DE202016100116U1

DE202016100116U1 - Stromsensor-Positionierungsfehlerkorrektur unter Anwendung von Hall-Hilfselementen

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Publication number: DE202016100116U1
Application number: DE202016100116.1U
Authority: DE
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-01-15
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2026-01-14
Also published as: US20160209479A1; US10684331B2; US20180143268A1; US9880234B2

Abstract

Magnetfeldbasierter Stromsensor, umfassend:
ein erstes primäres Hall-Element zum Erfassen eines ersten Magnetfeldwerts,
wobei der erste Magnetfeldwert einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt;
ein zweites primäres Hall-Element zum Erfassen eines zweiten Magnetfeldwerts,
wobei der zweite Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und
wobei das zweite primäre Hall-Element entlang einer Achse in einem ersten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist,
wobei die Achse in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom verläuft, der durch die Stromschiene fließt; und
ein Hall-Hilfselement zum Erfassen eines dritten Magnetfeldwerts,
wobei das Hall-Hilfselement entlang der Achse in einem zweiten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist,
wobei der zweite Abstand geringer ist als der erste Abstand, sodass das Hall-Hilfselement entlang der Achse und zwischen dem ersten primären Hall-Element und dem zweiten primären Hall-Element positioniert ist, und
wobei der erste Magnetfeldwert, der zweite Magnetfeldwert und der dritte Magnetfeldwert verwendet werden, um eine Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.

Description

Hintergrund
Ein magnetfeldbasierter Stromsensor (im Folgenden als magnetischer Stromsensor bezeichnet) kann eine Strommenge basierend auf einem Erfassen eines Magnetfelds, das vom Strom erzeugt wird, und basierend auf der Tatsache, dass das erzeugte Magnetfeld proportional zur Strommenge ist, bestimmen. Da keine galvanische Kopplung erforderlich ist, ist eine Spannungsisolierung zwischen einer Niedrigspannungssignal-Verarbeitungsschaltung und einer Hochspannungsstromschiene bis zu mehreren Kilovolt möglich. Es ist eine Aufgabe, verbesserte magnetfeldbasierte Stromsensoren bereitzustellen, bei denen vorzugsweise eine Positionierung erleichtert ist und/oder Ungenauigkeiten durch Positionierung ausgeglichen werden können.
Zusammenfassung
Es wird ein magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 1 oder 8 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein magnetischer Stromsensor umfassen: ein erstes primäres Hall-Element zum Erfassen eines ersten Magnetfeldwerts, wobei der erste Magnetfeldwert einem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt; ein zweites primäres Hall-Element zum Erfassen eines zweiten Magnetfeldwerts, wobei der zweite Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das von dem Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und wobei das zweite primäre Hall-Element entlang einer Achse in einem ersten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert sein kann, wobei die Achse in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom verlaufen kann, der durch die Stromschiene fließt; und ein Hall-Hilfselement zum Erfassen eines dritten Magnetfeldwerts, wobei das Hall-Hilfselement entlang einer Achse in einem zweiten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert sein kann, wobei der zweite Abstand geringer sein kann als der erste Abstand, sodass das Hall-Hilfselement entlang der Achse und zwischen dem ersten primären Hall-Element und dem zweiten primären Hall-Element positioniert ist, und wobei der erste Magnetfeldwert, der zweite Magnetfeldwert und der dritte Magnetfeldwert verwendet werden können, um eine Strommenge zu bestimmen, die dem durch die Stromschiene fließenden Strom zugeordnet ist.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein magnetischer Stromsensor umfassen: ein erstes primäres Hall-Element zum Erfassen eines ersten Magnetfeldwerts, wobei der erste Magnetfeldwert einem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt; ein zweites primäres Hall-Element zum Erfassen eines zweiten Magnetfeldwerts, wobei der zweite Magnetfeldwert mit dem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und wobei das zweite primäre Hall-Element entlang einer Achse in einem ersten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert sein kann, wobei die Achse in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom verlaufen kann, der durch die Stromschiene fließt; ein erstes Hall-Hilfselement zum Erfassen eines dritten Magnetfeldwerts, wobei der dritte Magnetfeldwert mit dem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das erste Hall-Hilfselement in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Richtung des Stroms angrenzend an das erste primäre Hall-Element positioniert sein kann; und ein zweites Hall-Hilfselement zum Erfassen eines vierten Magnetfeldwerts, wobei der vierte Magnetfeldwert mit dem Magnetfeld zugeordnet sein kann, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das zweite Hall-Hilfselement entlang einer Achse in einem zweiten Abstand vom ersten Hall-Hilfselement im Wesentlichen orthogonal zum Strom positioniert sein kann, der durch die Stromschiene fließt, und wobei der erste Magnetfeldwert, der zweite Magnetfeldwert, der dritte Magnetfeldwert und der vierte Magnetfeldwert verwendet werden können, um eine Strommenge zu bestimmen, die mit dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Verfahren umfassen: Erfassen, durch ein erstes Hall-Element, das in einem Stromsensor enthalten ist, eines ersten Magnetfeldwerts, der mit einem Magnetfeld zugeordnet wird, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt; Erfassen, durch ein zweites Hall-Element, das im Stromsensor enthalten ist, eines zweiten Magnetfeldwerts, der mit dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das zweite Hall-Element auf einer Achse und in einem ersten Abstand vom ersten Hall-Element positioniert sein kann, wobei die Achse im Wesentlichen orthogonal zum Strom und im Wesentlichen parallel zu einer Fläche der Stromschiene verlaufen kann; Erfassen, durch ein drittes Hall-Element, das im Stromsensor enthalten ist, eines dritten Magnetfeldwerts, der mit dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das dritte Hall-Element auf einer Achse und in einem zweiten Abstand vom ersten Hall-Element positioniert sein kann, wobei der zweite Abstand geringer sein kann als der erste Abstand, sodass das dritte Hall-Element auf der Achse und zwischen dem ersten Hall-Element und dem zweiten Hall-Element positioniert sein kann; Erfassen, durch ein viertes Hall-Element, das im Stromsensor enthalten ist, eines vierten Magnetfeldwerts, der mit dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das vierte Hall-Element in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Richtung des Stroms angrenzend an das erste Hall-Element positioniert sein kann; Erfassen, durch ein fünftes Hall-Element, das im Stromsensor enthalten ist, eines fünften Magnetfeldwerts, der mit dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das fünfte Hall-Element auf der Achse und in einem dritten Abstand vom vierten Hall-Element in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom, der durch die die Stromschiene fließt, positioniert sein kann; Ableiten, durch den Stromsensor, eines Differenz-Hallsignals basierend auf dem ersten Magnetfeldwert und dem zweiten Magnetfeldwert; Ableiten, durch den Stromsensor, eines ersten Hall-Hilfssignals basierend auf dem dritten Magnetfeldwert; Ableiten, durch den Stromsensor, eines zweiten Hall-Hilfssignals basierend auf dem vierten Magnetfeldwert und dem fünften Magnetfeldwert; Bestimmen, durch den Stromsensor, eines korrigierten Differenz-Hallsignals basierend auf dem Differenz-Hallsignal, dem ersten Hall-Hilfssignal und dem zweiten Hall-Hilfssignal; und Bestimmen, durch den Stromsensor, einer Strommenge, die mit dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt, basierend auf dem korrigierten Differenz-Hallsignal.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A–1D sind Darstellungen eines Überblicks über eine beispielhafte Implementierung, die hierin beschrieben ist;
2 ist eine Darstellung einer beispielhaften Umgebung, in der die hierin beschriebenen Geräte implementiert sein können;
3 ist eine Darstellung von beispielhaften Komponenten eines magnetischen Stromsensors, die in der beispielhaften Umgebung aus 2 enthalten sind;
4A–4C sind Darstellungen von beispielhaften Komponenten einer Differenz-Hallkomponente, die im beispielhaften magnetischen Stromsensor aus 3 enthalten sind;
5 ist eine Darstellung, die einen beispielhaften Querschnitt einer externen Stromschiene in Bezug auf ein vertikales Magnetfeld und ein horizontales Magnetfeld zeigt;
6 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel dafür zeigt, wie ein vertikales Magnetfeld und ein horizontales Magnetfeld in Bezug auf eine x-Koordinate orthogonal zum Strom, der durch eine externe Stromschiene fließt, variieren;
7 und 8 sind Darstellungen, die ein Beispiel für eine Abhängigkeit eines Differenzmagnetfelds, das an einem Satz von primären Hall-Elementen erfasst wird, in Bezug auf einen horizontalen Positionierungsfehler zeigen;
9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein kompensiertes Differenzmagnetfeld in Bezug auf einen horizontalen Positionierungsfehler in Verbindung mit einer symmetrischen externen Stromschiene zeigt;
10 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler für eine symmetrische externe Stromschiene;
11 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein kompensiertes Differenzmagnetfeld in Bezug auf horizontale Positionierungstoleranz in Verbindung mit einer asymmetrischen Stromschiene zeigt;
12 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler und einen kompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler für eine asymmetrische externe Stromschiene;
13 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein kompensiertes vertikales Differenzmagnetfeld in Bezug auf eine Hintergrundfeldkorrektur;
14 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler und einen kompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf eine Hintergrundfeldkorrektur;
15 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Abhängigkeit eines vertikalen Differenzmagnetfelds, das an einem Satz von primären Hall-Elementen erfasst wird, in Bezug auf einen vertikalen Positionierungsfehler zeigt;
16 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein kombiniertes Magnetfeld, das basierend auf einem vertikalen Differenzmagnetfeld und einem horizontalen Magnetfeld, das unabhängig von einem vertikalen Positionierungsfehler ist, bestimmt wird;
17A und 17B sind Blockdiagramme, die eine beispielhafte Schaltung zeigen, die mit einem Kombinieren eines vertikalen Differenz-Hallsignals und eines horizontalen Hall-Hilfssignals zugeordnet ist, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren; und
18A und 18B sind Flussdiagramme eines beispielhaften Prozesses zum Bestimmen einer Strommenge, die mit einem Strom zugeordnet ist, der durch eine Stromschiene fließt, unter Verwendung eines Differenz-Hallsignals, das korrigiert wurde, um einen horizontalen Positionierungsfehler und einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, der mit einem Anbringen eines Stromsensors an die Stromschiene zugeordnet ist.
Ausführliche Beschreibung
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung von beispielhaften Implementierungen nimmt auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug. Die gleichen Bezugszahlen in unterschiedlichen Zeichnungen können gleiche oder ähnliche Elemente identifizieren.
Ein auf Differenz-Hall basierender magnetischer Stromsensor kann eine externe Stromschiene (z. B. eine Leiterbahn auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB), an welcher oder angrenzend an welche der magnetische Stromsensor angebracht oder positioniert ist usw.) verwenden, um eine Strommenge zu bestimmen, die durch die Stromschiene fließt. Der magnetische Stromsensor kann so in Bezug auf die Stromschiene und an dieser angebracht (z. B. aufgelötet) positioniert sein, dass zwei primäre Hall-Elemente (z. B. laterale Hall-Elemente, die im magnetischen Stromsensor enthalten sind) in Bezug auf entgegengesetzte Seiten der Stromschiene positioniert sind (z. B. entgegengesetzte Seite vom Zentrum einer symmetrischen Stromschiene aus). Die primären Hall-Elemente können entgegengesetzte vertikale Magnetfeldwerte (z. B. mit einem Magnetfeld zugeordnet, das vom Strom erzeugt wird, wenn der Strom durch die Stromschiene fließt) an den entgegengesetzten Seiten der Stromschiene erfassen und die Strommenge, die durch die Stromschiene fließt, basierend auf einem vertikalen Differenz-Hallsignal bestimmen, das von den erfassten vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist. Das vertikale Differenz-Hallsignal, das von den vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist, kann jedoch empfindlich gegenüber der Platzierung des magnetischen Stromsensors auf der Stromschiene sein.
Wenn beispielsweise der magnetische Stromsensor so positioniert ist, dass die primären Hall-Elemente horizontal nicht im gleichen Abstand (z. B. in einer X-Richtung auf der Fläche der Stromschiene und im Wesentlichen orthogonal zur Richtung des Stroms) vom Zentrum einer symmetrischen Stromschiene entfernt liegen, dann kann das abgeleitete vertikale Differenz-Hallsignal so beeinflusst werden, dass der magnetische Stromsensor die Strommenge, die durch die Stromschiene fließt, gegebenenfalls ungenau bestimmt. Solch ein Positionierungsfehler kann als horizontaler Positionierungsfehler bezeichnet werden. In manchen Fällen kann ein Zusammenbauprozess, der mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist, eine horizontale Positionierungstoleranz (z. B. ±100 Mikrometer (µm), ±200 µm usw.) in der x-Richtung ermöglichen.
Als weiteres Beispiel kann, wenn der magnetische Stromsensor so positioniert ist, dass die primären Hall-Elemente vertikal nicht in einem bekannten Abstand von der Stromschiene getrennt sind (z. B. in eine z-Richtung weg von der Stromschiene und im Wesentlichen orthogonal zur Fläche der Stromschiene), das abgeleitete vertikale Differenz-Hallsignal ebenfalls so beeinflusst werden, dass der magnetische Stromsensor die Strommenge, die durch die Stromschiene fließt, ungenau bestimmt. Solch ein Positionierungsfehler kann als vertikaler Positionierungsfehler bezeichnet werden. In manchen Fällen kann ein Zusammenbauprozess, der mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist, eine vertikale Positionierungstoleranz (z. B. ±65 µm usw.) in der z-Richtung ermöglichen. Außerdem kann ein vertikaler Positionierungsfehler eingebracht werden, nachdem der Stromsensor an der Stromschiene angebracht wurde (z. B. aufgrund von Quellung).
Eine Technik, die zur Korrektur des vertikalen Differenz-Hallsignals verwendet werden kann, ist die Implementierung einer End-of-Line-(EOL-)Kalibrierung, nachdem der magnetische Stromsensor (fix) in Bezug auf die Stromschiene platziert wurde. Eine EOL-Kalibrierung kann Einprägen eines bekannten Stroms durch die Stromschiene in beide Richtungen (z. B. um mögliche Sensor-Offseteffekte zu kompensieren) und Berechnen eines Verstärkungskorrekturfaktors als Verhältnis zwischen einem gewünschten vertikalen Differenz-Hallsignal (z. B. basierend auf dem bekannten Strom bekannt) und einem tatsächlichen vertikalen Differenz-Hallsignal (z. B. durch den magnetischen Stromsensor abgeleitet) umfassen. Der Verstärkungskorrekturfaktor kann dann verwendet werden, um eine Kompensationskonstante einzustellen (die z. B. in einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) im magnetischen Stromsensor auf einer Mikrosteuerung gespeichert ist, die konfiguriert ist, um das Differenz-Hallsignal zu verarbeiten usw.), und die Kompensationskonstante kann während der Anwendung automatisch und kontinuierlich auf das abgeleitete vertikale Differenz-Hallsignal angewandt werden, um den Differenz-Hallsignalfehler (z. B. aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers oder aufgrund eines vertikalen Positionierungsfehlers) zu kompensieren, der ansonsten auftreten kann. Implementieren eines solchen EOL-Kalibrierungsprozesses kann jedoch verschiedene Kosten in Verbindung mit dem magnetischen Stromsensor erhöhen (z. B. zusätzliche Testdauer, zusätzliche Gerätekosten, erhöhte Produktionskomplexität usw.). Darüber hinaus kann eine EOL-Kalibrierung in Bezug auf eine Korrektur eines vertikalen Positionierungsfehlers ineffektiv sein, der zu einem späteren Zeitpunkt eingebracht wird (z. B. aufgrund von Ausbauchungen, nachdem der Stromsensor eingebaut wurde).
Hierin beschriebene Implementierungen können einen magnetischen Stromsensor bereitstellen, der ein oder mehrere Hall-Hilfselemente (z. B. laterale Hall-Elemente und/oder vertikale Hall-Elemente) umfasst, die in Bezug auf zwei primäre Hall-Elemente positioniert sind, die Magnetfeldwerte erfassen können, welche mit einem Magnetfeld zugeordnet sind, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt. Informationen in Verbindung mit den Magnetfeldwerten, die von dem einen oder den mehreren Hall-Hilfselementen erfasst werden, können dann verwendet werden, um einen Differenz-Hallsignalfehler zu korrigieren, der aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers und/oder eines vertikalen Positionierungsfehlers, der mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist, auftreten kann.
1A–1D sind Darstellungen einer beispielhaften Implementierung 100, die hierin beschrieben ist. Zum Zwecke der beispielhaften Implementierung 100 wird davon ausgegangen, dass ein magnetischen Stromsensor an einer Position in Bezug auf eine symmetrische Stromschiene (z. B. eine Stromschiene mit einer konstanten Breite in einer Richtung orthogonal zum Strom) angebracht ist, die extern vom magnetischen Stromsensor ist und eine Breite w aufweist. Ferner wird davon ausgegangen, dass der magnetische Stromsensor ein Paar von primären Hall-Elementen (z. B. laterale Hall-Elemente) aufweist, die durch einen bestimmten horizontalen Abstand voneinander getrennt sind (z. B. d_T).
Wie in 1A dargestellt kann der magnetische Stromsensor an einer Position in Bezug auf die Stromschiene so positioniert sein, dass der Mittelpunkt der Stromschiene (z. B. w-Mittelpunkt) nicht mit dem Mittelpunkt des Abstands zwischen dem Paar von primären Hall-Elementen (z. B. d_T-Mittelpunkt) ausgerichtet ist, aber innerhalb einer horizontalen Positionierungstoleranz liegt, die mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist. Wie dargestellt kann der magnetische Stromsensor so positioniert sein, dass der w-Mittelpunkt und der d_T-Mittelpunkt durch einen bestimmten horizontalen Abstand (z. B. ∆x) voneinander getrennt sind.
Wie ferner dargestellt können während des Betriebs die primären Hall-Elemente entgegengesetzte vertikale Magnetfeldwerte erfassen (z. B. Magnetfeld B_Z1 und Magnetfeld B_Z2), wenn ein unbekannter Strom durch die Stromschiene fließt. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor ein vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf den Magnetfeldwerten ableiten, die von den primären Hall-Elementen erfasst werden, und kann eine Strommenge basierend auf dem abgeleiteten vertikalen Differenz-Hallsignal bestimmen. Da jedoch der d_T-Mittelpunkt und der w-Mittelpunkt um ∆x getrennt sind und da keine Korrektur vorgenommen wurde, um das vertikale Differenz-Hallsignal einzustellen, um ∆x zu kompensieren, kann die Strommenge, die vom magnetischen Stromsensor bestimmt wird, ungenau sein. Um dieses Problem ohne Implementierung von EOL-Kalibrierung zu lösen, kann ein laterales Hall-Hilfselement (z. B. ein zusätzliches Hall-Element, das mit Messen eines vertikalen Magnetfelds zugeordnet ist) in den magnetischen Stromsensor inkludiert werden.
Wie in 1B dargestellt wird davon ausgegangen, dass anstelle der Aufnahme von nur zwei primären Hall-Elementen, die in einem bestimmten Abstand d_T voneinander getrennt sind, der magnetische Stromsensor ein laterales Hall-Hilfselement umfasst (z. B. ein Hall-Hilfselement, das konfiguriert ist, um ein vertikales Magnetfeld abzufühlen), das zwischen den zwei primären Hall-Elementen positioniert ist. Wie dargestellt kann das laterale Hall-Hilfselement so positioniert sein, dass das laterale Hall-Hilfselement am d_T-Mittelpunkt liegt (d.h. das laterale Hall-Hilfselement kann auf halbem Wege zwischen den zwei primären Hall-Elementen liegen). In einigen Implementierungen kann das laterale Hall-Hilfselement an einer Position zwischen den zwei primären Hall-Elementen positioniert sein (d.h. das laterale Hall-Hilfselement kann an einer anderen Position zwischen den primären Hall-Elementen positioniert sein als dem d_T-Mittelpunkt).
Wie ferner dargestellt können die primären Hall-Elemente während des Betriebs entgegengesetzte vertikale Magnetfeldwerte erfassen (z. B. Magnetfeld B_Z1 und Magnetfeld B_Z2), wenn ein unbekannter Strom durch die Stromschiene fließt, und das laterale Hall-Hilfselement kann einen weiteren vertikalen Magnetfeldwert (z. B. Magnetfeld B_ZC) am d_T-Mittelpunkt erfassen. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor ein vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf den vertikalen Magnetfeldwerten ableiten, die von den primären Hall-Elementen erfasst werden, und kann ein vertikales Hall-Hilfssignal basierend auf dem vertikalen Magnetfeldwert ableiten, der vom lateralen Hall-Hilfselement erfasst wird. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor dann ein korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal und dem vertikalen Hall-Hilfssignal (z. B. ohne EOL-Kalibrierung) bestimmen und kann demgemäß die Strommenge bestimmen.
Auf diese Weise kann ein magnetischer Stromsensor ein laterales Hall-Hilfselement umfassen, das zwischen zwei primären Hall-Elementen positioniert ist. Das laterale Hall-Hilfselement kann an einer Position zwischen den zwei primären Hall-Elementen einen vertikalen Magnetfeldwert erfassen, der mit einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt. Der vertikale Magnetfeldwert, der vom lateralen Hall-Hilfselement erfasst wird, kann dann zur Korrektur eines vertikalen Differenz-Hallsignalfehlers verwendet werden, der aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers auftritt, der mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist.
Zum Zwecke von 1C wird erneut davon ausgegangen, dass der magnetische Stromsensor an einer Position in Bezug auf eine symmetrische Stromschiene angebracht wird, die extern vom magnetischen Stromsensor ist und eine Breite w aufweist. Ferner wird davon ausgegangen, dass der magnetische Stromsensor ein Paar von primären Hall-Elementen umfasst, die von einer Fläche der Stromschiene durch einen bestimmten vertikalen Abstand voneinander getrennt sind (z. B. z_T).
Wie in 1C dargestellt kann der magnetische Stromsensor vertikal an einer Position in Bezug auf die Stromschiene so positioniert sein, dass das Paar von primären Hall-Elementen von einer Fläche der Stromschiene um z_T getrennt ist. Wie dargestellt kann z_T jedoch einen bekannten vertikalen Abstand, der mit der Geometrie des magnetischen Stromsensors zugeordnet ist (z. B. z₀), und einen unbekannten vertikalen Abstand, der mit einem vertikalen Positionierungsfehler zugeordnet ist (z. B. ∆z), umfassen.
Wie ferner dargestellt können die primären Hall-Elemente während des Betriebs entgegengesetzte vertikale Magnetfeldwerte (z. B. Magnetfeld B_Z1 und Magnetfeld B_Z2) erfassen, wenn ein unbekannter Strom durch die Stromschiene fließt. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor ein vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf den Magnetfeldwerten ableiten, die von den primären Hall-Elementen erfasst werden, und kann eine Strommenge basierend auf dem abgeleiteten vertikalen Differenz-Hallsignal bestimmen. Da z_T jedoch nicht gleich z₀ ist (z. B. aufgrund des vertikalen ∆z-Positionierungsfehlers) und da keine Korrektur vorgenommen wurde, um das abgeleitete vertikale Differenz-Hallsignal anzupassen, um ∆z zu kompensieren, kann die Strommenge, die vom magnetischen Stromsensor bestimmt wird, ungenau sein. Um dieses Problem ohne Implementierung von EOL-Kalibrierung zu lösen, kann ein Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen (z. B. ein Satz von Hall-Elementen, die mit einer Messung eines horizontalen Magnetfelds zugeordnet ist) im magnetischen Stromsensor enthalten sein.
Wie in 1D dargestellt wird davon ausgegangen, dass anstelle der Aufnahme von nur zwei primären Hall-Elementen der magnetische Stromsensor einen Satz von drei vertikalen Hall-Hilfselementen umfasset (z. B. einen Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen, die konfiguriert sind, um ein horizontales Magnetfeld abzufühlen). Wie dargestellt kann der Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen so positioniert sein, dass ein erstes vertikales Hall-Hilfselement und ein zweites vertikales Hall-Hilfselement an die zwei primären Hall-Elemente angrenzen (z. B. in einer y-Richtung entlang der Stromschiene), und so, dass ein drittes vertikales Hall-Hilfselement zwischen dem ersten vertikalen Hall-Hilfselement und dem zweiten vertikalen Hall-Hilfselement angeordnet ist (z. B. am d_T-Mittelpunkt). In einigen Implementierungen können die vertikalen Hall-Hilfselemente auf andere Weise positioniert sein (z. B. damit das dritte vertikale Hall-Hilfselement nicht am d_T-Mittelpunkt zwischen dem ersten vertikale Hall-Hilfselement und dem zweiten vertikalen Hall-Hilfselement liegt). In einigen Implementierungen kann das zweite vertikale Hall-Hilfselement optional sein, wie nachstehend genauer beschrieben ist.
Wie ferner dargestellt können die primären Hall-Elemente während des Betriebs entgegengesetzte vertikale Magnetfeldwerte erfassen (z. B. Magnetfeld B_Z1 und Magnetfeld B_Z2), wenn ein unbekannter Strom durch die Stromschiene fließt, und das erste vertikale Hall-Hilfselement, das zweite vertikale Hall-Hilfselement und das dritte vertikale Hall-Hilfselement können einen ersten horizontalen Magnetfeldwert (z. B. Magnetfeld B_X1), einen zweiten horizontalen Magnetfeldwert (z. B. Magnetfeld B_X2) bzw. einen dritten horizontalen Magnetfeldwert (z. B. Magnetfeld B_XC) erfassen. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor ein vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf den vertikalen Magnetfeldwerten ableiten, die von den primären Hall-Elementen erfasst werden, und kann ein horizontales Hall-Hilfssignal basierend auf den horizontalen Magnetfeldwerten ableiten, die von dem Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen erfasst werden. Wie ferner dargestellt kann der magnetische Stromsensor dann ein korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal und dem horizontalen Hall-Hilfssignal bestimmen (z. B. ohne EOL-Kalibrierung) und kann demgemäß die Strommenge bestimmen.
Auf diese Weise kann ein magnetischer Stromsensor einen Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen umfassen, die in Bezug auf zwei primäre Hall-Elemente positioniert sind. Der Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen kann einen Satz von horizontalen Magnetfeldwerten erfassen, die mit einem Magnetfeld zugeordnet sind, das von einem durch eine Stromschiene fließenden Strom erzeugt wird. Der Satz von horizontalen Magnetfeldwerten, die vom Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen erfasst werden, kann dann verwendet werden, um einen vertikalen Differenz-Hallsignalfehler zu korrigieren, der aufgrund eines vertikalen Positionierungsfehlers auftritt, der mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist.
In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor das laterale Hall-Hilfselement und den Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen wie nachstehend beschrieben enthalten. Auf diese Weise kann der magnetische Stromsensor in der Lage sein, sowohl einen horizontalen Positionierungsfehler als auch einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, die mit einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an der Stromschiene zugeordnet sind.
2 ist eine Darstellung einer beispielhaften Umgebung 200, in der die hierin beschriebenen Geräte implementiert sein können. Wie in 2 dargestellt kann Umgebung 200 eine externe Stromschiene 210, eine galvanische Isolierungskomponente 220 und einen magnetischen Stromsensor 230 umfassen.
Eine externe Stromschiene 210 kann eine elektrisch leitende Bahn zwischen zwei oder mehr elektronischen Komponenten umfassen. Beispielsweise kann die externe Stromschiene 210 eine Leiterbahn auf einer PCB umfassen, die zwei Komponenten einer elektrischen Schaltung verbindet. In einigen Implementierungen kann ein Strom durch die externe Stromschiene 210 fließen (z. B. von einer elektrischen Komponente zu einer anderen elektrischen Komponente, von einer Stromquelle zu einer elektrischen Komponente usw.).
Eine galvanische Isolierungskomponente 220 kann eine Komponente umfassen, die einen magnetischen Stromsensor 230 von der externen Stromschiene 210 isoliert, sodass Strom, der durch die externe Stromschiene 210 fließt, nicht in den magnetischen Stromsensor 230 fließen kann. In einigen Implementierungen kann die galvanische Isolierung 220 (z. B. zwischen der externen Stromschiene 210 und dem magnetischen Stromsensor 230) platziert sein, sodass der magnetische Stromsensor 230 in der Lage ist, ein Magnetfeld abzufühlen, dass vom Strom erzeugt wird, der durch die externe Stromschiene 210 fließt.
Der magnetische Stromsensor 230 kann einen Sensor umfassen, der ausgelegt ist, um eine Strommenge zu bestimmen, die durch die externe Stromschiene 210 fließt. Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 die Strommenge, die durch die externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf einem Erfassen eines Magnetfelds bestimmen, das vom Strom erzeugt wird. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 so positioniert sein, dass der magnetische Stromsensor 230 von der externen Stromschiene 210 durch eine galvanische Isolationskomponente 220 getrennt ist. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 eine Differenz-Hallkomponente (z. B. einschließlich eines Paars von primären Hall-Elementen, eines lateralen Hall-Hilfselements und/oder eines Satzes von vertikalen Hall-Hilfselementen), die mit einem Erfassen des vom Strom erzeugten Magnetfelds zugeordnet ist, sowie eine oder mehrere andere Komponenten umfassen. Weitere Details bezüglich des magnetischen Stromsensors 230 sind nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 in einem Gehäuse untergebracht sein, das einen Halbleiterchip umfasst.
Die Anzahl und Anordnung von Geräten, die in 2 dargestellt sind, sind als Beispiele angeführt. In der Praxis kann es zusätzliche Geräte, weniger Geräte, andere Geräte oder anders angeordnete Geräte geben als in 2 dargestellt. Darüber hinaus können zwei oder mehr in 2 dargestellte Geräte innerhalb eines einzelnen Geräts implementiert sein, oder ein einzelnes Gerät, das in 2 dargestellt ist, kann als mehrere, verteilte Geräte implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Satz von Geräten (z. B. ein oder mehrere Geräte) von Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als von einem anderen Satz von Geräten von Umgebung 200 ausgeführt beschrieben sind.
3 ist eine Darstellung von beispielhaften Komponenten eines magnetischen Stromsensors 230, der in der beispielhaften Umgebung 200 aus 2 enthalten ist. Wie dargestellt kann der magnetische Stromsensor 230 eine Differenz-Hallkomponente 310, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 320, einen Digitalsignalprozessor (DSP) 330, eine Speicherkomponente 340 und eine digitale Schnittstelle 350 umfassen.
Die Differenz-Hallkomponente 310 kann eine Komponente umfassen, die ausgelegt ist, um ein Magnetfeld abzufühlen, das von einem durch die externe Stromschiene 210 fließenden Strom erzeugt wird. In einigen Implementierungen kann eine Differenz-Hallkomponente ein Paar von primären Hall-Elementen, ein laterales Hall-Hilfselement und einen Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen umfassen. Jedes Hall-Element kann in der Lage sein, einen Magnetfeldwert abzufühlen (z. B. einen vertikalen Magnetfeldwert oder einen horizontalen Magnetfeldwert). In einigen Implementierungen kann jedes Hall-Element Informationen, die mit den erfassten Magnetfeldwerten zugeordnet sind, an ADC 320 bereitstellen. Alternativ dazu kann Differenz-Hallelementkomponente 310 analoge Signale verarbeiten, die mit den erfassten Magnetfeldern zugeordnet sind (z. B. ohne Analog-Digital-Umwandlung durch ADC 320), um ein korrigiertes Differenz-Hallsignal zu bestimmen. Weitere Details bezüglich Differenz-Hallkomponente 310 sind nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
ADC 320 kann einen Analog-Digital-Wandler umfassen, der ein analoges Signal (z. B. ein Spannungssignal) von Differenz-Hallkomponente 310 in ein digitales Signal umwandelt. Beispielsweise kann ADC 320 analoge Signale, die von Differenz-Hallkomponente 310 empfangen werden, in digitale Signale umwandeln, die von DSP 330 verarbeitet werden sollen. ADC 320 kann die digitalen Signale an DSP 330 bereitstellen. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 eine oder mehrere ADCs 320 umfassen.
DSP 330 kann eine Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtung oder eine Gruppe von Digitalsignal-Verarbeitungsvorrichtungen umfassen. In einigen Implementierungen kann DSP 330 ein digitales Signal von ADC 320 empfangen und das digitale Signal verarbeiten, um eine Ausgabe zu erzeugen (z. B. Informationen, welche die Strommenge identifizieren, die durch die externe Stromschiene 210 fließen, Informationen, die mit dem Differenz-Hallsignal zugeordnet sind, Informationen, die mit dem Hall-Hilfssignal zugeordnet sind usw.). Beispielsweise kann DSP 330 ein digitales Signal ableiten und/oder empfangen, das einem vertikalen Magnetfeldwert entspricht, der von dem/den primären Hall-Element(en), dem lateralen Hall-Hilfselement und/oder dem Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen erfasst wird. DSP 330 kann ein korrigiertes Differenz-Hallsignal basierend auf dem/den abgeleiteten und/oder empfangenen digitalen Signal(en) bestimmen und kann Informationen bereitstellen, die dem korrigierten Differenz-Hallsignal zugeordnet sind. Während hierin beschriebene Implementierungen im Zusammenhang damit beschrieben sind, dass DSP 330 eine Verarbeitung an digitalen Signalen ausführt, die erfassten Magnetfeldwerten entsprechen, kann in einigen Implementierungen eine andere Magnetsensorkomponente eine ähnliche Art von Verarbeitung ausführen. Beispielsweise kann Differenz-Hallkomponente 310 eine Verarbeitung an analogen Signalen ausführen, die erfassten Magnetfeldwerten entsprechen (z. B. bevor eine Analog-Digital-Umwandlung stattfindet).
Speicher 340 kann einen Festwertspeicher (ROM) (z. B. einen EEPROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und/oder eine andere Art von dynamischer oder statischer Speichervorrichtung (z. B. einen Flashspeicher, einen magnetischen Speicher, einen optischen Speicher usw.) umfassen, die Informationen und/oder Anweisungen zur Verwendung durch den magnetischen Stromsensor 230 speichert. In einigen Implementierungen kann die Speicherkomponente 340 eine Kompensationskonstante speichern, die während der Verarbeitung, die von DSP 330 durchgeführt wird, angewandt werden soll.
Eine digitale Schnittstelle 350 kann eine Schnittstelle umfassen, über die der magnetische Stromsensor 230 Informationen von einer anderen Vorrichtung empfangen oder an diese bereitstellen kann, wie beispielsweise Informationen, die einer Strommenge zugeordnet sind, die vom magnetischen Stromsensor 230 bestimmt wird. Beispielsweise kann eine digitale Schnittstelle die Ausgabe bereitstellen, die von DSP 330 bestimmt wird, welche die Strommenge identifiziert, die durch die externe Stromschiene 210 fließt.
Die Anzahl und Anordnung von Komponenten, die in 3 dargestellt sind, sind als Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann der magnetische Stromsensor 230 zusätzliche Komponenten, weniger Komponenten oder anders angeordnete Komponenten umfassen als in 3 dargestellt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Satz von Komponenten (z. B. eine oder mehrere Komponenten) des magnetischen Stromsensors 230 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die hierin als von einem anderen Satz von Komponenten des magnetischen Stromsensors 230 ausgeführt beschrieben sind.
4A–4C sind Darstellungen von beispielhaften Komponenten einer Differenz-Hallkomponente 310, die im beispielhaften magnetischen Stromsensor 230 aus 3 enthalten sind. Wie in 4A dargestellt kann eine beispielhafte Differenz-Hallkomponente 310 einen Satz von zwei primären Hall-Elementen 410 (z. B. primäres Hall-Element 410-1 und primäres Hall-Element 410-2) und ein laterales Hall-Hilfselement 420 umfassen.
Das primäre Hall-Element 410 kann einen Umformer umfassen, der ausgelegt ist, um eine Ausgabe als Reaktion auf ein Erfassen eines vertikalen Magnetfeldwerts bereitzustellen, der einem Strom entspricht, der durch die externe Stromschiene 210 fließt. Beispielsweise kann das primäre Hall-Element 410 einen vertikalen Magnetfeldwert bereitstellen, der es dem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlaubt, (z. B. basierend auf vertikalen Magnetfeldwerten, die von zwei primären Hall-Elementen 410 bereitgestellt werden) ein vertikales Differenz-Hallsignal abzuleiten, das dem Strom entspricht, der durch die externe Stromschiene 210 fließt.
Das laterale Hall-Hilfselement 420 kann einen Umformer umfassen, der ausgelegt ist, um eine Ausgabe als Antwort auf ein Erfassen eines vertikalen Magnetfeldwerts bereitzustellen, der einer Korrektur eines vertikalen Differenz-Hallsignals zugeordnet ist, um einen horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an die externe Stromschiene 210 zugeordnet ist. Beispielsweise kann das laterale Hall-Hilfselement 420 eine Ausgabe bereitstellen, die es dem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlaubt, ein vertikales Hall-Hilfssignal abzuleiten und/oder das vertikale Differenz-Hallsignal basierend auf dem abgeleiteten vertikalen Hall-Hilfssignal zu korrigieren.
In einigen Implementierungen kann das laterale Hall-Hilfselement 420 zwischen dem primären Hall-Element 410-1 und dem primären Hall-Element 410-2 positioniert sein. Beispielsweise kann, wie in 4A dargestellt, das laterale Hall-Hilfselement 420 so positioniert sein, dass das laterale Hall-Hilfselement 420 in einem ersten Abstand (z. B. d₁) vom primären Hall-Element 410-1 und in einem zweiten Abstand (z. B. d₂) vom primären Hall-Element 410-2 liegt (wobei z. B. d₁ + d₂ = d_T). In einigen Implementierungen kann d₁ gleich d₂ sein (d.h. das laterale Hall-Hilfselement 420 kann auf halbem Wege zwischen dem primären Hall-Element 410-1 und dem primären Hall-Element 410-2 liegen). Alternativ dazu kann d₁ ungleich d₂ sein (d.h. das laterale Hall-Hilfselement 420 kann an anderer Stelle als auf halbem Wege zwischen dem primären Hall-Element 410-1 und dem primären Hall-Element 410-2 positioniert sein). Zusätzlich kann, während 4A den Abstand d_T als Abstand zeigt, der größer ist als die Breite der externen Stromschiene 210 (z. B. w), in einigen Implementierungen d_T kleiner als oder gleich w sein. Zusätzlich kann, während 4A das primäre Hall-Element 410-1, primäre Hall-Element 410-2 und laterale Hall-Hilfselement 420 als in Bezug auf eine y-Achse zentriert zeigt, in einigen Implementierungen das Hall-Element 410-1, das primäre Hall-Element 410-2 oder das laterale Hall-Hilfselement 420 in Bezug auf die y-Achse unzentriert sein.
In einigen Implementierungen können, wie nachstehend beschrieben, das primäre Hall-Element 410-1, das primäre Hall-Element 410-2 und das laterale Hall-Hilfselement 420 es einem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlauben, eine Strommenge, die durch die externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf einem korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal zu bestimmen, das korrigiert wurde, um einen horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug zur externen Stromschiene 210 zugeordnet ist.
Wie in 4B dargestellt kann eine weitere beispielhafte Differenz-Hallkomponente 310 zwei primäre Hall-Elemente 410 und einen Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen 430 (z. B. vertikales Hall-Hilfselement 430-1, vertikales Hall-Hilfselement 430-2 und vertikales Hall-Hilfselement 430-3) umfassen.
Vertikale Hall-Hilfselemente 430 können einen Umformer umfassen, der ausgelegt ist, um eine Ausgabe als Antwort auf ein Erfassen eines horizontalen Magnetfeldwerts bereitzustellen, die einer Korrektur eines vertikalen Differenz-Hallsignals zugeordnet ist, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an eine externe Stromschiene 210 zugeordnet ist. Beispielsweise kann das vertikale Hall-Hilfselemente 430 Ausgaben bereitstellen, die es einem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlauben, ein horizontales Hall-Hilfssignal abzuleiten und/oder das vertikale Differenz-Hallsignal basierend auf dem abgeleiteten horizontalen Hall-Hilfssignal zu korrigieren.
In einigen Implementierungen können die vertikalen Hall-Hilfselemente 430-1 und 430-2 angrenzend an das primäre Hall-Element 410-1 bzw. das primäre Hall-Element 410-2 positioniert sein. Beispielsweise kann, wie in 4B dargestellt, das vertikale Hall-Hilfselement 430-1 angrenzend an das primäre Hall-Element 410-1 entlang einer y-Achse (z. B. einer Achse, die parallel zum Strom entlang einer Fläche einer externen Stromschiene verläuft) positioniert sein. Auf ähnliche Weise kann, wie dargestellt, das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 angrenzend an das primäre Hall-Element 410-2 entlang der y-Achse positioniert sein. Wie ferner dargestellt kann das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 zwischen dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-1 und dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 (z. B. entlang der x-Achse) so positioniert sein, dass das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 in einem dritten Abstand (z. B. d₃) vom vertikalen Hall-Hilfselement 430-1 und in einem vierten Abstand (z. B. d₄) vom vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 liegt (wobei z. B. d₃ + d₄ = d_T). In einigen Implementierungen kann d₃ gleich d₄ sein (d.h. das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 kann auf halbem Wege zwischen dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-1 und dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 positioniert sein). Alternativ dazu kann d₃ ungleich d₄ sein (d.h. das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 kann an anderer Stelle als auf halbem Wege zwischen dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-1 und dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 positioniert sein). In einigen Implementierungen kann Differenz-Hallkomponente 310 kein vertikales Hall-Hilfselement 430-2 umfassen (z. B. kann das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 optional in Differenz-Hallkomponente 310 enthalten sein). Alternativ dazu kann Differenz-Hallkomponente 310 kein vertikales Hall-Hilfselement 430-1 umfassen (z. B. kann das vertikale Hall-Hilfselement 430-1 optional sein, wenn Differenz-Hallkomponente 310 das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 enthält). Zusätzlich können, während 4B das vertikale Hall-Hilfselement 430-1, das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 und das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 als zentriert in Bezug auf die y-Achse zeigt, in einigen Implementierungen das vertikale Hall-Hilfselement 430-1, das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 und das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 unzentriert in Bezug auf die y-Achse sein.
In einigen Implementierungen können, wie nachstehend beschrieben, das primäre Hall-Element 410-1, das primäre Hall-Element 410-2, das vertikale Hall-Hilfselement 430-1, das vertikale Hall-Hilfselement 430-2 und das vertikale Hall-Hilfselement 430-3 es einem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlauben, eine Strommenge, die durch eine externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf einem korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal zu bestimmen, das korrigiert wurde, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 zugeordnet ist.
Wie in 4C dargestellt kann in einigen Implementierungen die Differenz-Hallkomponente 310 ein primäres Hall-Element 410-1, ein primäres Hall-Element 410-2, ein laterales Hall-Hilfselement 420, ein vertikales Hall-Hilfselement 430-1, ein vertikales Hall-Hilfselement 430-2 und ein vertikales Hall-Hilfselement 430-3 umfassen. Solch eine Implementierung kann es einem magnetischen Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) erlauben, eine Strommenge, die durch eine externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf einem korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal zu bestimmen, das korrigiert wurde, um sowohl einen horizontalen Positionierungsfehler als auch einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, die einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 zugeordnet sind.
Die Anzahl und Anordnung von Geräten, die in 4A–4C dargestellt sind, sind als Beispiel angeführt. In der Praxis kann die Differenz-Hallkomponente 310 zusätzliche Komponenten, andere Komponenten oder anders angeordnete Komponenten als in 4A–4C dargestellt umfassen.
Durch Positionieren eines Paars von primären Hall-Elementen 410 an Positionen in Bezug auf entgegengesetzte Seiten einer externen Stromschiene 210 (z. B. in Bezug auf ein Zentrum einer symmetrischen Stromschiene) und aufgrund des Differenz-Hallprinzips können vertikale Magnetfeldwerte auf entgegengesetzten Seiten eines Zentrums einer externen Stromschiene 210 von einem externen homogenen Magnetfeld (z. B. dem Magnetfeld der Erde) unterschieden werden. Beispielsweise kann die externe Stromschiene 210 (z. B. eine PCB-Spur) mit einer Breite w angenommen werden und ein magnetischer Stromsensor 230 kann an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 so positioniert werden, dass der vertikale Abstand zwischen jedem aus einem Paar von primären Hall-Elementen 410 und der externen Stromschiene 210 z ist.
Ein beispielhafter Querschnitt, der die Geometrie einer externen Stromschiene 210 in Bezug auf ein vertikales Magnetfeld und ein horizontales Magnetfeld zeigt, ist in 5 dargestellt. Basierend auf der in 5 gezeigten Geometrie kann ein vertikales Magnetfeld (z. B. Bz(x, z)) an einer x-Koordinate und einer z-Koordinate in Bezug auf die externe Stromschiene 210 basierend auf der vierten Maxwellschen Gleichung abgeleitet werden:
worin B_z(x, z) für einen vertikalen Magnetfeldwert steht, z für einen Abstand in Bezug auf die externe Schiene 210 steht, x für eine Position entlang der externen Stromschiene 210 mit einer Breite w steht, µ₀ für eine Permeabilitätskonstante steht und I für einen Strom steht.
Ein horizontales Magnetfeld (z. B. Bx(x, z)) an der x-Koordinate und der z-Koordinate kann auf ähnliche Weise abgeleitet werden:
Eine graphische Darstellung eines Beispiels dafür, wie das vertikale Magnetfeld und das horizontale Magnetfeld in Bezug auf x (z. B. für w = 1,7 Millimeter (mm) und z₀ = 300 µm) variieren, ist in 6 gezeigt. In einigen Implementierungen ist es wünschenswert, den magnetischen Stromsensor 230 so anzubringen, dass primäre Hall-Elemente 410 so positioniert sind, dass die primären Hall-Elemente 410 ein maximales Differenz-Hallsignal ableiten können (z. B. um die Strommenge genau zu bestimmen). Wie beispielsweise in 6 dargestellt, ist es wünschenswert, primäre Hall-Elemente 410 (die z. B. im magnetischen Stromsensor 230 enthalten sind) bei etwa x = –1,0 mm und x = 1,0 mm zu positionieren (z. B. ist ein Abstand zwischen dem primären Hall-Element 410-1 und dem primären Hall-Element 410-2 gleich 2,0 mm). Mit solch einer Platzierung können primäre Hall-Elemente 410 die vertikalen Magnetfeldwerte genau erfassen, sodass der magnetische Stromsensor 230 ein entsprechendes vertikales Differenz-Hallsignal ableiten kann.
In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) das vertikale Differenz-Hallsignal basierend auf den Magnetfeldwerten ableiten, die vom primären Hall-Element 410-1 und vom primären Hall-Element 410-2 erfasst werden. In einem Fall, in dem der magnetische Stromsensor 230 so positioniert ist, dass es keinen horizontalen Positionierungsfehler gibt (wenn z. B. der magnetische Stromsensor 230 relativ zu einem oder in Bezug auf ein Zentrum der externen Stromschiene 210 im Wesentlichen zentriert ist), und wenn es keinen vertikalen Positionierungsfehler gibt (sodass z. B. z ein bekannter Abstand gleich z₀ ist), dann kann das folgende Differenz-Hallsignal abgeleitet werden (wenn z. B. d_T der Abstand zwischen dem primären Hall-Element 410-1 und dem primären Hall-Element 410-2 ist):
worin U_{Differenz-Hall} (0, z₀) für ein vertikales Differenz-Hallsignal (z. B. in Millivolt (mV)) am symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 steht, S_Hall für einen Signalumwandlungsfaktor (z. B. in mV/Mikrotesla (µT)) steht und B_z,Diff(0, z₀) für ein vertikales Magnetfeld (z. B. in µT) am symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 steht. Wie jedoch oben beschrieben kann ein horizontaler Positionierungsfehler und/oder ein vertikaler Positionierungsfehler, die einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 zugeordnet sind, auftreten. Systeme und/oder Verfahren, die es dem magnetischen Stromsensor 230 erlauben können, ein vertikales Differenz-Hallsignal zu korrigieren, um einen horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren, sind nachstehend zuerst beschrieben, gefolgt von Systemen und/oder Verfahren, die es dem magnetischen Stromsensor 230 erlauben können, ein vertikales Differenz-Hallsignal zu korrigieren, um eine vertikale Positionierung zu kompensieren.
Wie oben beschrieben kann in einigen Implementierungen ein horizontaler Positionierungsfehler auftreten, wenn ein magnetischer Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf eine externe Stromschiene 210 angebracht wird. Beispielsweise kann ein horizontaler Positionierungsfehler auftreten, wenn ein magnetischer Stromsensor 230 so angebracht wird, dass der magnetische Stromsensor 230 nicht direkt in Bezug auf ein Zentrum der externen Stromschiene 210 zentriert ist (z. B. in eine x-Richtung orthogonal zum Strom und entlang der Fläche der externen Stromschiene 210). Beispielsweise kann es eine horizontale Positionierungstoleranz dem magnetischen Stromsensor 230 erlauben, 100 μm außerhalb des Zentrums der externen Stromschiene 210 platziert zu werden (z. B. ∆x = 100 μm), 200 μm außerhalb des Zentrums der externen Stromschiene 210 platziert zu werden (z. B. ∆x = 200 μm) oder dergleichen, wodurch ein horizontaler Positionierungsfehler eingebracht wird. In manchen Fällen kann das vertikale Differenz-Hallsignal, das von den vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist, durch den horizontalen Positionierungsfehler, der der Platzierung des magnetischen Stromsensors 230 zugeordnet ist, wie folgt beeinflusst werden:
worin U_{Differenz-Hall}(Δx, z₀) für ein Differenz-Hallsignal (z. B. in mV) in einem horizontalen Abstand Δx vom symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 und einem bekannten vertikalen Abstand z₀ steht, S_Hall für einen Signalumwandlungsfaktor (z. B. in mV/µT) steht und B_z,Diff(Δx, z₀) für ein Magnetfeld in einem horizontalen Abstand Δx vom symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 und einem bekannten vertikalen Abstand z₀ von der externen Stromschiene 210 (z. B. in µT) steht.
Als solches kann der horizontale Positionierungsfehler das vertikale Differenz-Hallsignal, das von einem magnetischen Stromsensor 230 abgeleitet wird, beeinflussen (z. B. schwächen). 7 zeigt ein Beispiel für eine Abhängigkeit des vertikalen Differenzmagnetfelds, das von primären Hall-Elementen 410 erfasst wird, in Bezug auf den horizontalen Positionierungsfehler von ∆x = –4,0 mm bis ∆x = 4,0 mm. Wie dargestellt kann, wenn sich der Positionierungsfehler (z. B. ∆x) weiter weg von null bewegt, das vertikale Differenzmagnetfeld (das z. B. zum Ableiten des Differenz-Hallsignals verwendet wird) abnehmen. 8 zeigt ein Beispiel für eine Abhängigkeit des vertikalen Differenzmagnetfelds, das von primären Hall-Elementen 410 erfasst wird, in Bezug auf den horizontalen Positionierungsfehler von ∆x = –200 μm bis ∆x = 200 μm. Wie dargestellt kann, wenn der horizontale Positionierungsfehler gleich ±100 μm ist, das vertikale Differenzmagnetfeld um etwa –2,2 % abnehmen (z. B. von 200 Mikrotesla/Amp (μT/A) auf etwa 196 μT/A). Auf ähnliche Weise kann, wenn der horizontale Positionierungsfehler gleich ±200 μm ist, das vertikale Differenzmagnetfeld um etwa –8,4 % abnehmen (z. B. von 200 μT/A auf etwa 183 μT/A). Wenn keine Korrektur angewandt wird, um den horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren, führt der horizontale Positionierungsfehler zu einer ähnlichen Abnahme im vertikalen Differenz-Hallsignal, das basierend auf den erfassten vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet wird, die dem vertikalen Differenzmagnetfeld zugeordnet sind. Die Signalempfindlichkeitsabnahme, die aus dem horizontalen Positionierungsfehler resultiert, kann durch die Aufnahme eines lateralen Hall-Hilfselements 420 zwischen primären Hall-Elementen 410 kompensiert werden. In einigen Implementierungen kann das laterale Hall-Hilfselement 420 einen vertikalen Magnetfeldwert an einer Stelle zwischen primären Hall-Elementen 410 erfassen, und der vertikale Magnetfeldwert kann verwendet werden, um den horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren.
Bei einer symmetrischen externen Stromschiene 210, (z. B. einer geraden PCB-Spur) kann die gewünschte Platzierung des magnetischen Stromsensors 230 das Zentrum der externen Stromschiene 210 sein. 9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein kompensiertes vertikales Differenzmagnetfeld in Bezug auf einen horizontalen Positionierungsfehler in Verbindung mit einer symmetrischen externen Stromschiene 210 zeigt. Wie in 9 dargestellt kann bei einem Positionierungsfehlerbereich von ±200 µm das vertikale Differenzmagnetfeld (das z. B. durch die Linie dargestellt ist, die „Bz, Diff(Dx)” entspricht) basierend auf dem vertikalen Magnetfeldwert korrigiert werden, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird (z. B. durch die Linie dargestellt, die „Bz, Mit(Dx)“ entspricht), um das kompensierte vertikale Differenzmagnetfeld zu bestimmen (das z. B. durch die Linie dargestellt ist, die „Bz, komp(Dx)“ entspricht), das zum Ableiten eines korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals verwendet wird). Wie in 9 dargestellt kann, wenn das laterale Hall-Hilfselement 420 zwischen primären Hall-Elementen 410 platziert ist und wenn der magnetische Stromsensor 230 exakt am Zentrum angebracht ist (wenn z. B. ∆x = 0 ist), das laterale Hall-Hilfselement 420 ein vertikales Magnetfeld gleich null erfassen. Wie in 9 dargestellt ist, innerhalb einer bestimmten Grenze (z. B. –200 μm ≤ ∆x ≤ 200 μm), der vertikale Magnetfeldwert, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird, eine lineare Funktion des horizontalen Positionierungsfehlers. Als solches kann sich das vertikale Hall-Hilfssignal (das z. B. vom vertikalen Magnetfeldwert abgeleitet ist, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird) ebenfalls linear verhalten. Daher ist es möglich, den horizontalen Positionierungsfehler aus dem vertikalen Hall-Hilfssignal zu extrahieren:
worin U_Hilf für das vertikale Hall-Hilfssignal steht, U_Haupt für das vertikale Differenz-Hallsignal steht und α, β und S₀ für bekannte Konstanten stehen, die der externen Stromschiene 210 zugeordnet sind.
Als solches kann die folgende Korrektur unter Anwendung des vertikalen Hall-Hilfssignals durchgeführt werden, um einen Fehler zu korrigieren, der im vertikalen Differenz-Hallsignal aufgrund des horizontalen Positionierungsfehlers auftritt:
In einigen Implementierungen kann eine Stromschienenkonstante (z. B. c = α^½·S₀/β) vom magnetischen Stromsensor 230 gespeichert werden (z. B. in Speicherkomponente 340 als EEPROM-Konstante für die jeweilige externe Stromschiene 210). Somit kann, basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal, das von den vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist, die vom primären Hall-Elemente 410 erfasst werden, und dem vertikalen Hall-Hilfssignal, das vom vertikalen Magnetfeldwert abgeleitet ist, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird, der magnetische Stromsensor 230 die obige Formel während des Betriebs evaluieren (z. B. mittels eines Hardwaremoduls, einer Zustandsmaschine in Firmware, etc.), um den horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren. Wie oben beschrieben sind Beispiele für das korrigierte vertikale Differenzmagnetfeld für verschiedene Signalfehler, die aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers in Bezug auf eine symmetrische externe Stromschiene 210 auftreten, in 9 durch die Linie dargestellt, die „Bz, komp(Dx)“ entspricht. Auf diese Weise kann ein vertikales Hall-Hilfssignal, das basierend auf einem vertikalen Magnetfeldwert abgeleitet ist, der von einem lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird, verwendet werden, um einen vertikalen Differenz-Hallsignalfehler zu kompensieren, der als Ergebnis eines horizontalen Positionierungsfehlers auftritt, der einer symmetrischen Stromschiene zugeordnet ist.
10 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler und einen kompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler für eine symmetrische externe Stromschiene. Der unkompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf den horizontalen Positionierungsfehler ist durch die Linie dargestellt, die „Unkomp_Fehler“ entspricht. Der kompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf den horizontalen Positionierungsfehler ist durch die Linie dargestellt, die „Komp_Fehler“ entspricht.
Im Falle einer asymmetrischen externen Stromschiene 210 (z. B. einer Stromschiene mit einer nichtkonstanten Breite in eine Richtung orthogonal zum Strom) wird das maximale vertikale Differenzmagnetfeld in Bezug auf die zentrale Position der asymmetrischen externen Stromschiene 210 verschoben. Der vertikale Magnetfeldpunkt null ist auf ähnliche Weise versetzt (während z. B. der vertikale Magnetfeldpunkt null bei einer symmetrischen externen Stromschiene 210 an x = 0 positioniert ist), aber das lineare Verhalten des vertikalen Differenzmagnetfelds in Bezug auf den horizontalen Positionierungsfehler (wie oben beschrieben) trifft zu.
11 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein kompensiertes vertikales Differenzmagnetfeld in Bezug auf einen horizontalen Positionierungsfehler in Bezug auf eine asymmetrische externe Stromschiene 210 zeigt. Wie in 11 dargestellt kann bei einem horizontalen Positionierungsfehlerbereich von ±200 µm das vertikale Differenzmagnetfeld (das z. B. durch die Linie dargestellt ist, die „Bz_Diff/2“ entspricht) basierend auf dem vertikalen Magnetfeldwert korrigiert werden, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird (z. B. durch die Linie dargestellt, die „Bz_Hall3“ entspricht), um das kompensierte vertikale Differenzmagnetfeld zu bestimmen (das z. B. durch die Linie dargestellt ist, die „Bkomp“ entspricht), das verwendet werden kann, um ein korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal abzuleiten). Wie in 11 dargestellt kann, wenn das laterale Hall-Hilfselement 420 zwischen primären Hall-Elementen 410 platziert ist und wenn der magnetische Stromsensor 230 exakt am Zentrum angebracht ist (wenn z. B. ∆x = 0 ist), das laterale Hall-Hilfselement 420 einen negativen Magnetfeldwert erfassen (da z. B. die externe Stromschiene 210 asymmetrisch ist). Als solches sollte ein Stromschienen-abhängiger Offset (z. B. ∆_x0, speziell für die Geometrie der externen Stromschiene 210) in Betracht gezogen werden, wenn der vertikale Differenz-Hallsignalfehler korrigiert wird, der aufgrund des horizontalen Positionierungsfehlers auftritt:
In einigen Implementierungen kann ein Satz von Stromschienenkonstanten (z. B. c₁ = α^½·S₀/β, c₂ = α^½·∆_x0) vom magnetischen Stromsensor 230 gespeichert werden (z. B. als EEPROM-Konstante für die jeweilige externe Stromschiene 210). Somit kann, basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal, das von den vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist, die von primären Hall-Elementen 410 erfasst werden, dem vertikalen Hall-Hilfssignal, das vom vertikalen Magnetfeldwert abgeleitet ist, der vom laterale Hall-Hilfselement 420 erfasst wird, und des Stromschienen-abhängigen Offsets, der magnetische Stromsensor 230 die obige Formel während des Betriebs evaluieren, um den horizontalen Positionierungsfehler zu kompensieren. Wie oben beschrieben sind Beispiele für das korrigierte vertikale Differenzmagnetfeld für verschiedene Signalfehler, die aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers in Bezug auf eine asymmetrische externe Stromschiene 210 auftreten, in 11 durch die Linie dargestellt, die „Bkomp“ entspricht. Auf diese Weise kann ein vertikales Hall-Hilfssignal, das basierend auf einem vertikalen Magnetfeldwert abgeleitet ist, der von einem lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird, verwendet werden, um einen vertikalen Differenz-Hallsignalfehler zu kompensieren, der als Ergebnis eines horizontalen Positionierungsfehlers auftritt, der einer asymmetrischen Stromschiene zugeordnet ist.
12 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler und einen kompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler für eine asymmetrische externe Stromschiene. Der unkompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf die Positionstoleranz ist durch die Linie dargestellt, die „Unkomp_Positionierungsfehler“ entspricht. Der kompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf die Positionstoleranz ist durch die Linie dargestellt, die „Komp_Positionierungsfehler“ entspricht.
In einigen Implementierungen können optimale Konstanten (z. B. c₁ = α_½·S₀/β, c₂ = α^½·∆_x0, worin c₂ nicht für eine symmetrische externe Stromschiene 210 verwendet werden kann) aus der Geometrie einer externen Stromschiene 210 und der Positionierung von primären Hall-Elementen 410 und eines lateralen Hall-Hilfselements 420 bestimmt werden. Beispielsweise kann Fitten der vertikalen Differenz-Hallsignalfunktion und der vertikalen Hall-Hilfssignalfunktion zu einer asymptomatisch optimalen Leistung führen. Vom praktischen Blickwinkel aus betrachtet können die Konstanten modifiziert werden, um ein wünschenswerteres Verhalten über einer spezifischen ∆x-Region zu erreichen.
In einigen Implementierungen kann das vertikale Hall-Hilfssignal korrigiert werden, um einen Hintergrundfeldeffekt zu unterdrücken. Bisher beschriebene Implementierungen wurden im Zusammenhang mit einem vernachlässigbaren homogenen Hintergrundfeld beschrieben (z. B. einem Hintergrundmagnetfeld, das signifikant schwächer ist als das vertikale Differenz-Hallfeld). Wenn jedoch das homogene Hintergrundfeld nicht vernachlässigbar ist, dann kann der magnetische Stromsensor 230 das vertikale Hall-Hilfssignal basierend auf dem Hintergrundfeld wie folgt korrigieren: U_{Hilf,Hintergrund-korrigiert} = U_Hilf – (U_Hall1 + U_Hall2)/2; worin U_{Hilf,Hintergrund-korrigiert} für das korrigierte vertikale Hall-Hilfssignal steht, U_Hilf für das unkorrigierte vertikale Hall-Hilfssignal steht, U_Hall1 für ein Hall-Signal steht, das einem vertikalen Magnetfeld entspricht, das vom primären Hall-Element 410-1 erfasst wird, und U_Hall2 für ein Hall-Signal steht, das einem vertikalen Magnetfeld entspricht, das vom primären Hall-Element 410-2 erfasst wird.
Die vertikale Hall-Hilfssignalkorrektur kann eine Modifikation im analogen vorderen Ende des magnetischen Stromsensors 230 erfordern (z. B. Zerhackungsschema und Schaltung). Das vertikale Differenz-Hallsignal ist schon naturgemäß Hintergrundfeld-korrigiert: U_Haupt = (U_Hall1 – U_Hall2)/2; worin U_Haupt für das vertikale Differenz-Hallsignal steht, das basierend auf den vertikalen Magnetfeldwerten bestimmt wird, die vom primären Hall-Element 410-1 und primären Hall-Element 410-2 erfasst werden.
13 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein kompensiertes vertikales Differenzmagnetfeld in Bezug auf eine Hintergrundfeldkorrektur. Wie in 13 dargestellt kann der vertikale Magnetfeldwert, der vom lateralen Hall-Hilfselement 420 erfasst wird (z. B. durch die Linie dargestellt, die „Bz_Mit(Dx)“ entspricht), unter Verwendung einer Hintergrundfeldkorrekturfunktion (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bz, ave(uT/A“ entspricht) korrigiert werden, um einen Hintergrund-korrigierten vertikalen Hilfsmagnetfeldwert zu bestimmen (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bz, Mit-komp(uT/A)“ entspricht). Das vertikale Differenzmagnetfeld (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bz, Diff(Dx)“ entspricht) kann dann basierend auf dem Hintergrund-korrigierten vertikalen Hilfsmagnetfeldwert korrigiert werden, um das korrigierte vertikale Differenzmagnetfeld zu bestimmten (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bz, komp(Dx)“ entspricht). 14 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für einen unkompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler und einen kompensierten horizontalen Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf eine Hintergrundfeldkorrektur. Der unkompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf ein nicht vernachlässigbares Hintergrundfeld ist durch die Linie dargestellt, die „Unkomp_Fehler“ entspricht. Der kompensierte horizontale Positionierungsempfindlichkeitsfehler in Bezug auf ein nicht vernachlässigbares Hintergrundfeld ist durch die Linie dargestellt, die „Optimal_komp_Fehler“ entspricht.
In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310) nach Bestimmen des korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal, das den horizontalen Positionierungsfehler kompensiert, die Strommenge, die durch die externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf dem korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal bestimmen, wie oben beschrieben ist. Der magnetische Stromsensor 230 kann auch (z. B. mittels einer digitalen Schnittstelle 350) Informationen, die der Strommenge zugeordnet sind, und andere erfasste, bestimmte oder vom magnetischen Stromsensor 230 abgeleitete Informationen (z. B. Informationen, die dem korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal zugeordnet sind, Informationen, die dem vertikalen Hall-Hilfssignal zugeordnet sind, usw.) bereitstellen.
Zusätzlich oder alternativ dazu (z. B. nach Bestimmen des vertikalen Differenz-Hallsignals, das den horizontalen Positionierungsfehler kompensiert, ohne Bestimmen des vertikalen Differenz-Hallsignals, das den horizontalen Positionierungsfehler kompensiert) kann der magnetische Stromsensor 230 ein korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal bestimmen, das einen vertikalen Positionierungsfehler kompensiert, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf eine externe Stromschiene 230 zugeordnet ist.
Wie oben beschrieben kann in einigen Implementierungen ein vertikaler Positionierungsfehler auftreten, wenn ein magnetischer Stromsensor 230 an einer Position in Bezug auf eine externe Stromschiene 210 angebracht wird. Beispielsweise kann ein vertikaler Positionierungsfehler auftreten, wenn ein magnetischer Stromsensor 230 so angebracht wird, dass ein Abstand (z. B. in die z-Richtung orthogonal zur Fläche der externen Stromschiene 210) zwischen primären Hall-Elementen 410 und der Fläche der externen Stromschiene 210 um eine unbekannte Menge (z. B. ∆z) größer ist als ein bekannter Abstand (z. B. z₀). Beispielsweise kann es eine vertikale Positionierungstoleranz in Kombination mit Nichtkoplanarität von Anschlüssen dem magnetischen Stromsensor 230 erlauben, so platziert zu werden, dass ∆z gleich einem Wert von bis zu ±65 μm ist, wodurch ein vertikaler Positionierungsfehler eingebracht wird. außerdem können zusätzliche Variationen von ∆z (z. B. ±5 μm) aufgrund von Ausbauchungen in Verbindung mit dem magnetischen Stromsensor 230 auftreten (z. B. nachdem der magnetische Stromsensor 230 an der externen Stromschiene 210 angebracht wurde). In manchen Fällen kann das vertikale Differenz-Hallsignal, das von den vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet ist, die von primären Hall-Elementen 410 erfasst werden, durch den vertikalen Positionierungsfehler wie folgt beeinflusst werden: U_{Hall-Differenz}(0, z₀ + Δz) = S_Hall·B_z,Diff(0, z₀ + Δz) worin U_{Differenz-Hall}(0, z₀ + Δz) für ein Differenz-Hallsignal (z. B. in mV) an einem horizontalen Abstand null vom symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 und einem unbekannten vertikalen Abstand z₀ + ∆z steht, S_Hall für einen Signalumwandlungsfaktor (z. B. in mV/µT) steht und Bz,Diff(0, z₀ + ∆z) für ein Magnetfeld an einem horizontalen Abstand null vom symmetrischen Zentrum der externen Stromschiene 210 und dem unbekannten vertikalen Abstand z₀ + ∆z von der externen Stromschiene 210 (z. B. in µT) steht.
Als solches kann der vertikale Positionierungsfehler sich auf das vertikale Differenz-Hallsignal auswirken, das vom magnetischen Stromsensor 230 abgeleitet wird. 15 zeigt ein Beispiel für ein Abhängigkeit des vertikalen Differenzmagnetfelds, das von primären Hall-Elementen 410 in Bezug auf den vertikalen Positionierungsfehler erfasst wird, von ∆z = –70,0 μm bis ∆z = 70,0 μm. wie dargestellt kann, wenn sich der Positionierungsfehler (z. B. ∆z) weiter weg von null bewegt, das vertikale Differenzmagnetfeld (z. B. zum Ableiten des vertikalen Differenz-Hallsignals verwendet) beeinflusst werden. wie dargestellt kann, wenn der vertikale Positionierungsfehler gleich ±65 μm ist, das vertikale Differenzmagnetfeld um etwa ±6,6 % beeinflusst (z. B. erhöht oder verringert) werden (z. B. durch Erhöhung von etwa 184 Mikrotesla/Amp (μT/A) auf etwa 196 μT/A oder durch Verringerung von etwa 184 μT/A auf etwa 172 μT/A). Wie dargestellt ist der Empfindlichkeitsfehler linear über ∆z. Wenn keine Korrektur angewandt wird, um den vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, führt der vertikale Positionierungsfehler zu einer ähnlichen Verringerung im vertikalen Differenz-Hallsignal, das basierend auf den erfassten vertikalen Magnetfeldwerten abgeleitet wird, die dem vertikalen Differenzmagnetfeld zugeordnet sind. Die Signalempfindlichkeitsverringerung, die aus dem vertikalen Positionierungsfehler resultiert, kann durch die Aufnahme eines Satzes von vertikalen Hall-Hilfselementen 430 kompensiert werden. In einigen Implementierungen kann der Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen 430 einen Satz von horizontalen Magnetfeldwerten an Stellen erfassen, die an die primären Hall-Elemente 410 angrenzen, und der Satz von horizontalen Magnetfeldwerten kann verwendet werden, um den vertikalen Positionierungsfehler im vertikalen Differenz-Hallsignal zu kompensieren.
Ein rückwärts geregeltes unabhängiges vertikales Differenz-Hallfeld kann basierend auf den vertikalen Magnetfeldwerten, die von primären Hall-Elementen 410 erfasst werden, wie folgt bestimmt werden:
Darüber hinaus ist es möglich, einen Magnetfeldwert zu, der die Inhomogenität des horizontalen Magnetfelds (z. B. B_x,Inh(0, z₀ + ∆z)) darstellt, basierend auf den horizontalen Magnetfeldwerten bestimmen, die vom Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen 430 erfasst wurden:
worin B_x,Zentrum(0, z₀ + ∆z) für den horizontalen Magnetfeldwert steht, der vom vertikalen Hall-Hilfselement 430-3 erfasst wird, B_x,links(0, z₀ + ∆z) für den horizontalen Magnetfeldwert steht, der vom vertikalen Hall-Hilfselement 430-1 erfasst wird, und B_x,rechts(0, z₀ + ∆z) für den horizontalen Magnetfeldwert steht, der vom vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 erfasst wird. B_x,Inh(0, z₀ + ∆z) ist ebenfalls Hintergrundfeld-kompensiert und abhängig von ∆z (z. B. mehr als B_z,Diff(0, z₀ + ∆z)).
Als solches ist es möglich, eine lineare Kombination der beiden unabhängigen Magnetfelder zu bestimmen, die ∆z-invariant ist und gleichzeitig proportional zum Strom bleibt, der durch die externe Stromschiene 210 fließt: B_kombiniert(0, z₀ + ∆z) = C × B_z,Diff(0, z₀ + ∆z) – B_x,Inh(0, z₀ + ∆z) ≈ B_kombiniert(0, z₀) worin B_kombiniert(0, z₀) ein kombinierter Magnetfeldwert ist, der einen vertikalen Positionierungsfehler ∆z kompensiert, und C eine Stromschienenkonstante ist, die der externen Stromschiene 210 und der Hall-Elementenanordnung zugeordnet ist, bestimmt basierend auf w, z₀ und d_T.
Es gilt anzumerken, dass in einigen Implementierungen der Satz von vertikalen Hall-Hilfselementen 430 kein vertikales Hall-Hilfselement 430-2 umfassen kann (z. B. in 4B und 4C als optional dargestellt). In solch einem Fall kann B_x,Inh(0, z₀ + ∆z)) wie folgt bestimmt werden: B'_x,Inh(0, z₀ + ∆z) = B_x,Zentrum(0, z₀ + ∆z) – B_x,links(0, z₀ + ∆z).
Mit dem vertikalen Hall-Hilfselement 430-2 kann jedoch Symmetrie zwischen den horizontalen Magnetfeldwerten erreicht werden, zusätzlich zu weiterer Robustheit gegenüber einem horizontalen Positionierungsfehler (z. B. ∆x).
16 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für ein kombiniertes Magnetfeld zeigt, bestimmt basierend auf einem vertikalen Differenzmagnetfeld und einem horizontalen Magnetfeld, das unabhängig von einem vertikalen Positionierungsfehler ist. Wie dargestellt kann bei einem vertikalen Positionierungsfehlerbereich von ±70 µm das vertikale Differenzmagnetfeld (z. B. durch die Linie dargestellt, die „Bz, Diff(µT/A)“ entspricht) mit dem horizontalen Magnetfeldwert kombiniert werden, der die Inhomogenität des horizontalen Magnetfelds darstellt (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bx, Hilf(µT/A)“ entspricht), um einen kombinierten Magnetfeldwert zu bestimmen (z. B. dargestellt durch die Linie, die „Bkombiniert(µT/A)“ entspricht), der korrigiert wurde, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, und der zum Ableiten eines korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals verwendet werden kann.
In einigen Implementierungen kann ein horizontales Differenz-Hallsignal (z. B. U_x,Inh), das den Differenzmagnetfeldwert darstellt, welcher der Inhomogenität des horizontalen Magnetfelds entspricht (z. B. B_x,Inh), in einem analogen vorderen Ende eines magnetischen Stromsensors 230 abgeleitet werden (z. B. auf ähnliche Weise wie U_z,Diff, B_z,Diff entsprechend, abgeleitet wird, wie oben beschrieben ist). Der magnetische Stromsensor 230 kann dann die abgeleiteten Hall-Signale (z. B. U_x,Inh und U_z,Diff) kombinieren.
In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330) ausgelegt sein, um die abgeleiteten Hall-Signale zu kombinieren, nachdem eine Analog-Digital-Umwandlung an den abgeleiteten Hall-Signalen durchgeführt wurde (z. B. durch ADC 320). 17A ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Schaltung zeigt, die einem Kombinieren der abgeleiteten Hall-Signale (z. B. des vertikalen Differenz-Hallsignals und des horizontalen Hall-Hilfssignals) zugeordnet ist, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, nachdem eine Analog-Digital-Umwandlung an den abgeleiteten Hall-Signalen durchgeführt wurde. Wie dargestellt kann eine Analog-Digital-Umwandlung separat an jedem abgeleiteten Hall-Signal durchgeführt werden, und die umgewandelten abgeleiteten Hall-Signale können in der digitalen Domäne kombiniert werden (z. B. unter Verwendung einer Geometrie-abhängigen EEPROM-Konstante, die der externen Stromschiene 210 zugeordnet ist).
Alternativ dazu kann der magnetische Stromsensor 230 ausgelegt sein, um die abgeleiteten Hall-Signale zu kombinieren, bevor eine Analog-Digital-Umwandlung an den abgeleiteten Hall-Signalen durchgeführt wird. 17B ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Schaltung zeigt, die einem Kombinieren der abgeleiteten Hall-Signale zugeordnet ist, um einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, bevor eine Analog-Digital-Umwandlung an den abgeleiteten Hall-Signalen durchgeführt wird. Wie dargestellt kann der magnetische Stromsensor 230 so ausgelegt sein, dass die abgeleiteten Hall-Signale n der analogen Domäne kombiniert werden. Der magnetische Stromsensor 230 (z. B. ADC 320) kann dann eine Analog-Digital-Umwandlung am kombinierten Hall-Signal ausführen. Beispielsweise können die abgeleiteten Signale in der analogen Domäne kombiniert werden, indem ein programmierbarer Verstärker implementiert wird, der basierend auf der Geometrie-abhängigen EEPROM-Konstante konfiguriert ist (z. B. EEPROM-KONST, als Variation 2 dargestellt). Als weiteres Beispiel können die abgeleiteten Signale in der analogen Domäne kombiniert werden, indem ein festverdrahteter konstanter Wert (z. B. A = 2,0, als Variation 3 dargestellt) implementiert wird, wenn die externe Stromschiene 210 eine bestimmte Geometrie aufweist, um ein ∆z-invariantes Verhalten von 2 × U_z,Diff – U_x,Inh zu erreichen.
In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das vertikale Differenz-Hallsignal sowohl bezüglich des horizontalen Positionierungsfehlers als auch des vertikalen Positionierungsfehlers korrigieren (z. B. durch Implementieren eines lateralen Hall-Hilfselements 420 und eines Satzes von vertikalen Hall-Hilfselementen 430), wie nachstehend unter Bezugnahme auf 18A und 18B beschrieben ist.
18A und 18B sind Flussdiagramme eines beispielhaftes Prozesses 1800 zum Bestimmen einer Strommenge, die einem Strom zugeordnet ist, der durch eine Stromschiene fließt, wobei ein Differenz-Hallsignal verwendet wird, das korrigiert wurde, um einen horizontalen Positionierungsfehler und einen vertikalen Positionierungsfehler zu kompensieren, die einer Anbringung eines Stromsensors an der Stromschiene zugeordnet sind. In einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke des beispielhaften Prozesses 1800 von einem magnetischen Stromsensor 230 ausgeführt werden. In einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden als dem magnetischen Stromsensor 230, beispielsweise von einem Prozessor, der mit dem magnetischen Stromsensor 230 verbunden ist.
Wie in 18A dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines ersten vertikalen Magnetfeldwerts umfassen, der einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt (Block 1805). Beispielsweise kann ein magnetischer Stromsensor 230 (z. B. primäres Hall-Element 410-1) einen ersten vertikalen Magnetfeldwert erfassen, der einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18A ferner dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines zweiten vertikalen Magnetfeldwerts umfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist (Block 1810). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. primäres Hall-Element 410-2) einen zweiten vertikalen Magnetfeldwert erfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18A ferner dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines dritten vertikalen Magnetfeldwerts umfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist (Block 1815). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. laterales Hall-Hilfselement 420) einen dritten vertikalen Magnetfeldwert erfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18A ferner dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines ersten horizontalen Magnetfeldwerts umfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist (Block 1820). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. vertikales Hall-Hilfselement 430-1) einen ersten horizontalen Magnetfeldwert erfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18A ferner dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines zweiten horizontalen Magnetfeldwerts umfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist (Block 1825). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. vertikales Hall-Hilfselement 430-2) einen zweiten horizontalen Magnetfeldwert erfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18A ferner dargestellt kann Prozess 1800 Erfassen eines dritten horizontalen Magnetfeldwerts umfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist (Block 1830). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. vertikales Hall-Hilfselement 430-3) einen dritten horizontalen Magnetfeldwert erfassen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18B dargestellt kann Prozess 1800 Ableiten eines vertikalen Differenz-Hallsignals basierend auf dem ersten vertikalen Magnetfeldwert und dem zweiten vertikalen Magnetfeldwert umfassen (Block 1835). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) ein vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf dem ersten vertikalen Magnetfeldwert und dem zweiten vertikalen Magnetfeldwert ableiten. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das vertikale Differenz-Hallsignal basierenden auf einer Bereitstellung des ersten vertikalen Magnetfeldwerts, des zweiten vertikalen Magnetfeldwerts und eines Signalumwandlungsfaktors als Einsetzungen in eine Funktion ableiten, die als Ausgabe das vertikale Differenz-Hallsignal bereitstellt, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18B ferner dargestellt kann Prozess 1800 Ableiten eines vertikalen Hall-Hilfssignals basierend auf dem dritten vertikalen Magnetfeldwert umfassen (Block 1840). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) ein vertikales Hall-Hilfssignal basierend auf dem dritten vertikalen Magnetfeldwert ableiten. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das vertikale Hall-Hilfssignal basierend auf einer Bereitstellung des dritten vertikalen Magnetfeldwert und eines Signalumwandlungsfaktors als Einsetzungen in eine Funktion ableiten, die als Ausgabe das vertikale Hall-Hilfssignal bereitstellt, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18B ferner dargestellt kann Prozess 1800 Bestimmen eines ersten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal und dem vertikalen Hall-Hilfssignal umfassen (Block 1845). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) ein erstes korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf dem vertikalen Differenz-Hallsignal und dem vertikalen Hall-Hilfssignal bestimmen. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das erste korrigierte vertikale Differenz-Hallsignal basierend auf einer Bereitstellung des vertikalen Differenz-Hallsignals, des vertikalen Hall-Hilfssignals, eines Satzes von bekannten Stromschienenkonstanten und/oder eines Stromschienen-abhängigen Offsets (z. B. im Falle einer asymmetrischen externen Stromschiene 210) als Einsetzungen in eine Funktion bestimmen, die als Ausgabe das erste korrigierte vertikale Differenz-Hallsignal bereitstellt, wie oben beschrieben ist.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der magnetische Stromsensor 230 einen horizontalen Positionierungsfehler bestimmen, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 zugeordnet ist, basierend auf dem vertikalen Hall-Hilfssignal und dem vertikalen Differenz-Hallsignal, wie oben beschrieben ist. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 Informationen bereitstellen und/oder speichern, die dem horizontalen Positionierungsfehler zugeordnet sind.
Wie in 18B ferner dargestellt kann Prozess 1800 Ableiten eines horizontalen Hall-Hilfssignals basierend auf dem ersten horizontalen Magnetfeldwert, dem zweiten horizontalen Magnetfeldwert und dem dritten horizontalen Magnetfeldwert umfassen (Block 1850). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) ein horizontales Hall-Hilfssignal basierend auf dem ersten horizontalen Magnetfeldwert, dem zweiten horizontalen Magnetfeldwert und dem dritten horizontalen Magnetfeldwert ableiten. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das horizontale Hall-Hilfssignal basierend auf einer Bereitstellung des ersten horizontalen Magnetfeldwerts, des zweiten horizontalen Magnetfeldwerts, des dritten horizontalen Magnetfeldwerts und eines Signalumwandlungsfaktors als Einsetzungen in eine Funktion ableiten, die als Ausgabe das horizontale Hall-Hilfssignal bereitstelle, wie oben beschrieben ist.
Wie in 18B ferner dargestellt kann Prozess 1800 Bestimmen eines zweiten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals basierend auf dem ersten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal und dem horizontalen Hall-Hilfssignal umfassen (Block 1855). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) ein zweites korrigiertes vertikales Differenz-Hallsignal basierend auf dem ersten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal und dem horizontalen Hall-Hilfssignal bestimmen. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 das zweite korrigierte vertikale Differenz-Hallsignal basierend auf einer Bereitstellung des ersten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals, des horizontalen Hall-Hilfssignals und/oder anderer Informationen als Einsetzungen in eine Funktion bestimmen, die als Ausgabe das zweite korrigierte vertikale Differenz-Hallsignal bereitstellt, wie oben beschrieben ist.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann der magnetische Stromsensor 230 einen vertikalen Positionierungsfehler bestimmen, der einer Anbringung eines magnetischen Stromsensors 230 an einer Position in Bezug auf die externe Stromschiene 210 zugeordnet ist, basierend auf dem horizontalen Hall-Hilfssignal und dem ersten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal, wie oben beschrieben ist. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 Informationen bereitstellen und/oder speichern, die dem vertikalen Positionierungsfehler zugeordnet sind.
Wie in 18B ferner dargestellt kann Prozess 1800 Bestimmen einer Strommenge, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt, basierend auf dem zweiten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal umfassen (Block 1860). Beispielsweise kann der magnetische Stromsensor 230 (z. B. DSP 330, Differenz-Hallkomponente 310 usw.) eine Strommenge, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die externe Stromschiene 210 fließt, basierend auf dem zweiten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignal bestimmen. In einigen Implementierungen kann der magnetische Stromsensor 230 die Strommenge basierend auf einer Bereitstellung des zweiten korrigierten vertikalen Differenz-Hallsignals als Einsetzung in eine Funktion bestimmen, die als Ausgabe die Strommenge bereitstellt, die durch die externe Stromschiene 210 fließt. In einigen Implementierungen kann Stromsensor 230 Informationen bereitstellen und/oder speichern, welche die Strommenge identifizieren.
Obwohl 18A und 18B beispielhafte Blöcke eines Prozesses 1800 zeigen, kann in einigen Implementierungen Prozess 1800 zusätzliche Blöcke, weniger Blöcke, andere Blöcke oder anders angeordnete Blöcke umfassen als in 18A und 18B dargestellt. Zusätzlich oder alternativ dazu können zwei oder mehrere der Blöcke von Prozess 1800 parallel ausgeführt werden.
Hierin beschriebene Implementierungen können einen magnetischen Stromsensor bereitstellen, der ein oder mehrere Hall-Hilfselemente umfasst, die in Bezug auf zwei primäre Hall-Elemente positioniert sind, die Magnetfeldwerte erfassen können, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt. Informationen, die den Magnetfeldwerten zugeordnet sind, die von dem einem oder den mehreren Hall-Hilfselementen erfasst werden, können dann verwendet werden, um einen Differenz-Hallsignalfehler zu korrigieren, der aufgrund eines horizontalen Positionierungsfehlers und/oder eines vertikalen Positionierungsfehlers auftritt, die einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet sind.
Die vorangehende Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung dar, soll aber nicht erschöpfend sein oder die Implementierungen genau auf die offenbarte Form einschränken. Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen Offenbarung möglich oder können aus der Praxis der Implementierungen hervorgehen.
Auch wenn bestimme Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen erwähnt und/oder in der Patentschrift offenbart sind, sind diese Kombinationen nicht als Einschränkung der Offenbarung möglicher Implementierungen zu verstehen. In der Tat können viele dieser Merkmale auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch in den Ansprüchen angeführt und/oder in der Patentschrift offenbart sind. Obwohl jeder nachfolgende angeführte abhängige Anspruch direkt von nur einem Anspruch anhängen kann, umfasst die Offenbarung von möglichen Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem andern Anspruch im Anspruchssatz.
Kein(e) hierin verwendete(s) Element, Vorgang oder Anweisung sollte als wesentlich oder entscheidend erachtet werden, sofern nicht explizit als solches beschrieben. Außerdem werden die Artikel „ein/e“ hierin so verwendet, dass sie ein oder mehrere Elemente umfassen, und könnten austauschbar mit „ein(e) oder mehrere“ verwendet werden. Darüber hinaus soll die Bezeichnung „Satz“ wie hierin verwendet ein oder mehrere Elemente umfassen und könnte austauschbar mit „ein(em) oder mehrere“ verwendet werden. Wenn nur ein Element erwünscht ist, wird die Bezeichnung „ein(e) einzelne/r/s“ oder Ähnliches verwendet. Außerdem sind die Bezeichnungen „haben“ „aufweisen“ wie hierin verwendet offene Bezeichnungen. Ferner steht die Phrase „basierend auf“ für „zumindest teilweise basierend auf“, sofern nicht explizit anders angegeben.

Claims

Magnetfeldbasierter Stromsensor, umfassend: ein erstes primäres Hall-Element zum Erfassen eines ersten Magnetfeldwerts, wobei der erste Magnetfeldwert einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt; ein zweites primäres Hall-Element zum Erfassen eines zweiten Magnetfeldwerts, wobei der zweite Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und wobei das zweite primäre Hall-Element entlang einer Achse in einem ersten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist, wobei die Achse in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom verläuft, der durch die Stromschiene fließt; und ein Hall-Hilfselement zum Erfassen eines dritten Magnetfeldwerts, wobei das Hall-Hilfselement entlang der Achse in einem zweiten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist, wobei der zweite Abstand geringer ist als der erste Abstand, sodass das Hall-Hilfselement entlang der Achse und zwischen dem ersten primären Hall-Element und dem zweiten primären Hall-Element positioniert ist, und wobei der erste Magnetfeldwert, der zweite Magnetfeldwert und der dritte Magnetfeldwert verwendet werden, um eine Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine oder mehrere Komponenten, um: ein Differenz-Hallsignal basierend auf dem ersten Magnetfeldwert und dem zweiten Magnetfeldwert zu erhalten; ein Hall-Hilfssignal basierend auf dem dritten Magnetfeldwert zu erhalten; ein korrigiertes Differenz-Hallsignal basierend auf dem Differenz-Hallsignal und dem Hall-Hilfssignal zu bestimmen; und die Strommenge, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt, basierend auf dem korrigierten Differenz-Hallsignal zu bestimmen.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 2, wobei die eine oder mehreren Komponenten dazu eingerichtet sind: basierend auf dem Differenz-Hallsignal und dem Hall-Hilfssignal Informationen zu bestimmen, die einen horizontalen Positionierungsfehler identifizieren, der einer Anbringung des magnetischen Stromsensors an einer Position in Bezug auf die Stromschiene zugeordnet ist; und Speichern der Informationen, die den horizontalen Positionierungsfehler identifizieren.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der zweite Abstand gleich der Hälfte des ersten Abstands ist.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der zweite Abstand ein Abstand ist, der weniger als die Hälfte des ersten Abstands beträgt, oder der zweite Abstand ein Abstand ist, der mehr als die Hälfte des ersten Abstands beträgt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Stromschiene eine symmetrische Stromschiene ist und der magnetfeldbasierte Stromsensor an einer Position bezüglich der symmetrischen Stromschiene angebracht ist.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Hall-Hilfselement ein erstes Hall-Hilfselement ist und der magnetfeldbasierte Stromsensor ferner umfasst: ein zweites Hall-Hilfselement zum Erfassen eines vierten Magnetfeldwerts, wobei der vierte Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das zweite Hall-Hilfselement in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Richtung des Stroms angrenzend an das erste primäre Hall-Element positioniert ist; ein drittes Hall-Hilfselement zum Erfassen eines fünften Magnetfeldwerts, wobei der fünfte Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und das dritte Hall-Hilfselement entlang der Achse in einem dritten Abstand vom ersten Hall-Hilfselement positioniert ist, wobei der vierte Magnetfeldwert und der fünfte Magnetfeldwert verwendet werden, um die Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor, umfassend: ein erstes primäres Hall-Element zum Erfassen eines ersten Magnetfeldwerts, wobei der erste Magnetfeldwert einem Magnetfeld zugeordnet ist, das von einem Strom erzeugt wird, der durch eine Stromschiene fließt; ein zweites primäres Hall-Element zum Erfassen eines zweiten Magnetfeldwerts, wobei der zweite Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und wobei das zweite primäre Hall-Element entlang einer Achse in einem ersten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist, wobei die Achse in eine Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom verläuft, der durch die Stromschiene fließt; ein erstes Hall-Hilfselement zum Erfassen eines dritten Magnetfeldwerts, wobei der dritte Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das erste Hall-Hilfselement in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Richtung des Stroms an das erste primäre Hall-Element angrenzend positioniert ist; und ein zweites Hall-Hilfselement zum Erfassen eines vierten Magnetfeldwerts, wobei der vierte Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, wobei das zweite Hall-Hilfselement entlang der Achse in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom, der durch die Stromschiene fließt, in einem zweiten Abstand vom ersten Hall-Hilfselement positioniert ist, und wobei der erste Magnetfeldwert, der zweite Magnetfeldwert, der dritte Magnetfeldwert und der vierte Magnetfeldwert verwendet werden, um eine Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein drittes Hall-Hilfselement zum Erfassen eines fünften Magnetfeldwerts, wobei der fünfte Magnetfeldwert dem Magnetfeld zugeordnet ist, das vom Strom erzeugt wird, der durch die Stromschiene fließt, und wobei das dritte Hall-Hilfselement entlang der Achse und in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Richtung des Stroms angrenzend an das zweite primäre Hall-Element positioniert ist, wobei das dritte Hall-Hilfselement so positioniert ist, dass das zweite Hall-Hilfselement entlang der Achse zwischen dem ersten Hall-Hilfselement und dem dritten Hall-Hilfselement positioniert ist, wobei der fünfte Magnetfeldwert verwendet wird, um die Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein drittes Hall-Hilfselement zum Erfassen eines fünften Magnetfeldwerts, wobei das dritte Hall-Hilfselement entlang der Achse in einer Richtung im Wesentlichen orthogonal zum Strom in einem dritten Abstand vom ersten primären Hall-Element positioniert ist, wobei der dritte Abstand geringer als der erste Abstand ist, sodass das dritte Hall-Hilfselement entlang der Achse und zwischen dem ersten primären Hall-Element und dem zweiten primären Hall-Element positioniert ist, und wobei der fünfte Magnetfeldwert verwendet wird, um die Strommenge zu bestimmen, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 8–10, wobei die Stromschiene eine asymmetrische externe Stromschiene ist und der magnetische Stromsensor an der asymmetrischen externen Stromschiene angebracht ist.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach einem der Ansprüche 8–11, ferner umfassend: eine oder mehrere Komponenten, um: ein Differenz-Hallsignal basierend auf dem ersten Magnetfeldwert und dem zweiten Magnetfeldwert zu erhalten; ein Hall-Hilfssignal basierend auf dem dritten Magnetfeldwert und dem vierten Magnetfeldwert zu erhalten; ein kombiniertes Differenz-Hallsignal durch lineares Kombinieren des Differenz-Hallsignals und des Hall-Hilfssignals zu bestimmen; und die Strommenge, die dem Strom zugeordnet ist, der durch die Stromschiene fließt, basierend auf dem kombinierten Differenz-Hallsignal zu bestimmen.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 12, wobei die eine oder mehreren Komponenten beim linearen Kombinieren des Differenz-Hallsignals und des Hall-Hilfssignals eingerichtet sind, um: das Differenz-Hallsignal und das Hall-Hilfssignal zu kombinieren, bevor eine Analog-Digital-Umwandlung am Differenz-Hallsignal oder Hall-Hilfssignal durchgeführt wird.
Magnetfeldbasierter Stromsensor nach Anspruch 12, wobei die eine oder mehreren Komponenten beim linearen Kombinieren des Differenz-Hallsignals und des Hall-Hilfssignals eingerichtet sind, um: das Differenz-Hallsignal und das Hall-Hilfssignal zu kombinieren, nachdem eine Analog-Digital-Umwandlung am Differenz-Hallsignal und Hall-Hilfssignal durchgeführt wurde.