混合闭环/开环磁电流传感器制造技术

本申请案涉及混合闭环/开环磁电流传感器。本发明专利技术呈现具有闭环及开环电路的混合磁电流传感器与感测设备(2)，所述闭环及开环电路采用第一及第二集成磁传感器(10、20)来感测磁芯结构间隙中的磁场以在标称电流范围中经由具有所述第一传感器(10)的闭环磁路提供高准确度电流测量以及在经扩展第二范围中使用所述第二传感器(20)提供开环电流测量，从而适应主机系统中的过电流条件以及提供冗余电流感测功能性。

【技术实现步骤摘要】
混合闭环/开环磁电流传感器相关申请案交叉参考本申请案主张2013年8月7日申请且标题为“混合闭环/开环磁电流传感器(HYBRIDCLOSED-LOOP/OPEN-LOOPMAGNETICCURRENTSENSOR)”的第61/863,294号美国临时专利申请案的优先权及权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及电流传感器，且更特定来说涉及闭环非接触电流感测系统。
技术介绍
在多种应用中采用无接触电流感测来安全地测量电流，特别是测量高电流电平。开环电流感测提供具成本效益的解决方案，其中由穿过电导体的电流产生的磁场集中在磁芯内部且磁传感器测量所述场并提供用于估计所述电流的输出信号。开环方法通常消耗很少电力，且可使用低敏感度传感器来测量高电流。然而，开环方法遭受不良准确度，这通常归因于芯及/或传感器的非线性度。可借助环绕电导体的磁芯来采用闭环电流感测技术，其中次级绕组或补偿线圈提供于芯上且由传感器驱动直到所述芯内的磁通量是零为止。测量此时的次级电流，且其通常与在所关注电导体中流动的初级电流成比例。闭环方法与开环技术相比通常提供经改进的准确度，且因此在使用电流测量来调节主机系统性能的应用或电力计量应用中为优选的。然而，闭环电流感测通常限制于补偿线圈驱动器电路的能力，且适应高的所感测电流范围为昂贵的且消耗显著量的电力。因此，闭环技术对于某些高电流感测应用来说并不经济，而开环技术在标称或预期电流电平下可能不能提供所需水平的电流感测准确度。此外，某些电流感测应用需要冗余度及/或自测试能力来确保正确的测量，但两个或两个以上并联电流传感器的提供显著影响成本及系统复杂性且占据主机系统中的较多空间。因此，仍需要经改进的电流感测系统及设备。
技术实现思路
提供用于非接触电流测量的混合闭环/开环技术及设备，借此可减轻或克服前述及其它缺点。揭示用以通过以下方式来促进在其中在标称电流范围内需要良好准确度且可以减小的准确度要求在无显著成本及大小影响的情况下测量显著较高的电流电平的情形中进行电流测量的集成双传感器设备实施例：提供闭环电流感测技术的准确度益处结合开环传感器以在系统过载条件期间适应某种电流感测措施。此外，所揭示的实施例可用于通过冗余电流感测能力促进增强的系统完整性及自测试。在某些实施例中提供混合闭环、开环磁电流传感器设备，其包含集成电路，所述集成电路具有形成为所述集成电路结构的部分的第一及第二电流感测电路。第一电流感测电路包含第一磁传感器连同驱动器电路，所述驱动器电路用以至少部分地根据第一磁传感器输出信号在闭环磁路中提供补偿信号以驱动与受在导体中流动的所测量电流的磁影响的芯结构相关联的补偿线圈。此外，所述第一电流感测电路包含补偿感测电路，所述补偿感测电路至少部分地根据来自所述驱动器电路的所述补偿信号提供第一电流传感器信号。所述设备进一步包含：第二电流感测电路，其具有形成为所述集成电路结构的部分的第二磁传感器，提供第二电流传感器信号；及输出电路，其至少部分地根据所述第一电流传感器信号及/或所述第二电流传感器信号提供表示在所述导体中流动的所述电流的输出信号。在某些实施例中，在闭环磁路中采用的第一磁传感器为具有对应激励与感测电路的磁通门传感器，且在各种实施例中，第二磁传感器可为霍尔传感器，例如垂直霍尔传感器。在某些实施例中，所述驱动器电路在第一电流范围的全部或至少一部分内在第一模式中提供处于表示在导体中流动的电流的电平的补偿信号以将闭环磁路调节为恒定通量水平，且在各种实施例中，所述驱动器可在第二电流范围内在第二模式中中断所述补偿信号或提供处于恒定电平的补偿。在某些实施例中，所述输出电路提供分别表示第一及第二电流传感器信号的单独第一及第二输出信号，或可在所述第一电流范围内基于所述第一电流传感器信号而提供一个输出信号且在所述第二范围的至少一部分内基于所述第二电流传感器信号而提供所述输出信号。此外，在各种实施例中，所述输出电路通过模拟电路及/或通过基于电流传感器信号而对经转换数字值的运算将输出信号提供为所述第一电流传感器信号与所述第二电流传感器信号的和或其它函数。某些实施例包含逻辑电路，其将所述第一磁传感器输出信号及所述第二电流传感器信号中的一者或两者与对应阈值进行比较，且所述逻辑电路在经比较信号低于所述阈值时将所述输出电路控制于第一状态中以基于所述第一电流传感器信号而提供输出信号，且在经比较信号大于或等于所述对应阈值时将所述输出电路控制于第二状态中以至少部分地根据所述第二电流传感器信号而提供所述输出信号。根据本专利技术的其它方面提供一种电流感测设备，其包含第一电流感测电路，所述第一电流感测电路具有根据磁场提供第一磁传感器输出信号的磁通门传感器电路、至少部分地根据所述第一磁传感器输出信号在闭环磁路中提供补偿信号的驱动器电路及至少部分地根据来自所述驱动器电路的所述补偿信号提供第一电流传感器信号的补偿感测电路。所述设备进一步包含：霍尔传感器，其至少部分地根据所述磁场提供第二电流传感器信号；以及输出电路，其在第一电流范围的至少一部分内根据所述第一电流传感器信号且在第二电流传感器信号根据所述第二电流传感器信号提供一或多个输出信号。根据本专利技术的其它方面提供一种混合闭环、开环磁电流传感器，其包含：磁敏感芯结构，其容纳电导体；补偿线圈，其具有围绕所述芯的至少一个绕组；及集成电路，其具有：用于使用闭环磁路来测试所述导体中的电流的构件，所述闭环磁路包括形成于所述集成电路上或中的磁通门传感器；以及用于使用开环磁路来测试所述电流的构件，所述开环磁路具有形成于所述集成电路上或中的霍尔传感器。附图说明以下描述及图式详细地陈述本专利技术的某些说明性实施方案，其指示可实施本专利技术的各种原理的数种示范性方式。然而，所图解说明的实例并非对本专利技术的许多可能实施例的详尽说明。将在结合图式考虑的以下详细描述中陈述本专利技术的其它目标、优点及新颖特征，图式中：图1是图解说明根据一或多个实施例用于闭环、开环电流感测的具有集成到安置于磁芯间隙内的单个集成电路中的两个磁传感器的示范性混合电流感测系统的示意图；图2是图解说明根据一或多个实施例的集成磁传感器及相关联激励与感测电路的进一步细节的示意图；图3是图解说明第一及第二磁传感器以及对应集成电路的一部分在图1及2的电流传感器系统中的磁芯的间隙内的定位的部分前视立面图；图4是图解说明图1的电流感测系统中的提供对应于闭环及开环传感器电路中的选定一者的电压输出信号的示范性输出电路实施例的示意图；图5是图解说明包含模/数转换器的提供对应于闭环及开环传感器电路中的选定一者的数字输出的另一输出电路实施例的示意图；图6是图解说明电流感测系统中的提供对应于闭环及开环传感器电路的单独第一及第二电压输出的另一输出电路实施例的示意图；图7是图解说明包含对应于闭环及开环传感器电路的单独输出以及经组合输出的另一输出电路实施例的示意图；图8是图解说明图1的电流感测系统中的各种电信号的波形图，其展示其中闭环补偿线圈驱动器电路在第一电流感测范围中操作且在第二较高电流感测范围中选择性地被停用的实施例；且图9是图解说明电流感测设备的另一实施例中的电信号的波形图，其中补偿线圈驱动器电路在第二较高电流感测范围中提供固定电平的补偿线圈激励。具体实施方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测在导体中流动的电流的设备，其包括：集成电路结构，其具有第一侧；第一电流感测电路，其包含：第一磁传感器，其形成为所述集成电路结构的部分且操作以根据沿大体平行于所述集成电路结构的所述第一侧的第一方向的磁场提供第一磁传感器输出信号，驱动器电路，其操作以至少部分地根据所述第一磁传感器输出信号在闭环磁路中提供补偿信号以驱动补偿线圈来激励受在所述导体中流动的所述电流的磁影响的芯结构，及补偿感测电路，其形成为所述集成电路结构的部分且操作以至少部分地根据来自所述驱动器电路的所述补偿信号提供第一电流传感器信号；第二电流感测电路，其包含形成为所述集成电路结构的部分的第二磁传感器且操作以至少部分地根据沿所述第一方向的所述磁场提供第二电流传感器信号；及输出电路，其操作以至少部分地根据所述第一电流传感器信号及所述第二电流传感器信号中的至少一者提供表示在所述导体中流动的所述电流的至少一个输出信号。

【技术特征摘要】
2013.08.07 US 61/863,294;2014.02.28 US 14/193,0231.一种用于感测在导体中流动的电流的设备，其包括：集成电路结构，其具有第一侧；第一电流感测电路，其包含：第一磁传感器，其形成为所述集成电路结构的部分且操作以根据沿大体平行于所述集成电路结构的所述第一侧的第一方向的磁场提供第一磁传感器输出信号，驱动器电路，其操作以至少部分地根据所述第一磁传感器输出信号在闭环磁路中提供补偿信号以驱动补偿线圈来激励受在所述导体中流动的所述电流的磁影响的芯结构，及补偿感测电路，其形成为所述集成电路结构的部分且操作以至少部分地根据来自所述驱动器电路的所述补偿信号提供第一电流传感器信号；第二电流感测电路，其包含形成为所述集成电路结构的部分的第二磁传感器且操作以至少部分地根据沿所述第一方向的所述磁场提供第二电流传感器信号；及输出电路，其操作以至少部分地根据所述第一电流传感器信号及所述第二电流传感器信号中的至少一者提供表示在所述导体中流动的所述电流的至少一个输出信号。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动器电路在于所述导体中流动的所述电流的第一电流范围的至少一部分内在第一模式中操作以提供处于表示在所述导体中流动的所述电流的电平的所述补偿信号以将所述闭环磁路中的通量密度调节为恒定水平。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述驱动器电路在于所述导体中流动的所述电流的第二电流范围内在第二模式中操作以中断提供所述补偿信号，且其中所述第二电流范围的最大值在所述第一电流范围之外。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第二电流传感器信号表示在于所述导体中流动的所述电流的第二电流范围内沿所述第一方向的所述磁场，其中所述第二电流范围的最大值在所述第一电流范围之外，且其中所述输出电路操作以在所述第一电流范围内基于所述第一电流传感器信号而提供所述至少一个输出信号且在所述第二电流范围的至少一部分内基于所述第二电流传感器信号而提供所述至少一个输出信号。5.根据权利要求2所述的设备，其中所述驱动器电路在于所述导体中流动的所述电流的第二电流范围内在第二模式中操作以提供处于恒定电平的所述补偿信号，且其中所述第二电流范围的最大值在所述第一电流范围之外。6.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二电流传感器信号表示在于所述导体中流动的所述电流的第二电流范围内沿所述第一方向的所述磁场，且其中所述第二电流范围的最大值在所述第一电流范围之外。7.根据权利要求2所述的设备，其中所述输出电路操作以提供表示所述第一电流传感器信号的第一输出信号且提供表示所述第二电流传感器信号的第二输出信号。8.根据权利要求2所述的设备，其中所述输出电路操作以将所述至少一个输出信号提供为所述第一电流传感器信号与所述第二电流传感器信号的和。9.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一磁传感器为磁通门传感器。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二磁传感器为霍尔传感器。11.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二磁传感器为霍尔传感器。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一磁传感器为磁通门传感器。13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第二磁传感器为霍尔传感器。14.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二磁传感器为霍尔传感器。15.根据权利要求1所述的设备，其包括逻辑电路，所述逻辑电路操作以将所述第一磁传感器输出信号及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂杰·弗里杜斯·斯诺埃，薇奥拉·谢弗，
申请(专利权)人：德州仪器德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE