des Schlitzes (oder der Spitze 120_3), der zwischen den zwei Kontakten (oder Anschlussflächen 102_1 und 102_3) liegt, die als Eingang und Ausgang des Stroms 106_1 und 106_3 verwendet werden, maximiert ist. Somit kann eine dritte Hall-Platte 108_3 an der Spitze 120_3 oder neben der Spitze 120_3 platziert werden, wobei eine erste und eine zweite Hall-Platte 108_1 und 108_2 an den Spitzen 120_1 bzw. 120_2 platziert werden können.
• 11A bis 11D zeigen in einer veranschaulichenden Ansicht Intensitätsprofile der z-Komponente des Magnetfeldes 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm und 0,4 mm über dem leitfähigen Element des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors für 146 A, die an eine Anschlussfläche 102_1 oder 102_3 angelegt sind und zwischen zwei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 fließen. Die Spitzenamplitude des Magnetfeldes verschlechtert sich nicht beträchtlich, wenn der Abstand der Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 von 0,1 mm auf 0,2 mm oder sogar auf 0,3 mm über dem Leiter (oder leitfähigen Element) zunimmt, wie in 11A bis 11C gezeigt ist. Deshalb ist es möglich, ein dünnes Isolierungsplättchen beispielsweise zwischen einem Silizium-Halbleiterstück 140 und dem Leiter (oder dem leitfähigen Element oder der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104) zu platzieren. Der Grund für die geringe Abnahme des (Magnet-) Feldes gegenüber dem vertikalen Abstand ist der relativ dicke Leiter (oder das relativ dicke leitfähige Element), der (bzw. das) eine Dicke von 1 mm aufweist, wie oben erwähnt wurde. 11D zeigt ferner das Intensitätsprofil der z-Komponente des Magnetfeldes für 0,4 mm über dem leitfähigen Element.
• Angenommen, dass die Hall-Platten 0,2 mm über dem Leiter sind (z. B. Dicke des Halbleiterstücks von 60 µm + Dicke des Lötmittels von 10 µm + Dicke des Metalls von 2,5 µm + Dicke des Isolierungsplättchens von 115 µm + Dicke des Metalls von 2,5 µm + Dicke des Lötmittels von 10 µm), so beträgt das Magnetfeld etwa -24 mT und +12 mT. Dann beträgt das Signal für jeden Strom 106_1 bis 106_3 etwa 36 mT bei 145 A. Falls der Nullpunktfehler jeder Hall-Sonde 50 µT ist, weisen zwei Hall-Sonden (einen Nullpunktfehler von) Quadratwurzel(2) * 50 µT auf, was 285 mA entspricht. Dies ist 0,034 % von 834 A, was ein Dynamikbereich von 69 dB ist. Das stärkste Feld bei 834 A beträgt etwa 140 mT. Dort beträgt die intrinsische Nicht-Linearität von Hall-Platten aus Silizium etwa (0,14 × 0,14)² = 0,04 % (= µ² * B² = Quadrat des Tangens des Hall-Winkels). Somit ist der Hall-Effekt für diese Feldstärken immer noch ziemlich linear.
• 12 zeigt eine veranschaulichende perspektivische Ansicht der Oberseite eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors 100. Der Stromsensor 100 oder CLMCS-Knoten, der die gemeinsame leitfähige Fläche 104 und die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 aufweist, kann mit einer Formmasse 132 eingehäust sein, wobei die drei Hall-Platten 108_1 bis 108_3 oder eine die drei Hall-Platten 108_1 bis 108_3 aufweisende integrierte Schaltung über drei Signalleitungen 130_1 bis 130_3 kontaktiert werden können bzw. kann. Die drei Signalleitungen 130_1 bis 130_3 können dazu verwendet werden, die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 mit elektrischer Energie zu versorgen. Außerdem können sie zu Kommunikationszwecken und zum Liefern der Sensorsignale verwendet werden. Ferner weist die in 12 gezeigte Formmasse 132 ein Profil auf, das eine Kriechstrecke zwischen Signalleitungen 130_1 bis 130_3 und Stromschiene (oder leitfähigem Element) erhöhen kann.
• 13 zeigt eine veranschaulichende Unteransicht des Ausführungsbeispiels des vollständig eingehäusten Stromsensors 100 der 12. Die Kontakte (oder drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) sind durch die Formmasse 132 getrennt, um die Gefahr von Kurzschlüssen zu verringern, wenn die Kontakte beispielsweise auf eine DCB-Platine gelötet werden. Um einen guten Kontakt zu gewährleisten, können die Kontakte (oder die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) etwa 0,2 mm (oder zwischen 0,05 mm und 0,5 mm oder zwischen 0,1 mm und 0,3 mm) aus der Form(masse) 132 vorstehen.
• 14 zeigt eine veranschaulichende Ansicht des exemplarischen Ausführungsbeispiels des Stromsensors 100 der 12 ohne die Formmasse 132. Der Stromsensor 100 kann ein Silizium-Halbleiterstück 140 aufweisen, das durch ein Isolierungsplättchen 142 von der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 isoliert ist. Die integrierte Schaltung 140 kann die drei Hall-Platten 108_1 bis 108_3 aufweisen, wobei die integrierte Schaltung über die drei Signalleitungen 130_1 bis 130_3 verbunden sein kann.
• Gemäß 14 können alle drei Sensorelemente (oder Hall-Platten 108_1 bis 108_3) auf einem einzelnen Halbleiterstück 140 angebracht sein. Das Isolierungsplättchen 142 kann eine Art elektrische Isolierung wie beispielsweise Glas, Porzellan, Keramik oder eine Art Polyimid wie beispielsweise Kapton sein. Auch ist es möglich, drei diskrete Sensorelemente (oder Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3) beispielsweise in einer speziellen Einhäusung direkt auf einer PCB oder auf einem leitenden Material in einem diskreten Aufbau zu verwenden und anschließend ihre Ausgänge später auf einer gedruckten Schaltungsplatine, in einer µC (microcontroller, Mikrosteuerung), einem DSP, FPGA oder einer anderen Rechenlösung zu kombinieren.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen kann jeder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 eine Sensorleitung 130_1 bis 130_3 aufweisen. Dadurch kann das leitfähige Element geometrisch in einer ersten Ebene angeordnet werden, wobei die Sensorleitungen 130_1 bis 130_3 der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 geometrisch in einer zweiten Ebene angeordnet werden können, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander benachbart und voneinander isoliert sind, wobei die Isolierung dahin gehend angepasst werden kann, eine Durchschlagspannung von zumindest 400 V zu liefern (beispielsweise aufgrund von Materialparametern oder Formen).
• Ferner können sich die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf der Chipunterseite (= der Seite, die näher an dem Isolierungsplättchen 142 liegt) befinden, wodurch sie sich näher bei dem leitfähigen Element befinden. Falls sich alle Schaltungselemente und auch die Anschlusskontaktstellen (oder Signalanschlussstifte) auf der Chipunterseite befinden, dann kann das Isolierungsplättchen 142 auf der Oberseite dünne Leiterbahnen tragen, die die Anschlusskontaktstellen (oder Signalanschlussstifte) kontaktieren und eine Dicke zwischen 1 µm und 10 µm und beispielsweise etwa 5 µm aufweisen. In diesem Fall kann das Isolierungsplättchen 142 zumindest auf einer Seite, wo die dünnen Leiterbahnen herauskommen, über den Chip hinaus vorstehen. Die drei Signalleitungen 130_1 bis 130_3 können anschließend an den Leiterbahnen auf dem Isolierungsplättchen 142 befestigt werden.
• Außerdem kann das Isolierungsplättchen 142 vollständig aus isolierendem Material bestehen. Ferner kann das Isolierungsplättchen 142 ein leitfähiges Trägermaterial aufweisen, auf dem auf einer Seite ein dünner isolierender Film angeordnet sein kann.
• Wenn sich der isolierende Film auf der Oberseite des Isolierungsplättchens 142 befindet, kann der Siliziumchip (oder das Silizium-Halbleiterstück 140) kleiner sein als das Isolierungsplättchen 142 und auf allen Seiten einen Mindestabstand zu der Kante des Isolierungsplättchens 142 aufweisen. Die Erhebung des leitfähigen Elements kann kleiner oder größer sein als das Isolierungsplättchen 142, wobei Letzteres in 14 gezeigt ist.
• Falls sich der isolierende Film alternativ dazu auf der Unterseite des Isolierungsplättchens 142 befindet, kann die Erhebung des leitfähigen Elements ausreichend kleiner sein als das Isolierungsplättchen 142, sodass auf allen Seiten ein Mindestabstand zwischen leitfähigem Element und der Kante des Isolierungsplättchens 142 vorliegen könnte. Der Siliziumchip (oder das Silizium-Halbleiterstück 140) kann kleiner oder größer sein als das Isolierungsplättchen 142, wobei im letzteren Fall durch die Höhe des Profils des leitfähigen Elements gewährleistet sein muss, dass ein vertikaler Abstand zwischen leitfähigem Element und Chip (oder Silizium-Halbleiterstück 140) groß genug sein kann, um eine ausreichend hohe Durchschlagspannung zu erzielen.
• 15 zeigt eine veranschaulichende Draufsicht auf das exemplarische Ausführungsbeispiel des Stromsensors 100 mit dem isolierten Silizium-Halbleiterstück 140. Das Silizium-Halbleiterstück 140 und das Isolierungsplättchen 142 sind transparent, um eine Sicht auf die Magnetfeldsensorelemente (oder Hall-Platten 108_1 bis 108_3) und ihre Lage (oder Anordnung) bezüglich der Schlitze zu liefern. Wie in 15 gezeigt ist, ist jede der drei Hall-Platten 108_1 bis 108 3 zwischen zwei benachbarten Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 oder, mit anderen Worten, an den entsprechenden Spitzen 120_1 bis 120_3 angeordnet.
• 16 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors mit Signalleitungen 130_1 bis 130_3 und vorstehenden Signalanschlussstiften. Signalanschlussstifte, die von der oberen Formoberfläche 132 des Stromsensors 100 vorstehen, sind eventuell leichter herzustellen.
• 17 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines optionalen Ausführungsbeispiels eines vollständig eingehäusten Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3, die von oben zugänglich sind. Falls die Kontakte (oder drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) beispielsweise mittels Ultraschall an eine Bahn auf einem DCB-Modul (DCB = direct copper bond, direkte Kupferbondverbindung) oder an eine große Sammelschiene geschweißt werden sollen, ist es notwendig, dass die Kontakte (oder die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) von oben zugänglich sind, sodass die Schweißdüse eine vertikale Kraft auf dieselben ausüben kann. Eine Einhäusung für diese Option ist in 17 gezeigt. Ferner können die drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 in einem Bereich außerhalb der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 liegen und durch die Formmasse 132 voneinander isoliert sein.
• Ferner kann die Höhe der Einhäusung je nach Isolierungsanforderungen skaliert werden. Auch ist es möglich, dass sich die Signalleitungen 130_1 bis 130_3 in eine vertikale Richtung über der oberen Formoberfläche erstrecken, um eine Durchgangslochvorrichtung zu erhalten. Dann könnte eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB - printed-circuit board) dazu verwendet werden, die elektrische Verbindung zwischen dem CLMCS-KnotenSensor (oder Stromsensor 100) und dem restlichen System, beispielsweise einem Motorsteuerungssystem, herzustellen.
• Im Folgenden wird ein exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Sensorsignalverarbeitung unter Bezugnahme auf 18 beschrieben, wobei der Auswerter des Stromsensors 100 dazu konfiguriert ist, die beschriebene Sensorsignalverarbeitung auszuführen. Selbstverständlich ist die folgende Beschreibung auch auf andere Ausführungsbeispiele des Stromsensors 100 anwendbar.
• Die drei Hall-Platten 108_1 bis 108_3 sind in der folgenden Beschreibung der Sensorsignalverarbeitung mit H1, H2 und H3 bezeichnet, und die Kontakte (oder die Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) sind mit C1, C2 und C3 bezeichnet. Dadurch ist die Hall-Platte H1 zwischen den Kontakten C1 und C2 angeordnet, die Hall-Platte H2 ist zwischen den Kontakten C2 und C3 angeordnet und die Hall-Platte H3 ist zwischen den Kontakten C3 und C1 angeordnet. Streng genommen befindet sich die Hall-Platte H1 über dem Ende des Schlitzes, der zwischen den Kontakten C1 und C2 liegt, und so weiter. Die Ströme 106_1 bis 106_3 sind ebenso bezeichnet, wobei der Strom I1 in den Kontakt C1 fließt, der Strom I2 in den Kontakt C2 fließt und der Strom I3 in den Kontakt C3 fließt.
• Folgendes mag gelten: $$\text{I1}+\text{I2}+\text{I3}=0.$$

  

  $$\text{K11}*\text{I1}+\text{K12}*\text{I2}+\text{K13}*\text{I3}=\text{B1}$$

  

  $$\text{K21}*\text{I1}+\text{K22}*\text{I2}+\text{K23}*\text{I3}=\text{B2}$$

  

  $$\text{K31}*\text{I1}+\text{K32}*\text{I2}+\text{K33}*\text{I3}=\text{B3}$$

  
• Wobei B1, B2 und B3 die Magnetflussdichten (vertikale Komponente bzw. z-Komponente) an den entsprechenden Hall-Platten H1, H2 und H3 in Abwesenheit einer homogenen magnetischen Störung B0 sind und wobei K_i,j (i,j: 1...3) die Koeffizienten einer K-Matrix sind, wobei die K-Matrix eine Kalibrierungsmatrix des Stromsensors 100 sein könnte. Falls eine homogene magnetische Störung B0 vorliegt, könnten die Gleichungen (2), (3) und (4) wie folgt erweitert werden: $$\text{K11}*\text{I1}+\text{K12}*\text{I2}+\text{K13}*\text{I3}+\text{B0}=\text{B1}$$

  

  $$\text{K21}*\text{I1}+\text{K22}*\text{I2}+\text{K23}*\text{I3}+\text{B0}=\text{B2}$$

  

  $$\text{K31}*\text{I1}+\text{K32}*\text{I2}+\text{K§3}*\text{I3}+\text{B0}=\text{B3}$$

  
• Aufgrund der Symmetrie des Systems (oder des Stromsensors 100) weist die K-Matrix eventuell lediglich drei Freiheitsgrade auf: $$\left(\begin{array}{ccc}{\text{K}}_{11}& {\text{K}}_{12}& {\text{K}}_{13}\\ {\text{K}}_{13}& {\text{K}}_{11}& {\text{K}}_{12}\\ {\text{K}}_{12}& {\text{K}}_{13}& {\text{K}}_{11}\end{array}\right)$$

  
• Falls die drei Gleichungen (2), (3) und (4) hinzugefügt werden und die Kirchhoffsche Regel, die gemäß der Gleichung (1) angewendet wird, beachtet wird, folgt daraus: $$\text{B1}+\text{B2}+\text{B3}=\left(\text{K11}+\text{K12}+\text{K13}\right)*\left(\text{I1}+\text{I2}+\text{I3}\right)=0$$

  
• Somit wird die Summe aller B-Felder (bzw. Magnetfelder) null. Wenn ferner Folgendes angenommen wird: I1 = -I2 = 1 und I3 = 0, kann Folgendes gelten: $$\begin{array}{l}\text{B2}=\text{B3}=>\text{B1}+\text{2}*\text{B2}=0=>\text{B1}=-2*\text{B3}=-2*\text{B3}=>\text{B1}=\text{K11}-\text{K12 und B2}=\\ \text{K13}-\text{K11}=>\text{K11}-\text{K12}=-2*\left(\text{K13}-\text{K11}\right)\end{array}$$

  
• Dies kann zu Folgendem führen: $$-\text{K11}-\text{K12}+2*\text{K13}=0$$

  
• Somit kann K11 durch $$2*\text{K13}-\text{K12}$$

  

  ersetzt werden.
• Es gibt viele andere symmetrische Betriebsmodi, jedoch können sie alle zur Gleichung (8) führen.
• Der vollständige Satz von Gleichungen sind die vier Gleichungen (1), (2'), (3') und (4'). Die vier Unbekannten sind die Ströme I1, I2 und I3 und die homogene magnetische Störung B0. Somit gibt es vier Gleichungen für vier Unbekannte. Mit linearer Algebra kann dies wie folgt gelöst werden: $$\text{I1}=\left(\text{B3}-\text{B1}\right)\text{/3/}\left(\text{K12}-\text{K13}\right)$$

  

  $$\text{I2}=\left(\text{B1}-\text{B2}\right)\text{/3/}\left(\text{K12}-\text{K13}\right)$$

  

  $$\text{I3}=\left(\text{B2}-\text{B3}\right)\text{/3/}\left(\text{K12}-\text{K13}\right)$$

  

  $$\text{B0}=\left(\text{B1}+\text{B2}+\text{B3}\right)\text{/}3$$

  
• Somit kann das CLMCS-System (oder der Stromsensor 100) alle drei Ströme I1, I2 und I3 und die magnetische Störung B₀ berechnen. Es bzw. er kann prüfen, ob diese magnetische Störung B₀ zu groß ist, und kann beispielsweise eine Warnung bezüglich einer Notabschaltung des Systems ausgeben.
• Man beachte, dass die Gleichungen (9), (10) und (11) etwas unterschiedlich aussehen können, falls der Leiter (oder das leitfähige Element) nicht vollkommen symmetrisch ist oder falls die Hall-Platten H1, H2 und H3 nicht vollkommen symmetrisch über dem Leiter platziert sind, beispielsweise wie in dem Fall einer Einhäusungs-Fertigungslinie.
• Der CLMCS-Algorithmus (oder Sensorsignalverarbeitungsalgorithmus) kann das Magnetfeld B1 = (h1 - o1) / S1 schätzen, wobei h1 das Hall-Ausgangssignal ist, o1 sein Versatz ist und S1 seine magnetische Empfindlichkeit ist. Ferner sind die magnetischen Empfindlichkeiten der drei Hall-Platten H1, H2 und H3 eventuell nicht exakt gleich, sodass dies zu leicht unterschiedlichen Faktoren bei der Berechnung der Ströme I1, I2 und I3 und der homogenen magnetischen Störung B0 führen kann. Somit kann bei einem realen System Folgendes gelten: $$\text{I1}=\text{L11}*\text{h1}+\text{L12}*\text{h2}+\text{L13}*\text{h3}+\text{L14}$$

  

  $$\text{I2}=\text{L21}*\text{h1}+\text{L22}*\text{h2}+\text{L23}*\text{h3}+\text{L24}$$

  

  $$\text{I3}=\text{L31}*\text{h1}+\text{L32}*\text{h2}+\text{L33}*\text{h3}+\text{L34}$$

  

  $$\text{B0}=\text{L41}*\text{h1}+\text{L42}*\text{h2}+\text{L43}*\text{H3}+\text{L44}$$

  
• Wobei L_i,j (i,j: 1 ... 4) Koeffizienten einer Kalibrierungsmatrix L sind. Die Kalibrierungsmatrix L kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass bei einer Testroutine verschiedene Ströme angelegt und die Hall-Signale ausgelesen werden. Falls alle Arten von Stromverteilungen berücksichtigt werden, können sie als Überlagerung einfacher Ströme zwischen zwei Kontakten (oder Anschlussflächen 102_1 bis 102_3) interpretiert werden. Da das System linear ist, ist eine Überlagerung möglich.
• Allgemein kann der Strom 106_1 bis 106_n, der an jede Anschlussfläche 102_1 bis 102_n angelegt wird, als lineare Kombination der auf alle Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m einwirkenden Magnetfelder ausgedrückt werden.
• 19 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ersatzschaltung 190 des leitfähigen Elements des Stromsensors 100 der 18, wobei die dritte Anschlussfläche an Masse gelegt ist. Die Ersatzschaltung 190 wird im Folgenden zur Berechnung der Verlustleistung verwendet.
• Folgendes kann gelten: $$\text{I0}=2*\text{I1/3}+\text{I2/3}$$

  

  $$\text{U1}=\text{R}*\left(2*\text{I1}+\text{I2}\right)\text{/3}+\text{r}*\left(2*\text{I1}+\text{I2}\right)$$

  

  $$\text{U2}=\text{R}*\left(\text{I1}+2*\text{I2}\right)\text{/3}+\text{r}*\left(\text{I1}+2*\text{I2}\right)$$

  

  $$\text{Ri}=\text{U1/I1}\left(\text{für I2}=0\right)=\text{2}*\left(\text{r}+\text{R/3}\right)$$

  

  $$\text{Pd}=\text{U1}*\text{I}1+\text{U}2*\text{I2}=\text{Ri}*\left({\text{I1}}^2+{\text{I2}}^2+\text{I1}*\text{I2}\right)$$

  
• Wenn I2 = -I1 angenommen wird, folgt $$\text{Pd}=\text{Ri}*\left({\text{I1}}^2+{\text{I2}}^2-{\text{I1}}^2\right)=\text{Ri}*{\text{I1}}^2\text{ q}\text{.e}\text{.d}\text{.}$$

  
• Alternativ dazu kann, wenn I1 = I2 angenommen wird, Folgendes gelten: $$\text{Pd}=\text{Ri}*3*{\text{I1}}^2$$

  
• Wie oben beschrieben wurde, darf das CLMCS (oder der Stromsensor 100) 71 W Verlustleistung aufweisen, was äquivalent dazu ist, dass ein Strom von 834 A von einem Kontakt zu einem anderen Kontakt (oder von der ersten Anschlussfläche 102_1 in die zweite Anschlussfläche 102_2) fließt, während der dritte Kontakt (oder die dritte Anschlussfläche 102_3) floatet. Angenommen, dass gleiche Ströme I1 und I2 in zwei Kontakte (oder Anschlussflächen 102_1 und 102_2) fließen und die Summe derselben aus dem dritten Kontakt (oder der dritten Anschlussfläche 102_3) heraus fließt, so ist der Nennstrom Quadratwurzel(3) mal kleiner, was zu (einem Strom von) 481 A führt.
• Das obige System ist nicht auf planare Hall-Platten beschränkt. Jeder Magnetfeldsensor 108_1 bis 108_3, der bezüglich der z-Komponente des Magnetfeldes empfindlich ist, kann verwendet werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 linear, d. h. ihr Ausgangssignal verdoppelt sich, wenn sich das Magnetfeld verdoppelt. Außerdem ist es möglich, Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 zu verwenden, die lediglich empfindlich bezüglich der in der Ebene liegenden Komponente des Magnetfeldes sind (dies ist die zu der x-y-Ebene parallele Feldkomponente). Die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 könnten dann so angeordnet sein, wie in 2 beschrieben ist.
• 20 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors 100 mit vier Anschlussflächen 102_1 bis 102_4 und vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4. Mit anderen Worten zeigt 20 einen CLMCS-Knoten mit vier Kontakten, wobei der Leiter (oder das leitfähige Element) die Gestalt eines Kleeblattes mit vier Blättern, die durch vier Schlitze voneinander getrennt sind, aufweisen kann und die Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4 über dem Ende jedes Schlitzes positioniert oder platziert sein können. Mit den vier Signalen der vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4 (beispielsweise Hall-Platten) können die vier Ströme 106_1 bis 106_4, die an die entsprechenden Anschlussflächen 102_1 bis 102_4 angelegt sind, berechnet werden. Außerdem kann ein homogenes Hintergrundmagnetfeld berechnet werden. Der in 20 gezeigte Stromsensor 100 kann bei einem Dreiphasen-Leistungsverteilungssystem mit einem neutralen Leiter als vierter Leitung nützlich sein. Zu diesem Zweck könnte die Gestalt des Leiters (oder des leitfähigen Elements) in 20 asymmetrisch gestaltet werden, sodass eine Kontaktfläche (oder Anschlussfläche) kleiner ist als die anderen. Diese eine Kontaktfläche (oder Anschlussfläche) könnte mit neutral verbunden sein. Ferner kann das Halbleiterstück quadratisch sein, wobei die 4 Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4 entweder nahe bei den Ecken des Halbleiterstücks oder nahe bei den Mitten der Kanten des Halbleiterstücks (oder Silizium-Halbleiterstücks 140) positioniert werden könnten. Im ersten Fall beträgt die Halbleiterstückfläche lediglich die Hälfte der Größe der Fläche in dem zweiten Fall für eine gegebene Kleeblattgeometrie.
• Ferner liefern Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Stromsensor 100, der ein leitfähiges Element mit n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n und m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m aufweist, wobei n zumindest drei beträgt und m zumindest zwei beträgt. Jede der n Anschlussflächen 102_1 bis 102_n ist mit einer gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 verbunden, um einen an die jeweilige Anschlussfläche 102_1 bis 102_n angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 zu leiten. Die m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m sind in verschiedenen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 angeordnet, wobei jeder der m Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des Stroms (beispielsweise jedes Stroms), der in die gemeinsame leitfähige Fläche 104 fließt, zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen könnte die Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n gleich der Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m = n) sein, wie bereits oben ausführlich beschrieben wurde.
• Alternativ dazu könnte die Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n eins kleiner sein als die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m (m = n + 1). Dadurch könnte der m-te Magnetfeldsensor 108_m in dem Mittelpunkt der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 platziert werden. Ferner könnte jeder der m - 1 Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m - 1 dazu angeordnet werden, eine Mittellinie zu definieren, wobei die Mittellinien der m - 1 Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m - 1 sich in einem Mittelpunkt schneiden und wobei der m-te Magnetfeldsensor 108_m in dem Mittelpunkt platziert werden könnte. Dadurch könnte der m-te Magnetfeldsensor 108_m dazu angepasst werden, ein Hintergrundmagnetfeld zu erfassen.
• Da die mathematische Summe aller in einen Schaltungsknoten fließenden Ströme 106_1 bis 106_n aufgrund der Kirchhoffschen Regel null wird, ist es möglich, m = n - 1 Magnetfeldsensoren 108_1 und 108_m zu verwenden und den n-ten Strom in einer separaten Verarbeitungsentität zu berechnen. Somit kann die Anzahl m von Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_m eins geringer sein als die Anzahl n von Anschlussflächen 102_1 bis 102_n (m = n - 1).
• 21 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_4. Drei der vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 sind mit einer Symmetrie von 120° symmetrisch auf einem Kreis 110 angeordnet. Mit anderen Worten sind drei der vier Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 an den Spitzen 120_1 bis 120_3 zwischen den drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 angeordnet. Ferner kann der vierte Magnetfeldsensoren 108 4 in dem Mittelpunkt 144 der gemeinsamen leitfähigen Fläche 104 oder in dem Mittelpunkt 144, der durch die Mittellinien 146_1 bis 146_3 der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 definiert ist, angeordnet sein.
• 22 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und zwei Magnetfeldsensoren 108_1 und 108_2. Ein erster Magnetfeldsensor 108_1 könnte an der Spitze 120_3 zwischen der ersten und der dritten Anschlussfläche 102_1 und 102_3 angeordnet sein, wobei ein zweiter Magnetfeldsensor 108_2 an der Spitze 120_2 zwischen der zweiten und der dritten Anschlussfläche 102_2 und 102_3 angeordnet sein könnte.
• 23 zeigt eine Draufsicht auf ein optionales Ausführungsbeispiel eines Stromsensors 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 und drei Magnetfeldsensoren 108_1 und 108_3. Wie gezeigt ist, kann die gemeinsame leitfähige Fläche 104 von drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 umgeben sein. Dadurch kann jede der drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 dahin gehend angeordnet sein, eine Mittellinie 114_1 bis 114_3 zu definieren, wobei die Mittellinien 114_1 bis 114_3 der drei Anschlussflächen 102_1 und 102_3 sich in einem Mittelpunkt 112 schneiden, und wobei jeder der drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 auf der Mittellinie 114_1 bis 114_3 der entsprechenden Anschlussfläche 102_1 bis 102_3 angeordnet ist.
• Alternativ dazu können die drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 an den Schlitzen zwischen den Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 derart angeordnet sein, dass die gemeinsame leitfähige Fläche 104 von den drei Magnetfeldsensoren 108_1 bis 108_3 umgeben ist.
• Eine typische Anwendung des Stromsensors 100 ist die Messung von Strömen, beispielsweise bei Leistungsversorgungen wie Wechselstrom/Gleichstrom-, Wechselstrom/Wechselstrom-, Gleichstrom/Gleichstrom- und Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlern.
• Deshalb schließen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Verwendung eines Stromsensors als Schaltungsknoten zum Erfassen von Strömen, die in den Schaltungsknoten bei einer Leistungsversorgung fließen, ein, wobei der Stromsensor folgende Merkmale aufweist: ein leitfähiges Element mit zumindest drei Anschlussflächen und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche, wobei jede der zumindest drei Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist, um einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; und zumindest zwei Magnetfeldsensoren, die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren dazu angepasst ist, eine Magnetfeldkomponente des (beispielsweise jedes) in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern.
• Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schließen eine Verwendung eines Stromsensors als Schaltungsknoten zum Erfassen von Strömen, die in den Schaltungsknoten bei einer Leistungsversorgung fließen, ein, wobei der Stromsensor folgende Merkmale aufweist: ein leitfähiges Element mit zumindest drei Anschlussflächen und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche, wobei jede der zumindest drei Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist, um einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; und zumindest zwei Magnetfeldsensoren, die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren dazu angepasst ist, eine Magnetfeldkomponente des (beispielsweise jedes) in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern.
• 24 zeigt eine veranschaulichende Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anwendung von zwei Stromsensoren 100_1 und 100_2 bei einer zur Hälfte brückenlosen BLK (Blindleistungsverbesserung, englisch: PFC = power factor correction). Dadurch kann der CLMCS-Knoten (oder Stromsensorknoten 100_1 oder 100_2) in den Knoten eingefügt werden, wobei eine Induktanz L1 oder L2, IGBT Q1 oder Q2 (IGBT = insulated gate bipolar transistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und eine Diode D1 oder D2 jeweils aneinander gebunden sind. Der Stromsensor 100_1 oder 100_2 ermöglicht oder erlaubt ein Messen aller drei Ströme mit einem einzigen Stromsensor 100_1 oder 100_2. Dies verringert Kosten, Raum und Verlustleistung. Ferner kann der Rückwärtsstrom durch die Diode D1 oder D2 und IGBT Q1 oder Q2 gemessen werden.
• In 25A wird der Stromsensor 100 bei einer herkömmlichen Boost-BLK-Konfiguration (Aufwärts-BKL-Konfiguration bzw. Aufwärtswandler-BKL-Konfiguration) als Knoten eingefügt, der einen ersten Induktor L1, eine erste Diode D1 und einen ersten Transistor S1 verbindet. Der Stromsensorknoten kann somit die drei Ströme durch den ersten Induktor L1, die erste Diode D1 und den ersten Transistor S1 gleichzeitig messen.
• In 25B werden drei Stromsensoren 100_1 bis 100_3 bei einer elementaren brückenlosen Boost-BLK-Konfiguration eingefügt. Ein erster Stromsensor 100_1 verbindet als Schaltungsknoten einen ersten oberen Induktor L1a, eine erste Diode D1 und einen ersten Transistor S1. Ein zweiter Stromsensor 100_2 verbindet als Schaltungsknoten einen ersten unteren Induktor L1b, eine zweite Diode D2 und einen zweiten Transistor S2. Ein dritter Stromsensor 100_3 verbindet als Schaltungsknoten die erste Diode D1, die zweite Diode D2 und den Stromsensor 100_2. Dabei kann jeder Stromsensor 100_1 bis 100_3 die drei Ströme durch die verbundenen elektrischen Vorrichtungen gleichzeitig messen.
• 26A und 26B zeigen eine veranschaulichende Ansicht einer Anwendung eines Stromsensors 100 bei einer bürstenlosen Gleichstromerfassung. In 26A wird ein Stromsensor 100 mit drei Anschlussflächen 102_1 bis 102_3 in beispielsweise eine Ersatzschaltung eines bürstenlosen Dreiphasenmotors eingefügt, wobei der Stromsensor 100 als Knoten drei Induktoren 150_1 bis 150_3 verbindet, um die drei Ströme durch die drei Induktoren 150_1 bis 150_3 gleichzeitig zu erfassen. In 26B ist ein Stromsensor 100 mit vier Anschlussflächen 102_1 bis 102_4 in beispielsweise eine Ersatzschaltung eines bürstenlosen Vierphasenmotors eingefügt, wobei der Stromsensor 100 als Knoten vier Induktoren 150_1 bis 150_4 verbindet, um die vier Ströme durch die vier Induktoren 150_1 bis 150_4 gleichzeitig zu erfassen.
• Wie in 26A und 26B gezeigt ist, können nicht nur die Ströme des Knotens gemessen werden, sondern könnte bei einem solchen Sternknoten zusätzlich auch eine Spannungsmessung durchgeführt werden. Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sich auf das Knotenstrommessverfahren als innovativen Schritt konzentrieren, wird davon ausgegangen, dass es offensichtlich ist, dass parallel dazu auch noch weitere Parameter (wie beispielsweise Temperatur, Spannung) unter Verwendung klassischer Prinzipien, jedoch bei demselben Knotensensor 100, erhalten werden könnten.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Messung von Strom und beispielsweise darauf, wie sich der Strom aufteilt, wenn bei einem Schaltungsknoten mehrere Leiter angeschlossen werden. Der Stromsensor ermöglicht ein Messen aller in diesem Schaltungsknoten fließenden Ströme anhand eines Systems eines einzigen Sensors. Somit erfordert der Stromsensor weniger Teile, weist eine verringerte Verlustleistung auf und kann klein und kostengünstig implementiert werden.
• Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein Verfahren zum Messen zumindest dreier Ströme in einem Messknoten, wie in 27 gezeigt ist, wobei der Messknoten zumindest zwei Magnetfeldsensoren aufweist. Bei einem ersten Schritt 200 wird eine Magnetfeldkomponente des in den Messknoten fließenden Stroms mit den zumindest zwei Magnetfeldsensoren erfasst. Bei einem zweiten Schritt 202 wird der Wert des in den Messknoten fließenden Stroms auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ausgewertet.
• Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen auch Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschrieben wurden, eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, Postens oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Manche oder alle Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardware-Vorrichtung, beispielsweise eines Mikroprozessors, eines programmierbaren Computers oder einer elektronischen Schaltung, ausgeführt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann bzw. können einer oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine derartige Vorrichtung ausgeführt werden.
• Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert werden, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Programmcode kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
• Andere Ausführungsbeispiele weisen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren auf, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
• Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind üblicherweise greifbar bzw. nicht vorübergehend (dauerhaft).
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel weist eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder eine programmierbare Logikvorrichtung auf, die dazu konfiguriert oder angepasst sind, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel weist einen Computer auf, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
• Bei manchen Ausführungsbeispielen kann eine programmierbare Logikvorrichtung (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray) dazu verwendet werden, manche oder alle der Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein können die Verfahren durch eine beliebige Hardware-Vorrichtung durchgeführt werden.
• Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass anderen Fachleuten Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten einleuchten werden. Deshalb soll die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die mittels einer Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sein.

Claims (22)

1. Stromsensor (100), der folgende Merkmale aufweist: ein leitfähiges Element mit zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche (104), wobei jede der zumindest drei Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist, um einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; und zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m), die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern wobei die zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) Bestandteil einer integrierten Schaltung (140) sind; und wobei die integrierte Schaltung durch ein Isolierungsplättchen (142) von der gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) isoliert ist.
2. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 1, der ferner einen Auswerter aufweist, der dazu konfiguriert ist, einen Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche (104) fließenden Stroms auf der Basis der Sensorsignale der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) zu bestimmen.
3. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 2, bei dem der Auswerter dazu konfiguriert ist, einen Wert eines Hintergrundmagnetfeldes auf der Basis der Sensorsignale der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) abzuleiten und den Wert jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche (104) fließenden Stroms ferner auf der Basis des Wertes des Hintergrundmagnetfeldes auszuwerten.
4. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der Auswerter einen Ausgang zum Ausgeben des Wertes jedes in die gemeinsame leitfähige Fläche (104) fließenden Stroms aufweist.
5. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jeder in die gemeinsame leitfähige Fläche (104) fließende Strom ein Magnetfeld durch jeden der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) erzeugt.
6. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) auf unterschiedlichen Positionen des leitfähigen Elements angeordnet sind, die einem geometrischen Kreis entsprechen.
7. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) symmetrisch auf unterschiedlichen Positionen des leitfähigen Elements angeordnet sind, die einem geometrischen Kreis entsprechen.
8. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) zwischen zwei benachbarten Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) angeordnet ist.
9. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem jede der zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) dazu angeordnet ist, eine derselben zugeordnete Mittellinie zu definieren, wobei die Mittellinien der zumindest drei Anschlussflächen sich in einem Mittelpunkt schneiden, und bei dem jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) in einem definierten Abstand von dem Mittelpunkt auf der Mittellinie der jeweiligen Anschlussfläche angeordnet ist.
10. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 9, bei dem jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) in einem gleichen Abstand von dem Mittelpunkt auf der Mittellinie der jeweiligen Anschlussfläche (102_1 bis 102_n) angeordnet ist.
11. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) diskrete Sensoren sind.
12. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) in einem Bereich außerhalb der gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) durch ein isolierendes Material voneinander isoliert sind.
13. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das leitfähige Element ein kreisförmiger flächiger Leiter mit zumindest drei ausgeschnittenen Schlitzen, um die zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) zu bilden, ist.
14. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) entlang eines geometrischen Kreises symmetrisch angeordnet sind.
15. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die gemeinsame leitfähige Fläche (104) in einer Draufsicht von den zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) umgeben ist.
16. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das leitfähige Element ein homogenes elektrisch leitendes Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von zumindest 3 * 10 ^∧ 7 S/m aufweist.
17. Stromsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem jeder der zumindest zwei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) eine Sensorleitung (130_1 bis 130_3) aufweist und bei dem das leitfähige Element geometrisch in einer ersten Ebene angeordnet ist, wobei die Sensorleitungen der zumindest zwei Magnetfeldsensoren geometrisch in einer zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene zueinander benachbart und voneinander isoliert sind, wobei die Isolierung dazu angepasst ist, eine Durchschlagspannung von zumindest 400 V zu liefern.
18. Stromsensor (100), der folgende Merkmale aufweist: ein flächiges leitfähiges Element mit zumindest drei ausgeschnittenen Schlitzen, um zumindest drei Anschlussflächen (102_1 bis 102_n) zu bilden, die außerhalb einer gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) voneinander isoliert sind und von denen jede dazu konfiguriert ist, einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; und zumindest drei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m), die auf einem Kreis in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der zumindest drei Magnetfeldsensoren dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern; wobei die zumindest drei Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) Bestandteil einer integrierten Schaltung (140) sind; und wobei die integrierte Schaltung durch ein Isolierungsplättchen (142) von der gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) isoliert ist.
19. Stromsensor (100), der folgende Merkmale aufweist: ein leitfähiges Element mit n Anschlussflächen (102_1 bis 102_n), wobei n zumindest drei beträgt, und einer gemeinsamen leitfähigen Fläche (104), wobei jede der n Anschlussflächen mit der gemeinsamen leitfähigen Fläche verbunden ist und dazu konfiguriert ist, einen an die jeweilige Anschlussfläche angelegten Strom in die gemeinsame leitfähige Fläche zu leiten; und m Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m), wobei m zumindest zwei beträgt, die in unterschiedlichen geometrischen Positionen neben der gemeinsamen leitfähigen Fläche angeordnet sind, wobei jeder der m Magnetfeldsensoren dazu konfiguriert ist, eine Magnetfeldkomponente des in die gemeinsame leitfähige Fläche fließenden Stroms zu erfassen, um auf der Basis der erfassten Magnetfeldkomponente ein Sensorsignal zu liefern; wobei die m Magnetfeldsensoren (108_1 bis 108_m) Bestandteil einer integrierten Schaltung (140) sind; und wobei die integrierte Schaltung durch ein Isolierungsplättchen (142) von der gemeinsamen leitfähigen Fläche (104) isoliert ist.
20. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 21, bei dem m = n.
21. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 21, bei dem m = n - 1.
22. Stromsensor (100) gemäß Anspruch 21, bei dem m = n + 1.

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