DE60027680T2 - Hochstromdetektor mit einer Hall-Effektanordnung - Google Patents

Hochstromdetektor mit einer Hall-Effektanordnung Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Stormdetektoren und insbesondere solche, die eine Halleffektvorrichtung verwenden, um eine Spannung proportional zur erfassten Stromstärke zu erhalten. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere damit, wie die Stromstärke, die für einen derartigen Stromdetektor zulässig ist, erhöht werden kann.
  • Der Ausdruck "Halleffektvorrichtung", der im Folgenden und in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf den Spannungsgenerator, der auf dem bekannten Halleffekt beruht, um eine Ausgangsspannung abzugeben, die direkt proportional zum angelegten Magnetfeld ist. Die Halleffektvorrichtung, die an einer Strombahn angeordnet ist, wird einem Magnetfeld ausgesetzt, das proportional zur Stärke des Stroms, der durch diese Bahn fließt, erzeugt wird. Dementsprechend wird eine Spannung proportional zur Stromstärke erzeugt. Es ist selbstverständlich, dass sich die Strombahn so nah wie möglich an der Halleffektvorrichtung befinden sollte, um eine maximal mögliche Erfassungsempfindlichkeit zu erreichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt der vorliegende Anmelder in der PCT/JP99/05408 vor, über einer Halleffektvorrichtung, die in einem Halbleitersubstrat gebildet ist, einen Isolierfilm und auf diesem Isolierfilm eine Strombahn zu bilden, die aus einer Leitschicht zum Führen eines zu erfassenden Stromes besteht. Die Strombahn ist somit von der Halleffektvorrichtung lediglich um einen Abstand gleich der Dicke des Isolierfilms beabstandet.
  • Dieser Stromdetektor nach dem Stand der Technik hat sich jedoch hinsichtlich der Stromhöhe, die von der Leitschicht-Strombahn geführt werden kann, als nicht zufrieden stellend erwiesen; sie konnte lediglich einem Strom von in etwa 10 Ampere standhalten. Stromdetektoren, die viel höhere Ströme, beispielsweise 100 Ampere, zulassen, sind sehr nachgefragt.
  • Darüber hinaus offenbart die US 5,041,780 einen Stromdetektor mit einer Halleffektvorrichtung, die von einer leitenden Grundplatte mechanisch getragen wird, die mit zwei gegenüberliegenden V-Schlitzen versehen ist, so dass eine Strombahn zwischen einem Paar gegenüberliegender Endabschnitte der Grundplatte gebildet wird. Die DE 4 410 180 A1 offenbart ebenfalls einen ähnlichen Stromdetektor.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromdetektor mit einer Halleffektvorrichtung zu schaffen, durch den ein sehr viel höherer Strom als zuvor noch genauer erfasst oder gemessen werden kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die zuvor genannte Aufgabe durch die Verwendung eines bereits existierenden Teils des Stromdetektors zu lösen, ohne einen Teil hinzuzufügen und ohne einen komplexeren oder teureren Aufbau zu schaffen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die zuerst genannte Aufgabe zu lösen, während gleichzeitig eine Verbesserung der Empfindlichkeit des Stromdetektors bis zu einem maximal möglichen Grad erfolgt.
  • Der Stromdetektor gemäß der Erfindung, wie in Anspruch 1 beansprucht, umfasst eine Halleffektvorrichtung zur Erzeugung einer Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke und eine aus Metall bestehende Grundplatte, welche die Halleffektvorrichtung trägt. Die Grundplatte ist gemäß des neuartigen Konzepts der Erfindung geschlitzt, um eine Strombahn mit einem Paar gegenüberliegender Enden zu schaffen, die jeweils mit Strombahnanschlüssen zum Zu- bzw. Abführen eines zu erfassenden oder zu messenden Stroms verbunden sind. Die Grundplatte selbst und folglich die darin gebildete Strombahn befinden sich in ausreichender Nähe zur Halleffektvorrichtung, um diese zu veranlassen, eine Spannung proportional zur Höhe des Stroms, der durch die Strombahn fließt, zu erzeugen.
  • Typischerweise ist die Strombahn in der Grundplatte in Form eines U vorgesehen, das sich benachbart zur Halleffektvorrichtung erstreckt, um diese in wirksamster Weise zu veranlassen, die Hallspannung zu erzeugen. Die U-förmige Strombahn kann festgelegt werden, indem in die Grundplatte ein J-förmiger Schlitz zur Begrenzung des inneren Randes der Strombahn und mehrere gerade Schlitze zur Begrenzung des äußeren Randes der Strombahn eingeschnitten werden.
  • Die aus Metall bestehende Grundplatte kann ohne weiteres einen Strom von in etwa 100 Ampere tolerieren. Die Strombahn benötigt mit Ausnahme der bereits existierenden Teile des Stromdetektors kein bestimmtes Teil, so dass der Stromdetektor gemäß der Erfindung sogar noch kompakter als die vergleichbaren Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist. Darüber hinaus wird, da die Strombahn durch das Einschneiden von schmalen Schlitzen in die Grundplatte gebildet wird, die Grundplatte nicht ihrer eigentlichen Funktion, nämlich dem mechanischen Tragen der Halleffektvorrichtung, entzogen.
  • Die zuvor genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art und Weise deren Ausführung und der Erfindung selbst ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht des Stromdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung, in der die Kapsel in durchsichtiger Darstellung gezeigt ist, um andere Bauteile erkennen zu können;
  • 2 ist eine Ansicht im Schnitt des Stromdetektors entlang der Linie A-A in 1;
  • 3 ist eine Draufsicht der Halleffektvorrichtung, die in dem Stromdetektor in 1 enthalten ist;
  • 4 ist eine Draufsicht einer Isolierplatte zusammen mit einer darauf befindlichen Abschirmungsschicht, die in dem Stromdetektor in 1 enthalten ist;
  • 5 ist eine Draufsicht, die die Grundplatte aus Blech mit der darin gebildeten Strombahn gemäß der Erfindung, ein Paar Strombahnanschlüsse und weitere Anschlüsse des Stromdetektors in 1 und deren relativen Positionen zeigt;
  • 6 ist eine Draufsicht eines Stanzblechs zur Verwendung bei der Herstellung der Grundplatte und der in 5 gezeigten Anschlüsse;
  • 7 ist eine vergrößerte, teilweise Ansicht im Schnitt der Halleffektvorrichtung des Stromdetektors in 1 entlang der Linie B-B;
  • 8 ist eine leicht vergrößerte Draufsicht des Halbleitersubstrats zusammen mit der darin gebildeten Halleffektvorrichtung des Stromdetektors in 1, in der insbesondere der primäre Arbeitsbereich der Halleffektvorrichtung zur Bildung einer Spannung proportional zur Stromstärke gezeigt ist;
  • 9 ist ein vergrößertes Schaltbild der Halleffektvorrichtung des Stromdetektors in 1, die zusammen mit einer Steuerstromversorgung und einem Verstärker gezeigt ist, die in dieser Ansicht zum Zwecke der Vereinfachung direkt an die Elektroden der Halleffektvorrichtung angeschlossen sind;
  • 10 ist eine Ansicht ähnlich der in 5, die jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 11 ist ebenfalls eine ähnliche Ansicht zu der in 5, die jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 12 ist ebenfalls eine Ansicht ähnlich der in 5, die jedoch noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 13 ist ebenfalls eine Ansicht ähnlich der in 5, die jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 14 ist eine Ansicht ähnlich der in 2, die jedoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 15 ist ebenfalls eine Ansicht ähnlich der in 2, die jedoch noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 16 ist eine schematische Draufsicht des Halbleitersubstrats einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 17 ist eine Ansicht ähnlich der in 5, die jedoch noch eine weitere Ausführungsform zeigt, die für das Verständnis der Erfindung zweckdienlich ist;
  • 18 ist eine vergrößerte Draufsicht des Halbleitersubstrats zusammen mit zwei darin gebildeten Halleffektvorrichtungen der Ausführungsform in 17;
  • 19 ist eine vergrößerte Ansicht im Schnitt der Ausführungsform in 17 entlang der Linie C-C in 18; und
  • 20 ist ein schematisches Schaltbild der Ausführungsform in 17, die zusammen mit einer Steuerstromversorgung und einer Ausgabeschaltung gezeigt ist.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Der allgemeine Aufbau der Ausführungsform des Stromdetektors gemäß der Erfindung, die in den 1–9 gezeigt ist, wird im Folgenden insbesondere anhand der 1 und 2 näher beschrieben. Der typische Stromdetektor umfasst:
    • 1. Eine Halleffektvorrichtung 1 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die charakteristisch für die Höhe des zu erfassenden oder zu messenden Stroms ist.
    • 2. Eine aus Metall bestehende Grundplatte 2, welche die Halleffektvorrichtung mechanisch trägt und die eine längliche Strombahn aufwiest, die gemäß der Erfindung zum Führen des zu erfassenden Stroms darin gebildet ist.
    • 3. Zwei Strombahnanschlüsse 3 und 4, die einstückig mit der Grundplatte 2 gebildet sind und direkt mit den gegenüberliegenden Enden der Strombahn in der Grundplatte verbunden sind, um den zu erfassenden Strom zuzuführen und abzuführen.
    • 4. Vier Leiteranschlüsse 5, 6, 7 und 8 zum Anschließen der Halleffektvorrichtung 1 an externe Schaltkreise.
    • 5. Eine Isolierplatte 9 zwischen der Halleffektvorrichtung 1 und der Grundplatte 2.
    • 6. Eine Abschirmungsschicht 10 zwischen der Halleffektvorrichtung 1 und der Isolierplatte 9.
    • 7. Ein Kunststoffgehäuse 11, in dem der Stromdetektor gekapselt ist, wobei lediglich Teile der zuvor genannten Strombahnanschlüsse 3 und 4 und der Leiteranschlüsse 5–8 freiliegen.
  • Wie in einer Draufsicht in den 1 und 3 gezeigt ist, hat die Halleffektvorrichtung 1 eine in etwa quadratische Form, wobei vier Elektroden 12, 13, 14 und 15 aus Aluminium oder einem ähnlichen Material entlang einer Kante davon ausgerichtet sind. 9 zeigt, dass die Elektroden 12–15 mit den vier Halbleiterbereichen 19, 20, 21 bzw. 22 des Halbleitersubstrats 18 in 8 verbunden sind. Wie darüber hinaus in 9 angegeben, werden die Elektroden 12 und 13 an eine Steuerstromversorgung 16 mit bekanntem Aufbau zum Zuführen eines Steuerstroms, und die Elektroden 14 und 15 an einen Differenzverstärker 17 zum Abgeben einer Hallspannung bei Verwendung dieser Vorrichtung angeschlossen. Tatsächlich werden jedoch die Elektroden 12–15 nicht direkt an diese externen Schaltkreise angeschlossen, sondern jeweils mit den Leiteranschlüssen 5–8 verdrahtet, die an die Schaltkreise 16 und 17 angeschlossen werden. Die Anschlüsse 5 und 6 sind folglich die Steuerstrom-Eingangsanschlüsse und die Anschlüsse 7 und 8 die Hallspannungs-Ausgangsanschlüsse.
  • In Bezug insbesondere auf die 7 und 8 hat das Halbleitersubstrat 18, das üblicherweise in Form einer rechteckförmigen Siliziumplatte vorgesehen ist, vier weitere Halbleiterbereiche 23, 24, 25 und 26 zusätzlich zu den zuvor genannten vier Halbleiterbereichen 19–22. Der fünfte Halbleiterbereich 23 des n-Leitungstyps ist, wie in einer Draufsicht in 8 zu sehen ist, in Form einer kreuzförmigen Insel vorgesehen, die in der Mitte des achten Halbleiterbereichs 26 des p-Typs gebildet ist, der den größten Teil des Halbleitersubstrats 18 einnimmt.
  • Der erste und der zweite Halbleiterbereich 19 und 20 vom n+-Typ besitzen eine höhere Konzentration von Verunreinigungen als der fünfte Halbleiterbereich 23 und sind als Inseln, die in der y-Richtung in 8 voneinander beabstandet sind, im fünften Halbleiterbereich 23 gebildet. Die erste und die zweite Elektrode 12 und 13 sind mit diesen Halbleiterbereichen 19 und 20 in ohmschen Kontakt. Wenn die Steuerstromversorgung an die Elektroden 12 und 13 wie in 9 angeschlossen wird, fließt der Steuerstrom Ic durch den fünften Halbleiterbereich 23 vom ersten 19 zum zweiten Halbleiterbereich 20, wie durch den Pfeil in 8 angegeben.
  • Der dritte und der vierte Halbleiterbereich 21 und 22 vom n+-Typ, die eine höhere Konzentration von Verunreinigungen als der fünfte Halbleiterbereich 23 besitzen, sind in etwa mittig zum fünften Halbleiterbereich 23 in der y-Richtung in 8, die senkrecht zur x-Richtung ist, in einem Abstand voneinander in der x-Richtung angeordnet. Diese Halbleiterbereiche 21 und 22 sind teilweise an den fünften Halbleiterbereich 23 und teilweise an den sechsten und siebten Halbleiterbereichen 24 und 25 des p-Typs angrenzend angeordnet und sind mit der dritten und der vierten Elektrode 14 und 15 in ohmschen Kontakt. Die Halbleiterbereiche 24 und 25 dienen zur Begrenzung der Kontaktflächen der Halbleiterbereiche 21 und 22 mit dem Halbleiterbereich 23.
  • Die Hallspannung wird zwischen dem dritten und dem vierten Halbleiterbereich 21 und 22 erhalten, wenn der Steuerstrom Ic zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich 19 und 20 mit einem Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung fließt. Daher kann der Ausdruck "primärer Arbeitsbereich" der Halleffektvorrichtung, wie er im Folgenden und in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, als der Teil des fünften Halbleiterbereichs 23 angesehen werden, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich 19 bzw. 20 und darüber hinaus zwischen dem dritten und dem vierten Halbleiterbereich 21 bzw. 22 befindet. Allgemein kann jedoch der gesamte Halbleiterbereich 23 als der primäre Arbeitsbereich der Halleffektvorrichtung angesehen werden.
  • Bezugnehmend auf die 2 und 7 ist das Halbleitersubstrat 18 mit einem Film 27 aus Siliziumoxid oder einem ähnlichen Isoliermaterial an dessen oberer Fläche versehen und mit einer Schicht 28 aus Aluminium oder einem ähnlichen nicht magnetischen Metall an dessen unterer Fläche versehen, wie in diesen Figuren zu sehen ist. Die vier Elektroden 12–15, die in den 1, 3 und 9 gezeigt sind und von denen zwei in 7 zu sehen sind, sind auf dem Isolierfilm 27 gebildet und jeweils durch darin gebildete Fenster elektrisch mit den Halbleiterbereichen 19–22 verbunden.
  • Wie am besten in 5 zu sehen ist, hat die aus Metall bestehende Grundplatte 2 eine in etwa quadratische Form mit einem Paar gegenüberliegender Kanten 29 und 30 und einem weiteren Paar gegenüberliegender Kanten 31 und 32. Die Strombahnanschlüsse 3 und 4 stehen in etwa in einem rechten Winkel von der Kante 29 der Grundplatte 2 vor, so dass die Grundplatte selbst als eine Strombahn vom Anschluss 3 zum Anschluss 4 fungiert.
  • Die Grundplatte 2 mit den Strombahnanschlüssen 3 und 4 sowie die Anschlüsse 5–8 der Halleffektvorrichtung können alle aus einem Stanzblech hergestellt sein, das in 6 gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 33 angegeben ist. Das Stanzblech 33, das typischerweise aus Kupferblech mit Nickelplattierung besteht, hat einen Rahmenabschnitt 34, der die Strombahnanschlüsse 3 und 4 überbrückt, einen weiteren Rahmenabschnitt 35, der die Anschlüsse 5–8 der Halleffektvorrichtung überbrückt, und noch einen weiteren Rahmenabschnitt 36, der die Rahmenabschnitte 34 und 35 überbrückt. Alle Anschlüsse 3–8 werden von den Rahmenabschnitten 33 und 34 entlang der strichpunktierten Linien abgetrennt, nachdem der Stromdetektor in dem Kunststoffgehäuse 11 gekapselt wurde, 1, 2 und 5. 6 zeigt einen Stanzblechabschnitt für die Grundplatte 2 und die Anschlüsse 3–8 eines Stromdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung; in der Praxis können Stanzbleche hergestellt werden, die jeweils die Grundplatten und Anschlüsse einer Vielzahl solcher Stromdetektoren umfassen.
  • Die Grundplatte 2 fungiert nicht nur als ein mechanischer Träger für die Halleffektvorrichtung 1, sondern auch als Wärmeradiator und, gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung, teilweise als eine Bahn des zu erfassenden Stromes. Um alle diese beabsichtigten Funktionen erfolgreich erfüllen zu können, kann die Grundplatte 2 in etwa in derselben Dicke wie das Halbleitersubstrat 18, d.h. von 0,5 bis 1,0 Millimeter, hergestellt sein und Abmessungen, die etwas größer als die des Halbleitersubstrats sind, aufweisen. Wenn die Halleffektvorrichtung 1 an der Grundplatte 2 über der Isolierplatte 9 angeordnet wird, wie in 1 gezeigt, stehen folglich alle vier Ränder 29–32 der Grundplatte über den Rändern der Halleffektvorrichtung 1 und der Isolierplatte 9 vor.
  • Wie durch die strichpunktierten Linien in 5 angegeben, fließt der zu erfassende Strom Is durch die Grundplatte 2 im Wesentlichen entlang der umgekehrt U-förmigen Bahn 34. Diese Strombahn wird gemäß der Erfindung durch das Einschneiden in die Grundplatte 2 von mehreren Schlitzen gebildet, die die gegenüberliegenden seitlichen Ränder der Strombahn begrenzen, wie im Folgenden anhand der 5 näher beschrieben.
  • Die Schlitze, welche die Strombahn 34 festlegen, umfassen – was vielleicht am wichtigsten ist – einen Schlitz 35 in der Form eines umgekehrten J, der einen oder den inneren Seitenrand der U-förmigen Strombahn begrenzt. Dieser J-Schlitz 35, wie er im Folgenden bezeichnet wird, ist in die Grundplatte von deren Rand 29 aus, an einer Stelle zwischen den beiden damit verbundenen Strombahnanschlüssen 3 und 4 eingeschnitten. Insbesondere besteht der J-Schlitz 35 aus einem längeren geraden Schenkel 35a, der sich geradlinig von dem Rand 29 der Grundplatte 2 aus in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 30 erstreckt und in einem kurzen Abstand davon endet, ein Schleifenstück 35c, das im rechten Winkel von dem längeren geraden Schenkel 35a aus in Richtung zum Rand 31 der Grundplatte gebogen ist, und einem kürzeren geraden Schenkel 35b, der sich von dem Schleifenstück 35c in etwa in halber Länge in Richtung zurück zur Kante 29 der Grundplatte parallel zu und beabstandet von dem längeren geraden Schenkel 35a erstreckt.
  • Des Weiteren sind zur Begrenzung des anderen oder äußeren Rands der Strombahn 34 mehrere, insbesondere sieben bei dieser speziellen Ausführungsform, zusätzliche Schlitze 36–42 in der Grundplatte 2 gebildet. Sämtliche dieser zusätzlichen Schlitze sind gerade. Der erste gerade Schlitz 36 erstreckt sich von dem Rand 30 der Grundplatte aus in Richtung zur gegenüberliegenden Kante 29 und endet kurz vor dem Schleifenstück 35c des J-Schlitzes 35. Der zweite gerade Schlitz 37 erstreckt sich von dem Eckbereich zwischen den Rändern 30 und 31 der Grundplatte in Richtung zum geometrischen Mittelpunkt der Grundplatte 2 und endet kurz vor dem J-Schlitz 35. Der dritte und der vierte gerade Schlitz 38 und 39 erstrecken sich vom Rand 31 der Grundplatte in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 32 und enden kurz vor dem kürzeren geraden Schenkel 35b des J-Schlitzes 35. Der fünfte gerade Schlitz 40 erstreckt sich von dem Eckbereich zwischen den Rändern 30 und 32 der Grundplatte in Richtung zum geometrischen Mittelpunkt der Grundplatte 2 und endet kurz vor dem J-Schlitz 35. Der sechste und der siebte gerade Schlitz 41 und 42 erstrecken sich vom Rand 32 der Grundplatte in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 31 und enden kurz vor dem längeren geraden Schenkel 35a des J-Schlitzes 35.
  • Folglich wird die U-förmige Strombahn 34 durch die Grundplatte 2 durch und zwischen den bzw. dem J-Schlitz 35 und die bzw. der unterbrochenen Linie, welche die inneren Enden der sieben geraden Schlitze 36–42 verbindet, festgelegt. Es ist klar, dass, da die beiden gegenüberliegenden Seitenbegrenzungen der Strombahn durch schmale Schlitze anstatt durch weitere große Öffnungen gebildet werden, keine wesentlichen Abschnitte der Grundplatte verloren gehen. Die Grundplatte kann daher ihre Funktion des mechanischen Tragens und des Stabilisierens des Stromdetektors weitestgehend erfüllen.
  • Die Strombahnanschlüsse 3 und 4, die an externe Schaltkreise zur Stromerfassung angeschlossen werden, sind einstückig mit der Grundplatte 2 gebildet und direkt mit den gegenüberliegenden Enden der Strombahn 34 verbunden. Der Strom Is kann durch die Bahn 34 entweder von dem Anschluss 3 zum Anschluss 4 oder umgekehrt fließen.
  • 8 verdeutlicht die Beziehung zwischen der Position des J-Schlitzes 35 in der Grundplatte 2 und der Position des Halbleiterbereichs 23, d.h. des primären Arbeitsbereichs der Halleffektvorrichtung 1 bei Betrachtung von oben in dieser Figur oder in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Grundplatte 2. Es ist klar, dass der Halbleiterbereich 23 zu einem großen Teil von dem J-Schlitz 35 umgeben oder vollständig innerhalb des äußeren Rands des J-Schlitzes enthalten ist oder, wie beispielsweise wieder in Bezug auf 5 zu sehen ist, vollständig zwischen dem Paar paralleler Schenkel der U-förmigen Strombahn 34 enthalten ist. Insbesondere ist der Abstand zwischen den äußeren Rändern der beiden geraden Schenkel 35a und 35b des J-Schlitzes 35 gleich oder etwas größer als die maximale Erstreckung des Halbleiterbereichs 23 in der x-Richtung. Darüber hinaus ist die Gesamterstreckung des geraden Schenkels 35b und des Schleifenstücks 35c des J-Schlitzes 35 in der y-Richtung in etwa gleich der Erstreckung des Halbleiterbereichs 23 in derselben Richtung.
  • Der "primäre Arbeitsbereich" der Halleffektvorrichtung 1 wurde zuvor allgemein als der fünfte Halbleiterbereich 23 definiert. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass der "primäre Arbeitsbereich" im engeren Sinn des Ausdrucks derjenige Teil des fünften Halbleiterbereichs 23 ist, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbereich 19 und 20 und zwischen dem dritten und dem vierten Halbleiterbereich 21 und 22 befindet. Gemäß dieser engeren Definition des Ausdrucks kann die Größe des J-Schlitzes 35 insofern neu definiert werden, als dass der streng genommene "primäre Arbeitsbereich" der Halleffektvorrichtung vollständig innerhalb der äußeren Ränder des J-Schlitzes angeordnet ist.
  • Bezugnehmend wieder auf 5 ist der mittlere Teil 43 der Grundplatte 2, der von dem J-Schlitz 35 umgeben ist, mit der Strombahn 34 verbunden, da der Schenkel 35b des J-Schlitzes kürzer als der andere Schenkel 35a gebildet ist. Dieser mittlere Teil 43 dient als Wärmeradiator und mechanische Stabilisierung für die Halleffektvorrichtung 1. Sozusagen die Rippen 44, die sich alle außerhalb des J-Schlitzes 35 befinden, sind nicht Teil der Strombahn, fungieren jedoch als Wärmeradiatoren und mechanische Stabilisierung für die Halleffektvorrichtung 1. Die Isolierplatte 9, 1, 2, 4 und 9, besteht aus einer in etwa quadratischen Platte aus Keramik, einem unter anderen Isoliermaterialien, die etwas größer als die Halleffektvorrichtung 1 ist. Die Isolierplatte 9, die über der Grundplatte 2 angeordnet ist, wie in den 2 und 7 zu sehen, und durch eine elektrisch isolierende Klebstoffschicht 46 daran befestigt ist, dient dazu, die Halleffektvorrichtung 1 von der Grundplatte zu isolieren und die Halleffektvorrichtung sowie die Abschirmungsschicht 10, die direkt über der Isolierplatte angeordnet ist, mechanisch zu stabilisieren.
  • Die Abschirmungsschicht 10 besteht aus einem Kupferblech oder einem ähnlichen Material, das an der Leitschicht 28 an der Unterseite der Halleffektvorrichtung 1 durch eine Schicht 45 aus einem nicht magnetischen Haftmaterial, wie z.B. Lötzinn, befestigt ist. Die Abschirmungsschicht 10 schirmt die Halleffektvorrichtung 1 von dem Einfluss externer elektrischer Felder ab. Selbstverständlich ist die Abschirmungsschicht 10 elektrisch mit dem geerdeten Anschluss 6 der Steuerstromversorgung verbunden.
  • Bezugnehmend wieder auf 1 sind die vier Elektroden 12–15 der Halleffektvorrichtung 1 mit den Steuerstrom-Eingangsanschlüssen 5 und 6 und mit den Spannungs-Ausgangsanschlüssen 7 und 8 durch Leiter 47–50 elektrisch verbunden. Das Kunststoffgehäuse 11 umgibt den gesamten Stromdetektor mit Ausnahme von Teilen der Anschlüsse 3–8.
  • Arbeitsweise
  • Zur Erfassung oder Messung des Stroms Is, der durch einen bestimmten elektrischen Schaltkreis fließt, mit dem Stromdetektor mit dem zuvor angegebenen Aufbau, können die Strombahnanschlüsse 3 und 4 an den elektrischen Schaltkreis angeschlossen werden. Darüber hinaus können die Steuerstrom-Eingangsanschlüsse 5 und 6 an die Steuerstromversorgung 16, 9, angeschlossen werden, so dass der Steuerstrom Ic, 8, durch den fünften Halbleiterbereich 23 vom ersten zum zweiten Halbleiterbereich 19 bzw. 20 fließt, und die Spannungs-Ausgangsanschlüsse 7 und 8 an den Differenzverstärker 17 angeschlossen werden.
  • Der zu messende Strom Is, der dem Stromdetektor am Strombahnanschluss 3 zugeführt wird, fließt durch die Grundplatte 2 entlang der U-förmigen Strombahn 34, die sehr nahe am fünften Halbleiterbereich 23, d.h. am primären Arbeitsbereich der Halleffektvorrichtung 1 angeordnet ist. Das Magnetfeld H wird erzeugt, das gemäß der Ampere-Regel in der durch die gestrichelten Pfeile in 7 angegebenen Richtung ausgerichtet ist. Diese Richtung des Magnetfeldes ist senkrecht zur Richtung des Steuerstroms Ic, der durch den Halbleiterbereich 23 fließt, so dass die Hallspannung zwischen den Halbleiterbereichen 21 und 22, 8 und 9, und folglich zwischen den Elektroden 14 und 15, und folglich zwischen den Hallspannungs-Ausgangsanschlüssen 7 und 8 erzeugt wird. Die Hallspannung ist proportional zur Stärke des Magnetfeldes H, das wiederum proportional zur Höhe des Stroms Is ist, so dass dieser Strom aus der Hallspannung ermittelt werden kann.
  • Die Vorteile, die durch die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung erreicht werden, können wie folgt zusammengefasst werden:
    • 1. Die Strombahn durch den Detektor ist in der aus Metall bestehenden Grundplatte 2 gebildet, welche die Halleffektvorrichtung mechanisch trägt. Folglich kann ein Strom von beispielsweise 100 Ampere durch die Strombahn in ausreichender Nähe zur Halleffektvorrichtung fließen, um eine genaue Messung zu erhalten.
    • 2. Die Strombahn in der Grundplatte ist in der Form eines U durch das Einschneiden des J-Schlitzes 35 gebildet und der Halbleiterbereich 23, d.h. der primäre Arbeitsbereich der Halleffektvorrichtung ist vollständig innerhalb des Umfangs der Strombahn angeordnet, wie in einer Draufsicht in 8 zu sehen ist. Folglich wirkt ein ausreichend großer magnetischer Fluss auf diesen Halbleiterbereich 23 ein, so dass eine hohe Erfassungsempfindlichkeit erreicht werden kann.
    • 3. Die Strombahn in der Grundplatte ist durch die Bildung der geraden Schlitze 36–42 verengt. Der konzentrierte Stromfluss durch diese Bahn bewirkt eine Zunahme der magnetischen Flusslinien, die tatsächlich auf die Halleffektvorrichtung einwirken.
    • 4. Die Rippen 44, die außerhalb der Strombahn noch vorhanden sind, dienen als Wärmeradiatoren, so dass die Erfassung von großen Strömen ohne eine Überhitzung möglich ist.
    • 5. Das Innere der U-förmigen Strombahn wird ebenfalls größtenteils beibehalten und durch den J-Schlitz begrenzt. Der beibehaltene Teil 43, 5, dient als ein Wärmeradiator und zur mechanischen Stabilisierung der Halleffektvorrichtung.
    • 6. Die geschlitzte Grundplatte, die größer als die Halleffektvorrichtung ist, kann dennoch die Vorrichtung stabil tragen.
    • 7. Trotz deren Nähe zueinander, sind die Halleffektvorrichtung 1 und die Grundplatte 2 in wirksamer Weise elektrisch voneinander durch die Isolierplatte 9 isoliert.
    • 8. Alle Teile, außer die Anschlüsse 3–8, des Stromdetektors sind gekapselt, so dass eine höhere bauliche Stabilität und Arbeitszuverlässigkeit erreicht werden können.
    • 9. Störsignale infolge von externen magnetischen und elektrischen Feldern werden durch die Abschirmungsschicht 10 unterdrückt.
    • 10. Die Grundplatte 2 und die Anschlüsse 3–8 sind kostengünstig aus gemeinsamen Stanzblechen hergestellt.
  • Zweite Ausführungsform
  • 10 zeigt eine modifizierte Grundplatte 2a gemäß der Erfindung zur Verwendung bei dem Stromdetektor der 1–9 anstelle dessen Grundplatte 2. Die modifizierte Grundplatte 2a weist ein Paar gerader Schlitze 51 und 52 auf, die in die Grundplatte 2a anstelle des J-Schlitzes 35, 5, der zuerst offenbarten Grundplatte 2 eingeschnitten sind, um die innere Begrenzung der U-förmigen Strombahn 34a festzulegen. Die übrigen Konstruktionsdetails sind wie zuvor anhand der 5 angegeben. Folglich wird beispielsweise der Außenumfang der Strombahn 34a durch die Schlitze 36–42 begrenzt.
  • Die beiden Schlitze 51 und 52 erstrecken sich parallel voneinander beabstandet von dem Rand 29 der Grundplatte 2a aus, auf halber Strecke in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 30. Der Abstand zwischen dem linken Rand, wie in 10 zu sehen, des linken Schlitzes 51 und dem rechten Rand des rechten Schlitzes 52 ist in etwa gleich der Erstreckung in x-Richtung, 8, des fünften Halbleiterbereichs 23 des Stromdetektors der 1–9, so dass der primäre Arbeitsbereich der Halleffektvorrichtung im Wesentlichen zwischen den äußeren Rändern der Schlitze 51 und 52 angeordnet ist.
  • Der zungenähnliche Teil 43a der Grundplatte 2a, der zwischen den Schlitzen 51 und 52 bestehen bleibt, ist nicht an der Führung des zu erfassenden Stromes beteiligt, sondern dient lediglich zur Wärmeabstrahlung und mechanischen Stabilisierung der Halleffektvorrichtung.
  • Dritte Ausführungsform
  • In 11 ist eine weitere modifizierte Grundplatte 2b gezeigt, aufweisend einen geraden Schlitz 53, der eine viel größere Breite als der in 5 gezeigte J-Schlitz 35 oder die in 10 gezeigten parallelen geraden Schlitze 51 und 52 hat, um den inneren Rand der U-förmigen Strombahn 34b zu begrenzen. Die Grundplatte 2b ist in den übrigen Konstruktionsdetails der Grundplatte 2 in 5 ähnlich.
  • Der breite, gerade Schlitz 53 erstreckt sich von dem Rand 29 der Grundplatte 2b aus, auf halbem Weg zum gegenüberliegenden Rand 30. Die Breite dieses Schlitzes entspricht in etwa der Erstreckung des in 8 gezeigten fünften Halbleiterbereichs 23 der Halleffektvorrichtung 1 in x-Richtung und ist geringer als die Erstreckung des Halbleitersubstrats 18 in derselben Richtung. Die Länge des Schlitzes 53 ist größer als die Erstreckung des Halbleiterbereichs 23 in y-Richtung.
  • Folglich ist die Strombahn 34b so gebildet, dass sie im Wesentlichen den Halbleiterbereich 23 der Halleffektvorrichtung umgibt. Der Stromdetektor, der diese Grundplatte 2b verwendet, besitzt daher, mit Ausnahme des fünften Vorteils, alle der zehn bezüglich der Ausführungsform der 1–9 angegebenen zehn Vorteile.
  • Vierte Ausführungsform
  • Eine weitere, in 12 gezeigte modifizierte Grundplatte 2c ist der Grundplatte 2 in 5 darin ähnlich, dass der J-Schlitz 35 die innere Begrenzung der U-förmigen Strombahn 34c festlegt, unterscheidet sich jedoch darin, dass die drei geraden Schlitze 37–39, die einen Teil des Außenumfangs der Strombahn festlegen, nicht vorhanden sind. Anstelle dieser fehlenden Schlitze ist ein einziger gerader Schlitz 54 vorgesehen, der sich von dem Rand 30 aus über mehr als die Hälfte in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 29 erstreckt. Somit wird der Außenumfang der Strombahn 34c von diesem zusätzlichen geraden Schlitz 54 und der verbleibenden geraden Schlitze 36 und 40–42 begrenzt.
  • Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Grundplatte 2c eine größere Erstreckung in x-Richtung hat, wobei eine Strombahnverlängerung 55 vorgesehen ist, die teilweise von der U-förmigen Strombahn 34c durch den zusätzlichen geraden Schlitz 54 getrennt ist, die jedoch mit einem Ende dieser Strombahn direkt verbunden ist, da der Schlitz 54 kurz vor dem Rand 29 endet. Der erste Strombahnanschluss 3 ist mit dieser Strombahnverlängerung 55 am Rand 30 der Grundplatte verbunden. Der zweite Strombahnanschluss 4 befindet sich in derselben Position wie bei allen vorhergehenden Ausführungsformen.
  • Das möglicherweise auffälligste Merkmal dieser Grundplatte 2c besteht darin, dass die beiden Strombahnanschlüsse 3 und 4 in entgegengesetzten Richtungen von dieser vorstehen. Diese Anschlussanordnung kann bei einigen Anwendungen der Erfindung vorteilhaft sein.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 13 zeigt eine geringfügige Modifizierung 2d der in 12 gezeigten Grundplatte 2c. Anstelle des J-Schlitzes 35 der Grundplatte 2c ist ein Paar gerader Schlitze 51 und 52 gebildet, die den mit denselben Bezugszeichen in 10 angegebenen Schlitzen ähnlich sind. Die Grundplatte 2d ist mit der Grundplatte 2c bezüglich der übrigen Konstruktionsdetails identisch.
  • Sechste Ausführungsform
  • 14 zeigt einen weiteren modifizierten Stromdetektor in einer der 2 ähnlichen Ansicht. Dieser modifizierte Stromdetektor unterscheidet sich von dem der 1–9 lediglich darin, dass die Isolierplatte 9 eine Verlängerung 9a aufweist, die, wie in 14 zu sehen ist, nach unten abgewinkelt ist, um zwischen der Grundplatte 2, die einen beliebigen hierin offenbarten Aufbau haben kann, und dem Satz Leiteranschlüsse 5–8 einzugreifen. Die Isolierplattenverlängerung 9a dient zur besseren Isolierung der Leiteranschlüsse von der Grundplatte.
  • Siebte Ausführungsform
  • Ungeachtet der Lehre der in den 1–9 und der 14 gezeigten Ausführungsform ist das Vorsehen der Isolierplatte 9 nicht zwingend erforderlich. Folglich ist in 15, die ebenfalls eine Ansicht ähnlich der 2 ist, ein Stromdetektor gezeigt, der weder eine Isolierplatte noch eine Abschirmungsschicht aufweist.
  • Eine Untersuchung hat ergeben, dass keine Schwierigkeiten bei einem Fehlen der Isolierplatte 9 auftreten. Auch ohne die Abschirmungsschicht 10 ist die Halleffektvorrichtung vor externen Störsignalen durch das Halbleitersubstrat 18 geschützt, wenn dieses aus Silizium besteht, das eine relativ hohe Leitfähigkeit aufweist. Dieser Stromdetektor kann daher an Einsatzorten gegen Störsignale geschützt verwendet werden, da er in allen übrigen Belangen dieselben Vorteile besitzt wie die Ausführungsform in den 1–9.
  • Achte Ausführungsform
  • Jeder der hierin offenbarten Stromdetektoren kann einstückig mit dem in 9 gezeigten und mit dem Bezugszeichen 17 angegebenen Verstärker gebildet sein. 16 zeigt ein Halbleitersubstrat 18a, auf dem sowohl eine Halleffektvorrichtung 61 sowie ein Verstärker 62 gebildet sind. Der Stromdetektor, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und nicht nur die Halleffektvorrichtung 61 sondern auch den Verstärker 62 umfasst, ist einfacher in der Handhabung, wobei der Verstärker kostengünstiger in der Herstellung ist.
  • Neunte Ausführungsform
  • Die 17–20 beziehen sich auf die letzte Ausführungsform, die zum Verständnis der Erfindung dient, und unterscheidet sich von allen vorhergehenden darin, dass sie zwei Halleffektvorrichtungen zum gemeinsamen Erfassen eines Stromes umfasst. Die beiden Halleffektvorrichtungen, die in den 18–20 mit den Bezugszeichen 1 und 1' angegeben sind, haben beide denselben Aufbau wie die Halleffektvorrichtung der Ausführungsform der 1–9. Die verschiedenen Teile der ersten Halleffektvorrichtung 1 sind daher in den 18–20 mit denselben Bezugzeichen angegeben, die zur Bezeichnung der entsprechenden Teile der Vorrichtung 1 in den 1–9 verwendet wurden, und die verschiedenen Teile der zweiten Halleffektvorrichtung 1' sind durch das Versehen der Bezugszeichen, die die entsprechenden Teile der ersten Vorrichtung 1 bezeichnen, mit einem Hochstrich angegeben.
  • Wie in 19 gezeigt, sind beide Halleffektvorrichtungen 1 und 1' in ein- und demselben Halbleitersubstrat 18b gebildet, obwohl die beiden Vorrichtungen auch in getrennten Substraten gebildet sein können. Dieses Substrat 18b ist über die Abschirmungsschicht 45 und die Isolierplatte 9 an einer Grundplatte 34e befestigt, genauso wie das Substrat 18 in 7 der Halleffektvorrichtung 1 der Ausführungsform in den 1–9. Eine weitere diesbezügliche Beschreibung der Halleffektvorrichtungen 1 und 1' ist nicht erforderlich.
  • Die Grundplatte 2e dieses Stromdetektors ist, wie in 17 gezeigt, modifiziert, um sowohl die beiden Halleffektvorrichtungen 1 und 1' mechanisch zu stabilisieren und um eine liegend S-förmige Strombahn 34e zu schaffen, entlang welcher der Strom in der Nähe der Halbleiterbereiche 23 und 23', d.h. der primären Arbeitsbereiche beider Vorrichtungen fließen kann. Die S-förmige Strombahn 34e wird durch zwei J-Schlitze 35 und 35' und acht gerade Schlitze 36, 36', 40–42, und 40'–42' gebildet. Selbstverständlich sind der J-förmige Schlitz 35 und die vier geraden Schlitze 36 und 40–42 in die Grundplatte 2e genauso wie deren Gegenstücke in 5 eingeschnitten, so dass die rechte Hälfte der S-förmigen Strombahn 34e festgelegt wird, wie in 17 zu sehen.
  • Die linke Hälfte der Strombahn 34 wird so dann durch den anderen J-Schlitz 35' und die anderen geraden Schlitze 36' und 40'–42' gebildet. Der J-Schlitz 35', der dieselbe Form und Größe wie der J-Schlitz 35 hat, ist in die Grundplatte 2e von deren Rand 30 aus eingeschnitten. Der gerade Schlitz 36' erstreckt sich von dem Rand 29 der Grundplatte in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 30 und endet kurz vor dem Schleifenstück des J-Schlitzes 35'. Der gerade Schlitz 40' erstreckt sich von dem Eckbereich zwischen den Rändern 29 und 31 in Richtung zur geometrischen Mitte der Grundplatte 2e und endet kurz vor dem J-Schlitz 35'. Die geraden Schlitze 41' und 42' erstrecken sich vom Rand 31 in Richtung zum gegenüberliegenden Rand 32 und enden kurz vor dem J-Schlitz 35'.
  • Demnach besteht die S-förmige Strombahn 34e aus einem ersten Teil 81 zwischen dem Rand 31 der Grundplatte und dem J-Schlitz 35', einem zweiten Teil 82 zwischen dem J-Schlitz 35' und dem Rand 29 der Grundplatte, einem dritten Teil 83 zwischen den J-Schlitzen 35 und 35', einem vierten Teil 84 zwischen dem J-Schlitz 35 und dem Rand 30 der Grundplatte, und einem fünften Teil 85 zwischen dem J-Schlitz 35 und dem Rand 32 der Grundplatte. Der Strombahnanschluss 3 ist mit dem Rand 30 der Grundplatte an einer Stelle verbunden, die ein Ende der Strombahn 34e bildet. Der andere Strombahnanschluss 4 ist mit dem Rand 29 der Grundplatte an einer Stelle verbunden, die das andere Ende der Strombahn 34e bildet.
  • Aus der Betrachtung der 17 wird klar, dass sich der primäre Arbeitsbereich 23 der ersten Halleffektvorrichtung 1 zwischen dem dritten und dem fünften Teil 83 bzw. 85 der Strombahn 34e befindet. Der primäre Arbeitsbereich 23' der zweiten Halleffektvorrichtung 1' befindet sich zwischen dem ersten und dem dritten Teil 81 bzw. 83 der Strombahn 34e. Der Mittelteil 83 der Strombahn 34e wird somit von beiden Vorrichtungen 1 und 1' gemeinsam genutzt.
  • 20 verdeutlicht, wie die beiden Halleffektvorrichtungen 1 und 1' an eine Steuerstromversorgung 16a und an einen Verstärker 17a angeschlossen werden, die beide für die Verwendung mit Stromdetektoren mit zwei Halleffektvorrichtungen geeignet sind. Die Elektroden 12 und 13 der ersten Halleffektvorrichtung 1, die für die Ausführungsform der 1–9 anhand der 9 beschrieben wurden, und die entsprechenden Elektroden 12' und 13' der zweiten Halleffektvorrichtung 1 sind jeweils an den vier Ausgängen der Steuerstromversorgung 16a angeschlossen.
  • Die Verstärkerschaltung 17a umfasst drei Differenzverstärker 71, 72 und 73. Der erste Verstärker 71 ist mit einem nicht invertierenden Eingang mit der Elektrode 14, und mit einem invertierenden Eingang mit der Elektrode 15 der ersten Halleffektvorrichtung 1 verbunden. Der zweite Verstärker 72 ist mit einem nicht invertierenden Eingang mit der Elektrode 14' und mit einem invertierenden Eingang mit der Elektrode 15' der zweiten Halleffektvorrichtung 1' verbunden. Die Ausgänge der Verstärker 71 und 72 sind mit dem dritten Verstärker 73 verbunden.
  • Arbeitsweise der neunten Ausführungsform
  • Wenn der Strom Is entlang der S-förmigen Strombahn 34e in der Grundplatte 2e in Richtung des Pfeils in 17 von dem Anschluss 3 zum Anschluss 4 fließt, sind die Magnetfelder H, die auf die beiden Halleffektvorrichtungen 1 und 1' einwirken, in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet, die durch die Pfeile in 19 angegeben sind. Folglich geben die Differenzverstärker 71 und 72 Hallspannungen Vh1 und –Vh2 mit entgegengesetzten Polaritäten ab. Durch das Zuführen dieser Hallspannungen dem dritten Differenzverstärker 73 wird eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung Vh1 – (–Vh2) = Vh1 + Vh2 gebildet. Der Ausgang des Verstärkers 73 entspricht daher der Summe der absoluten Werte der Ausgänge Vh1 und –Vh2 der beiden Verstärker 71 und 72. Dasselbe Ausgangssignal könnte selbstverständlich auch dadurch erhalten werden, dass ein Inverter an der Ausgangsstufe des Verstärkers 72 und ein Addierer anstelle des Verstärkers 73 vorgesehen wird.
  • Die Vorteile, die ausschließlich durch diese neunte Ausführungsform, die für das Verständnis der Erfindung zweckdienlich ist, erreicht werden, sind wie folgt:
    • 1. Eine höhere Empfindlichkeit wird erreicht, da der Strom bezüglich der Summe der Absolutwerte der Ausgangssignale der beiden Halleffektvorrichtungen erfasst wird.
    • 2. Trotz der Verwendung von zwei Halleffektvorrichtungen wird die daraus resultierende Zunahme der Abmessungen auf ein Minimum reduziert, da sie den Mittelteil 83, 17, der S-förmigen Strombahn 34e gemeinsam nutzen.
    • 3. Da die beiden Halleffektvorrichtungen in den entgegengesetzten Richtungen mit den Magnetfeldern H infolge des Fließens des Stromes Is entlang der S-förmigen Strombahn 34e beaufschlagt werden, erfolgt eine Aufhebung der Störsignalkomponenten der Ausgangsspannungen der beiden Vorrichtungen aufgrund der externen magnetischen Felder. Es wird angenommen, dass Vo die Hallspannung jeder Halleffektvorrichtung infolge eines externen magnetischen Feldes ist. Dann ist das Ausgangssignal des ersten Verstärkers 71 definiert als Vh1 + V0, das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers 72 definiert als –Vh2 + V0, und das Augsangssignal des dritten Verstärkers 73 definiert als Vh1 + V0 – (–Vh2 + V0) = Vh1 + Vh2.
  • Mögliche Modifizierungen
  • Trotz der vorhergehenden genauen Offenbarung wird die vorliegende Erfindung nicht durch die genauen Darstellungen der Zeichnungen oder durch deren Beschreibung eingeschränkt. Es folgt eine kurze Auflistung der möglichen Modifizierungen, Veränderungen und Anpassungen der dargestellten Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen:
    • 1. Eine magnetische Kollektorplatte kann an der Oberfläche des Halbleitersubstrats beabstandet von der Grundplatte bei allen der offenbarten Ausführungsformen vorgesehen sein.
    • 2. Nur ein vorbestimmter Teil des ankommenden Stromes kann entlang der Strombahn in der Grundplatte geführt werden, um seine gesamte Größe zu messen.
    • 3. Das Halbleitersubstrat 23 kann aus anderen Halbleitermaterialien als Silizum, wie beispielsweise ein 3–5-Gruppen-Verbundsstoffmaterial, hergestellt sein. Obwohl das resultierende Substrat anfälliger auf externe Magnetfelder oder Induktionsrauschen ist, treten aufgrund der Abschirmungsschicht 10 keine Schwierigkeiten auf.
    • 4. Die Isolierplatte 9 und/oder die Abschirmungsschicht 17 können bei den zweiten bis sechsten und achten bis neunten Ausführungsformen wie bei der siebten Ausführungsform weggelassen werden.

Claims (16)

  1. Stromdetektor zur Erfassung oder Messung eines elektrischen Stroms, aufweisend – eine Halleffektvorrichtung (1) zur Erzeugung einer Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke, – eine aus Metall bestehende Grundplatte (2, 2a–2d), welche die Halleffektvorrichtung (1) mechanisch trägt, und – ein Paar Strombahnanschlüsse (3 und 4) zum Zu- bzw. Abführen eines zu erfassenden oder zu messenden Stroms, wobei – die Grundplatte (2, 2a–2d) geschlitzt ist, um eine Strombahn (34, 34a–34d) zu bilden, die ein Paar gegenüberliegender Enden hat, die jeweils mit den Strombahnanschlüssen (3 bzw. 4) verbunden sind, – sich die Strombahn (34, 34a–34d) nahe der Halleffektvorrichtung (1) befindet, um diese zu veranlassen, eine Spannung proportional zur Höhe eines Stromes zu erzeugen, der durch die Strombahn (34, 34a–34d) fließt, und – die Halleffektvorrichtung (1) einen primären Arbeitsbereich (23) aufweist, wobei der primäre Arbeitsbereich (23), der einer der Halbleiterbereiche ist, welche die Halleffektvorrichtung bilden, einem magnetischen Feld ausgesetzt ist, das durch den Strom erzeugt wird, der durch die Strombahn fließt, um die Spannung proportional zur Höhe des Stromes, der durch die Strombahn (34, 34a–34d) in der Grundplatte (2, 2a–2d) fließt, zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2, 2a–2d) so geschlitzt ist, dass die Strombahn (34, 34a–34d) in der Grundplatte (2, 2a–2d) eine U-förmige Form hat, und sich der primäre Arbeitsbereich (23) bei Betrachtung in Richtung senkrecht zur Grundplatte (2a–2d) innerhalb der U-förmigen Strombahn (34, 34a–34d) befindet.
  2. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Grundplatte (2, 2a–2d) wenigstens ein Schlitz (35, 51, 52, 53), der einen seitlichen Rand der U-förmigen Strombahn (34, 34a–34d) begrenzt, und wenigstens ein weiterer Schlitz (36–43), der einen weiteren seitlichen Rand der Strombahn (34, 34a–34d) begrenzt, gebildet ist.
  3. Stromdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Rand der Strombahn (34, 34a–34d) durch mehrere gerade Schlitze (36–43), die in die Grundplatte (2, 2a–2d) eingeschnitten sind, begrenzt wird.
  4. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Strombahn (34, 34a–34d) wenigstens teilweise durch einen J-förmigen Schlitz (35), der in die Grundplatte (2, 2a–2d) eingeschnitten ist, gebildet wird.
  5. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Strombahn (34, 34a–34d) wenigstens teilweise durch ein Paar gerader Schlitze (51 und 52), die in die Grundplatte (2, 2a–2d) eingeschnitten sind und die sich parallel zueinander beabstandet erstrecken, gebildet wird.
  6. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Strombahn (34, 34a–34d) wenigstens teilweise durch einen einzelnen geraden Schlitz (53), der in die Grundplatte (2, 2a–2d) eingeschnitten ist, gebildet wird.
  7. Stromdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Grundplatte (2, 2a–2d) ein im Wesentlichen rechteckförmiges Blechteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombahnanschlüsse (3 und 4) einstückig mit einem Rand (29) der Grundplatte (2, 2a–2d) verbunden sind.
  8. Stromdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Grundplatte (2, 2a–2d) ein im Wesentlichen rechteckförmiges Blechteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strombahnanschluss (4) einstückig an einem ersten Rand (29) der Grundplatte (2a–2d) gebildet ist und direkt mit einem Ende der U-förmigen Strombahn (34c, 34d) verbunden ist, und der andere Strombahnanschluss (3) einstückig an einem zweiten Rand (30) der Grundplatte (2a–2d) gegenüberliegend dem ersten Rand (29) gebildet ist und mit dem anderen Ende der Strombahn (34c, 34d) über eine Verlängerung (55) davon verbunden ist.
  9. Stromdetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2a–2d) wenigstens einen Schlitz (35, 51–53), der von dem ersten Rand (29) aus eingeschnitten ist, um einen seitlichen Rand der U-förmigen Strombahn (34, 34a–34d) zu begrenzen, und einen weiteren Schlitz (54), der von dem zweiten Rand (30) aus eingeschnitten ist, um die Verlängerung (55) der Strombahn (34, 34a–34d) zu bilden, aufweist.
  10. Stromdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Rand der U-förmigen Strombahn (34, 34a–34d) durch einen J-förmigen Schlitz (35) begrenzt ist.
  11. Stromdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rand der U-förmigen Strombahn (34, 34a–34d) durch ein Paar gerader Schlitze (51 und 52) begrenzt ist, die in die Grundplatte (2, 2a–2d) so eingeschnitten sind, dass sie parallel zueinander beabstandet verlaufen.
  12. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierplatte (9) zwischen der Grundplatte (2a–2d) und der Halleffektvorrichtung (1) angeordnet ist.
  13. Stromdetektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmungsschicht (10) zwischen der Halleffektvorrichtung (1) und der Isolierplatte (9) angeordnet ist.
  14. Stromdetektor nach Anspruch 1, wobei die Halleffektvorrichtung (1) mehrere Leiteranschlüsse (6–9) zum Anschließen an externe Schaltkreise hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranschlüsse (6–9) aus demselben Blechstanzteil wie die Grundplatte (2a–2d) geschnitten sind.
  15. Stromdetektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (11) aus einem elektrisch isolierenden Material sämtliche der angeführten Komponenten des Stromdetektors mit Ausnahme von Teilen der Strombahnanschlüsse und der Leiteranschlüsse umgibt.
  16. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halleffektvorrichtung (1) aus einem Halbleitersubstrat (18a) besteht, in dem weiterhin ein Verstärker (62) zum Verstärken der Ausgangsspannung der Halleffektvorrichtung (1) gebildet ist.
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