TWI769049B

TWI769049B - 電流感測模組

Info

Publication number: TWI769049B
Application number: TW110129547A
Authority: TW
Inventors: 林繼謙; 李國榮; 洪永芳; 閻柏均
Original assignee: 威剛科技股份有限公司
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202307442A

Abstract

本發明公開一種電流感測模組。電流感測模組包括一電路板、一環形磁性本體以及一電流感測元件。電路板中鋪設有至少一銅箔。環形磁性本體具有內側表面、外側表面、第一端面以及第二端面。第一端面與第二端面之間具有一氣隙，氣隙具有一預定寬度。氣隙在電路板的位置的周邊形成一銅箔禁制區。電流感測元件耦接於電路板並且設置在氣隙中。銅箔禁制區的外禁制區在電路板上的垂直投影區域位於環形磁性本體在電路板上的垂直投影區域的外側。外禁制區在電路板上的垂直投影區域與環形磁性本體在電路板上的垂直投影區域不重疊。

Description

電流感測模組

本發明涉及一種電流感測模組，特別是涉及一種具有銅箔禁制區的電流感測模組。

目前，使用電流感測器，例如霍爾電流感測元件，設置在電路板上時，為了使霍爾電流感測元件不受到電磁干擾，通常會在電路板上設置霍爾電流感測元件的位置下方處不鋪銅或者不配置其他元件。然而，電路板上不鋪銅的區域亦無法進行電路佈局(layout)，換言之，電路板上用以作為電路布局的可利用面積也隨之減少。

故，如何通過結構設計的改良，使電流感測器能夠在不受到電磁干擾的同時也能夠不減少電路板上作為電路布局的可利用面積，來克服上述的缺陷，已成為該領域所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電流感測模組。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種電流感測模組，其包括一電路板、一環形磁性本體以及一電流感測元件。電路板包括堆疊的多個層板，且多個層板之間鋪設有至少一銅箔。環形磁性本體設置在電路板上，環形磁性本體具有一內側表面、一外側表面、一第一端面以及一第二端面，第一端面面對第二端面，第一端面連接在內側表面與外側表面之間，第二端面連接在內側表面與外側表面之間，第一端面與第二端面之間具有一氣隙，氣隙具有一預定寬度，氣隙在電路板的位置的周邊形成一銅箔禁制區以防止銅箔鋪設於其中。電流感測元件耦接於電路板並且設置在氣隙中。銅箔禁制區包含一外禁制區，外禁制區在電路板上的垂直投影區域位於環形磁性本體在電路板上的垂直投影區域的外側，且外禁制區在電路板上的垂直投影面積與環形磁性本體在電路板上的垂直投影面積不重疊。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電流感測模組，其能通過“電流感測元件設置在氣隙中，氣隙在電路板位置及其周邊形成一銅箔禁制區以防止銅箔鋪設於其中”以及“銅箔禁制區包含一外禁制區，外禁制區在電路板上的垂直投影區域位於環形磁性本體在電路板上的垂直投影區域的外側，且外禁制區在電路板上的垂直投影區域與環形磁性本體在電路板上的垂直投影區域不重疊”的技術方案，僅在電流感測元件所位於的氣隙位置及其周邊不鋪設銅箔，大幅減少了銅箔禁制區的面積，亦即提高電路板上作為電路布局的可利用面積。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電流感測模組”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[實施例]

參閱圖1、圖2以及圖3所示，圖1為本發明的電流感測模組的立體示意圖，圖2為本發明的電流感測模組的分解示意圖，圖3為本發明的電流感測模組的電路板的分解示意圖。本發明實施例提供一種電流感測模組M，其包括：一電路板1、一環形磁性本體2以及一電流感測元件3。本發明中的電路板可為一多層板結構的印刷電路板(Printed circuit board，PCB)，也就是說，電路板1包括堆疊的多個層板11，且多個層板11之間鋪設有至少一銅箔12，如圖3所示。然而，須說明的是，圖3中所示的電路板1僅作為示意之用途，本發明不以銅箔12的數量、尺寸以及其在電路板1中的位置為限制，且本發明也不以多個層板11的數量與尺寸為限制，合先敘明。

繼續參閱圖1與圖2所示，環形磁性本體2設置在電路板1上，環形磁性本體2可為一C型磁環，其具有一內側表面21、一外側表面22、一第一端面23以及一第二端面24。第一端面23與第二端面24相對設置且彼此相面對，第一端面23連接在內側表面21與外側表面22之間，第二端面24連接在內側表面21與外側表面22之間。第一端面23與第二端面24之間具有一氣隙(Air gap)G。氣隙G具有一預定寬度g，具體來說，預定寬度g是指第一端面23與第二端面24之間的距離。氣隙G在電路板1的位置及其周邊形成一銅箔禁制區T，而在銅箔禁制區T的範圍內，將防止銅箔鋪設於其中。電流感測元件3通過多個接點31耦接於電路板1並且設置在氣隙G中，也就是設置在第一端面23與第二端面24之間，以感應電流值大小。此外，電流感測元件3是與環形磁性本體2彼此分離。另外，舉例來說，電流感測元件3可為一霍爾電流感測元件(Hall Current Sensor)，而環形磁性本體2的材質可為一導磁材料、矽鋼或氧化鐵體，然本發明不以此為限。

參閱圖4與圖5所示，圖4為本發明的電流感測模組與銅柱的立體示意圖，圖5為本發明的電流感測模組的磁力線走向的示意圖。當一銅柱4穿設於環形磁性本體2時，銅柱4可用以傳導電流，使得環形磁性本體2產生電磁感應而在第一端面23與第二端面24之間形成多條磁力線，而多條磁力線的走向大致呈水平走向，如圖5所示，圖5的具有箭頭的方向線代表多條磁力線。另外，須說明的是，圖5中的多條磁力線的箭頭方向僅作為示意之用，多條磁力線的方向實際上可依據電流在銅柱4中的傳導方向來決定，本發明不以為限。進一步來說，電路板1具有一電路佈線結構13，電流感測元件3通過多個接點31電性連接電路佈線結構13。電路佈線結構13分布在氣隙G中的走向是由第一端面23在電路板1的位置至第二端面24在電路板1的位置，或者由第二端面24在電路板1的位置至第一端面23在電路板1的位置，也就是大致上呈水平走向。因此，多條磁力線的走向會平行於電路佈線結構13分布在氣隙G中的走向。

接著，參閱圖6所示，圖6為本發明的電流感測模組的銅箔禁制區的第一示意圖。由另一方面來說，圖6可視為銅箔禁制區T與環形磁性本體2投影在電路板1上的示意圖。銅箔禁制區T包含一外禁制區T1，外禁制區T1在電路板1上的垂直投影區域位於環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域的外側，且外禁制區T1在電路板1上的垂直投影區域與環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域彼此不重疊。另外，須說明的是，為了方便說明及清楚示意，在圖6以及後述的圖7皆省略了電流感測元件3。

承上述，進一步來說，環形磁性本體2在外側表面22與第一端面23的連接處定義出一第一角點25，環形磁性本體2在外側表面22與第二端面24的連接處定義出一第二角點26。環形磁性本體2在內側表面21與第一端面23的連接處定義出一第三角點27，環形磁性本體2在內側表面21與第二端面24的連接處定義出一第四角點28。如圖6所示，銅箔禁制區T所涵蓋的區域基本上呈一正方形，是由一第一邊線L1、一第二邊線L2、一第三邊線L3以及一第四邊線L4圍繞組成。第一邊線L1與第二邊線L2、第三邊線L3及第四邊線L4的長度等於三倍的預定寬度g，而第一邊線L1的位置是由第一角點25(或第一端面23)向左移距離一倍的預定寬度g的位置，第二邊線L2的位置是由第二角點26(或第二端面24)向右移距離一倍的預定寬度g的位置，第三邊線L3的位置是由第三角點27(或第四角點28)向下移距離一倍的預定寬度g的位置，第四邊線L4的位置是由第一角點25(或第二角點26)向上移距離一倍的預定寬度g的位置。因此，第一邊線L1平行第一端面23且與第一角點25相距一倍的預定寬度g，第二邊線L2平行第二端面24且與第二角點26相距一倍的預定寬度g，且第一角點25與第二角點26位在第一邊線L1與第二邊線L2之間，第三邊線L3及第四邊線L4連接於第一邊線L1與第二邊線L2之間，且第三邊線L3與第四邊線L4相互平行，且第三邊線L3與第四邊線L4垂直於第一邊線L1與第二邊線L2。

繼續參閱圖6所示，銅箔禁制區T除了包含外禁制區T1之外，還包含一中間禁制區T2與一內禁制區T3。中間禁制區T2連接在內禁制區T3與外禁制區T1之間，外禁制區T1與中間禁制區T2之間可由一第五邊線L5區隔，內禁制區T3與中間禁制區T2之間可由一第六邊線L6區隔。確切地說，外禁制區T1是由第一邊線L1、第二邊線L2、第四邊線L4及第五邊線L5圍繞而成，中間禁制區T2是由第一邊線L1、第二邊線L2、第四邊線L4及第五邊線L5圍繞而成，內禁制區T3是由第一邊線L1、第二邊線L2、第三邊線L3及第六邊線L6圍繞而成。外禁制區T1、中間禁制區T2及內禁制區T3都是呈長方形形狀。外禁制區T1與內禁制區T3的面積等於由三倍的預定寬度g乘上一倍的預定寬度g所構成的面積。中間禁制區T2在電路板1上的垂直投影區域與內禁制區T3在電路板1上的垂直投影區域都有部分重疊於環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域。進一步來說，中間禁制區T2的面積等於氣隙G在電路板1上的垂直投影面積的三倍，內禁制區T3與外禁制區T1對稱設置且面積相等。

本發明藉由在電路板1上設置銅箔禁制區T，在設計上僅需針對銅箔禁制區T所包含的範圍不鋪設銅箔，至於其他區域則可以進行銅箔的鋪設。由於在實際模擬中，當銅柱4傳導電流而使環形磁性本體2產生電磁感應時，環形磁性本體2的磁通密度最高的區域位於氣隙G的位置(也就是電流感測元件3所在的位置)，特別是氣隙G的外側。因此，本發明通過在氣隙G位於電路板1上的位置以及該位置的周邊設置銅箔禁制區T，涵蓋上述磁通量密度最高的區域，使得該區域不會受到銅箔造成的電磁干擾。而電路板1上除了銅箔禁制區T以外的區域，皆可以鋪設銅箔，也就是說，環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域部分重疊於銅箔鋪設在電路板1上的區域。因此，相較於習知技術中是針對環形磁性本體2在電路板上的位置皆不鋪設銅箔，本發明所提供的電流感測模組M，在電路板1所鋪設的銅箔面積遠大於習知技術中在電路板1所鋪設的銅箔面積，換言之，本發明的所提供的電流感測模組M，大幅增加了電路板1可用來進行電路佈局的面積。

參閱圖7所示，圖7為本發明的電流感測模組的銅箔禁制區的第二示意圖，其表示出銅箔禁制區T的另一實施態樣。前述已提到，由於環形磁性本體2的磁通密度最高的區域是在氣隙G的外側位置，因此，也可以僅針對這區域設置銅箔禁制區T。具體來說，環形磁性本體2在外側表面22與第一端面23的連接處定義出一第一角點25，環形磁性本體2在外側表面22與第二端面24的連接處定義出一第二角點26。外禁制區T1由一第一邊線L1、一第二邊線L2、一第三邊線L3以及一第四邊線L4圍繞組成。第一邊線L1的位置是由第一角點25(或第一端面23)向左移距離一倍的預定寬度g的位置，第二邊線L2的位置是由第二角點26(或第二端面24)向右移距離一倍的預定寬度g的位置，第三邊線L3為沿著環形磁性本體2的外側表面22形成的圓弧線，第四邊線L4的位置是由第一角點25(或第二角點26)向上移距離一倍的預定寬度g的位置。因此，第一邊線L1平行第一端面23且與第一角點25相距一倍的預定寬度g，第二邊線L2平行第二端面24且與第二角點26相距一倍的預定寬度g，且第一角點25與第二角點26位在第一邊線L1與第二邊線L2之間，第三邊線L3及第四邊線L4連接於第二邊線L2與第三邊線L3之間，且第四邊線L4垂直於第二邊線L2與第三邊線L3。第一邊線L1與第二邊線L2的長度介於一倍的預定寬度g至二倍的預定寬度g之間，第四邊線L4的長度等於三倍的預定寬度g。因此，圖7所示出的外禁制區T1的面積要略大於圖6所示的外禁制區T1的面積。因此，圖7所示出的外禁制區T1的面積大於由三倍的預定寬度g乘上一倍的預定寬度g所構成的長方形面積。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電流感測模組M，其能通過“電流感測元件3設置在氣隙G中，氣隙G在電路板1位置及其周邊形成一銅箔禁制區T以防止銅箔鋪設於其中”以及“銅箔禁制區T包含一外禁制區T1，外禁制區T1在電路板1上的垂直投影區域位於環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域的外側，且外禁制區T1在電路板1上的垂直投影區域與環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域不重疊”的技術方案，僅在電流感測元件3所位於的氣隙G位置及其周邊不鋪設銅箔，大幅減少了銅箔禁制區T的面積，亦即提高電路板1上作為電路布局的可利用面積。

進一步來說，由於在實際模擬中，當銅柱4傳導電流而使環形磁性本體2產生電磁感應時，環形磁性本體2的磁通密度最高的區域位於氣隙G的位置(也就是電流感測元件3所在的位置)，特別是氣隙G的外側，磁力線會由環形磁性本體2的缺口處(第一端面23與第二端面24)輻射出，並與電路板1的銅箔產生耦合，使得環形磁性本體2產生的電磁場會受電路板1的銅箔影響，即原本應該全部通過電流感測元件3的磁通量變成有一部分傳遞至電路板1的銅箔上，影響了電流感測元件3的準確性。因此，本發明通過在氣隙G位於電路板1上的位置以及該位置的周邊設置銅箔禁制區T，涵蓋上述磁通量密度最高的區域，使得該區域不會受到銅箔造成的電磁干擾。

更進一步來說，本發明所提供的電流感測模組M，其電路板1上除了銅箔禁制區T以外的區域，皆可以鋪設銅箔。也就是說，環形磁性本體2在電路板1上的垂直投影區域部分重疊於銅箔鋪設在電路板1上的區域。因此，相較於習知技術中是針對環形磁性本體2在電路板上的位置皆不鋪設銅箔，本發明所提供的電流感測模組M，在電路板1所鋪設的銅箔面積遠大於習知技術中在電路板1所鋪設的銅箔面積，換言之，本發明的所提供的電流感測模組M，大幅增加了電路板1可用來進行電路佈局的面積。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

M:電流感測模組 1:電路板 11:層板 12:銅箔 13:電路佈線結構 2:環形磁性本體 21:內側表面 22:外側表面 23:第一端面 24:第二端面 25:第一角點 26:第二角點 27:第三角點 28:第四角點 3:電流感測元件 31:接點 4:銅柱 T:銅箔禁制區 T1:外禁制區 T2:中間禁制區 T3:內禁制區 G:氣隙 g:預定寬度 L1:第一邊線 L2:第二邊線 L3:第三邊線 L4:第四邊線 L5:第五邊線 L6:第六邊線

圖1為本發明的電流感測模組的立體示意圖。

圖2為本發明的電流感測模組的分解示意圖。

圖3為本發明的電流感測模組的電路板的分解示意圖。

圖4為本發明的電流感測模組與銅柱的立體示意圖。

圖5為本發明的電流感測模組的磁力線走向的示意圖。

圖6為本發明的電流感測模組的銅箔禁制區的第一示意圖。

圖7為本發明的電流感測模組的銅箔禁制區的第二示意圖。

1:電路板

2:環形磁性本體

21:內側表面

22:外側表面

23:第一端面

24:第二端面

25:第一角點

26:第二角點

27:第三角點

28:第四角點

4:銅柱

T:銅箔禁制區

T1:外禁制區

T2:中間禁制區

T3:內禁制區

G:氣隙

g:預定寬度

L1:第一邊線

L2:第二邊線

L3:第三邊線

L4:第四邊線

L5:第五邊線

L6:第六邊線

Claims

一種電流感測模組，其包括：一電路板，包括堆疊的多個層板，且多個所述層板之間鋪設有至少一銅箔；一環形磁性本體，設置在所述電路板上，所述環形磁性本體具有一內側表面、一外側表面、一第一端面以及一第二端面，所述第一端面面對所述第二端面，所述第一端面連接在所述內側表面與所述外側表面之間，所述第二端面連接在所述內側表面與所述外側表面之間，所述第一端面與所述第二端面之間具有一氣隙，所述氣隙具有一預定寬度，所述氣隙在所述電路板的位置及所述位置的周邊形成一銅箔禁制區以防止所述至少一銅箔鋪設於其中；以及一電流感測元件，耦接於所述電路板並且設置在所述氣隙中；其中，所述銅箔禁制區包含一外禁制區，所述外禁制區在所述電路板上的垂直投影區域位於所述環形磁性本體在所述電路板上的垂直投影區域的外側，且所述外禁制區在所述電路板上的垂直投影區域與所述環形磁性本體在所述電路板上的垂直投影區域彼此不重疊。
如請求項1所述的電流感測模組，其中，所述環形磁性本體在所述外側表面與所述第一端面的連接處定義出一第一角點，所述環形磁性本體在所述外側表面與所述第二端面的連接處定義出一第二角點；其中，所述銅箔禁制區是由一第一邊線、一第二邊線、一第三邊線以及一第四邊線圍繞組成，所述第一邊線平行所述第一端面且與所述第一角點相距一倍的所述預定寬度，所述第二邊線平行所述第二端面且與所述第二角點相距一倍的所述預定寬度，且所述第一角點與所述第二角點位在所述第一邊線與所述第二邊線之間，所述第三邊線及所述第四邊線連接於所述第一邊線與所述第二邊線之間，且所述第三邊線與所述第四邊線相互平行，且所述第三邊線與所述第四邊線垂直於所述第一邊線與所述第二邊線。
如請求項2所述的電流感測模組，其中，所述外禁制區的面積等於由三倍的所述預定寬度乘上一倍的所述預定寬度所構成的長方形面積。
如請求項3所述的電流感測模組，其中，所述銅箔禁制區還包括一中間禁制區與一內禁制區，所述中間禁制區連接在所述外禁制區與所述內禁制區之間，所述中間禁制區的面積等於所述氣隙在所述電路板上的垂直投影面積的三倍，所述內禁制區與所述外禁制區對稱設置且面積相等。
如請求項2所述的電流感測模組，其中，所述第一邊線、所述第二邊線、所述第三邊線及所述第四邊線的長度等於三倍的所述預定寬度。
如請求項1所述的電流感測模組，其中，所述環形磁性本體在所述電路板上的垂直投影區域部分重疊所述至少一銅箔鋪設在所述電路板上的區域。
如請求項1所述的電流感測模組，其中，所述電路板具有一電路佈線結構，所述電流感測元件電性連接所述電路佈線結構，所述電路佈線結構分布在所述氣隙中的走向是由所述第一端面在所述電路板的位置至所述述第二端面在所述電路板的位置，或者由所述第二端面在所述電路板的位置至所述第一端面在所述電路板的位置。
如請求項7所述的電流感測模組，其中，當一銅柱穿設於所述環形磁性本體時，所述銅柱用以傳導一電流以使所述環形磁性本體產生電磁感應而在所述第一端面與所述第二端面之間形成多條磁力線，多條所述磁力線的走向平行於所述電路佈線結構分布在所述氣隙中的走向。
如請求項1所述的電流感測模組，其中，所述環形磁性本體在所述外側表面與所述第一端面的連接處定義出一第一角點，所述環形磁性本體在所述外側表面與所述第二端面的連接處定義出一第二角點；其中，所述外禁制區由一第一邊線、一第二邊線、一第三邊線以及一第四邊線圍繞組成，所述第一邊線平行所述第一端面且與所述第一角點相距一倍的所述預定寬度，所述第二邊線平行所述第二端面且與所述第二角點相距一倍的所述預定寬度，且所述第一角點與所述第二角點位在所述第一邊線與所述第二邊線之間，所述第三邊線及所述第四邊線連接於所述第二邊線與所述第三邊線之間，且所述第三邊線為沿著所述環形磁性本體的所述外側表面形成的圓弧線，且所述第四邊線垂直於所述第二邊線與所述第三邊線。
如請求項9所述的電流感測模組，其中，所述外禁制區的面積大於由三倍的所述預定寬度乘上一倍的所述預定寬度所構成的長方形面積。
如請求項9所述的電流感測模組，其中，所述第一邊線與所述第二邊線的長度介於一倍的所述預定寬度至二倍的所述預定寬度之間，所述第四邊線的長度等於三倍的所述預定寬度。