一种电流测量方法及传感器系统技术方案

本发明专利技术涉及电流传感器领域，具体为一种电流测量的传感器系统,其能够有效解决传统方法中抗干扰性差的问题,其包括处于下层的带U形凹槽的导体和处于上层的带有四个磁传感器的硅片，导体前方有两个对称U型槽第一磁传感器放置于一个所述U型槽开口内垂直映射到上层的位置，第二磁传感器放置于另一个所述U形凹槽开口内垂直映射到上层的位置，第三磁传感器和第四磁传感器放置于第一磁传感器与第二磁传感器之间且位于导体上方垂直映射到上层的位置。

Current measuring method and sensor system

The present invention relates to a current sensor, a sensor system for the current measurement, which can effectively solve the problem of interference of the poor in the traditional method, which includes the underlying conductor with a U shaped groove and the top with four magnetic sensor chip, conductor in front of two symmetric U type groove the first magnetic sensor is placed in one of the U type slot opening in the vertical mapping to the upper position, second magnetic sensors placed on another one of the U shaped groove in the opening of the vertical mapping to the upper position, third magnetic sensors and fourth magnetic sensor disposed between the first magnetic sensor with second magnetic sensors and is located above the conductor vertical mapping to the upper position.

【技术实现步骤摘要】
一种电流测量方法及传感器系统
本专利技术涉及电流传感器领域，具体为一种电流测量方法及传感器系统。
技术介绍
霍尔效应定义了磁场和感应电压之间的关系，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。磁传感器通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量各种参数，例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换，可测量压力、质量、液位、流速、流量等。同时磁传感器输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。传统的电流检测集成电路核心结构如图1所示，图中11是待测电流IT的传输导体，根据麦克斯韦磁场理论电流经过导体会产生旋涡磁力线，磁力线如B所示。磁传感器10感应磁力线，并产生电信号，电信号经过放大器12放大，输出给下一级电路处理。传统结构虽然简单但是存在着抗干扰性差的问题，特别是当检测电路附近出现带电导线(产生感应磁场)或永磁体时，磁传感器无法分辨待测电流IT产生的感应磁场与干扰磁场。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种电流测量方法及传感器系统，其能够有效解决传统方法中抗干扰性差的问题。其技术方案是这样的：一种电流测量方法，其特征在于，导体通入待测电流IT为下层，带有四个磁传感器的硅片件放置于导体上方为上层，导体前方开设有两个对称的U型槽，第一磁传感器放置于一个所述U型槽开口内垂直映射到上层的位置，第二磁传感器放置于另一个所述U形凹槽开口内垂直映射到上层的位置，第三磁传感器和第四磁传感器放置于第一磁传感器与第二磁传感器之间且位于导体上方垂直映射到上层的位置，设B为待处理磁通量，BT为待处理磁通量B中待测电流IT通过导体产生部分，BN为待处理磁通量B中外部干扰源IN产生部分，经过算法计算得出待处理磁通量B的同时衰减外部干扰源所产生的磁场导致的干扰信号，根据待处理磁通量B求出待测电流IT的大小。其进一步特征在于，计算待处理磁通量B的推导公式如下：待测电流IT对四个磁传感器的磁通量分别用BTa、BTb、BTc、BTd表示，干扰源对磁传感器的磁通量用BNa、BNb、BNc、BNd表示，四个磁传感器的总磁通量分别用Ba、Bb、Bc、Bd表示，则B＝Ba+Bb-(Bc+Bd)＝(BTa+BNa)+(BTb+BNb)–(BTc+BNc)–(BTd+BNd)≈BTa+BNa+BNb-BNc-BNd(BTc、BTd远小于其他分量)＝BTa+BTb+(BNa+BNb-BNc-BNd)＝BT+BN。一种电流测量的传感器系统，其特征在于，其包括处于下层的带U形凹槽的导体和处于上层的带有四个磁传感器的硅片，导体前方有两个对称U型槽第一磁传感器放置于一个所述U型槽开口内垂直映射到上层的位置，第二磁传感器放置于另一个所述U形凹槽开口内垂直映射到上层的位置，第三磁传感器和第四磁传感器放置于第一磁传感器与第二磁传感器之间且位于导体上方垂直映射到上层的位置。采用本专利技术的系统和方法后，四个磁传感器会同时感应到待测电流IT磁场，通过计算并有效消除外部干扰，提高了效率，增加了信噪比，提高了抗干扰能力。附图说明图1为现有技术原理图；图2为本专利技术原理图；图3为图2左视图；图4为导体磁场分布图；图5为归一化处理曲线图。具体实施方式见图2至图5所示：一种电流检测的的电流传感系统，系统结构分为两层如图3所示，下层包括导体11，第二层为带四个磁传感器的硅片20。导体11前方有两个对称U型槽，后方可以开有条型凹槽也可以不开，第一磁传感器放置于一个所述U型槽开口内垂直映射到上层的位置，第二磁传感器放置于另一个所述U形凹槽开口内垂直映射到上层的位置，第三磁传感器和第四磁传感器放置于第一磁传感器与第二磁传感器之间且位于导体上方垂直映射到上层的位置。测量方法如下所述：待测电流IT通过特殊形状的导体11，导体11上有两个U形凹槽，两个U形凹槽上方有个条型凹槽也可以不用条形凹槽，U形凹槽的主要功能是加强U型槽内的磁场强度，长条型凹槽的主要目的是使电流尽量往条型凹槽下方流，有利于加强U形凹槽的磁场。导体11正上方有四个磁传感器，第一磁传感器10a、第二磁传感器10b主要用于感应待测电流IT产生的磁场；第三磁传感器10c、第四磁传感器10d位于条型凹槽下面一点，四个磁传感器在同一平面上，第三磁传感器10c、第四磁传感器10d主要用于消除外部干扰。根据本专利技术描述的算法，干扰电流源在芯片外部的任何方向形成的干扰磁场均可得到有效的衰减，但衰减的效果有差异。以其中衰减效果最差的情况为例(参考图2中干扰源的位置)：外部磁场干扰可以使用带电导线IN代替，干扰源12与磁传感器水平线垂直，干扰源IN流过外部导线12时，会产生干扰磁场B’。当待测电流IT流过导体11时，产生的磁场如图4所示。导体11附件的磁场强度使用灰度信号表示，灰度越暗表示磁场越强。导体11的U形凹槽附近的磁场最强，而导体上条型凹槽下方的磁场很弱，第三磁传感器10c、第四磁传感器10d感应到的磁通量相对于第一磁传感器10a、第二磁传感器10b来说可以非常小，可以看做零。待测电流IT对磁传感器的磁通量用BTa、BTb、BTc、BTd表示。干扰电流源IN对磁传感器的磁通量用BNa、BNb、BNc、BNd表示。四个磁传感器的总磁通量使用Ba、Bb、Bc、Bd，第一磁传感器10a、第二磁传感器10b之间距离使用Lab表示，第三磁传感器10c、第四磁传感器10d之间的距离使用Lcd表示，干扰源导体13与最近的磁传感器距离用L1表示。则通过公式计算出待处理的磁通量B：B＝Ba+Bb-(Bc+Bd)＝(BTa+BNa)+(BTb+BNb)–(BTc+BNc)–(BTd+BNd)＝BTa+BNa+BTb+BNb-BNc-BNd(BTc、BTd远小于其他分量)＝(BTa+BTb)+(BNa+BNb-BNc-BNd)＝BT+BN(BT与BN分别为IT、IN对磁传感器的影响)待处理磁通量B产生的感应电信号通过后级电路处理就能实时监控待测电流IT。Ba、Bb、Bc、Bd强度与Lab、Lcd有关，由于通电导线产生的感应磁场磁通量大小与距离成反比，BN为：由于算法申明的结构是封装在芯片中的，实际运用中L1远大于Lab，现在考虑较为极端的情况L1＝Lab，此时干扰较强。通过归一化的计算，BN与Lab、Lcd有关系近似图5，由图5可以看出随着Lcd的增加函数单调递减，也就是说Lcd越大则BN越小，同时系统的信噪比号越好。当BN足够小时，磁通量B基本只受BT影响，BT与待测电流IT成正比。待处理的磁通量会在磁传感器上产生电信号，通过采集电信号就可以得出待测电流IT的幅值。该系统使用特殊形状导体与多个磁传感器形成的特殊结构，通过对多个磁传感器感应信号进行运算，有效衰减了外部磁干扰对待测电流信号的影响，提高了系统信噪比，在集成电路设计中具有巨大实用价值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流测量方法，其特征在于，导体通入待测电流I

【技术特征摘要】
1.一种电流测量方法，其特征在于，导体通入待测电流IT为下层，带有四个磁传感器的硅片件放置于导体上方为上层,导体前方开设有两个对称的U型槽，第一磁传感器放置于一个所述U型槽开口内垂直映射到上层的位置，第二磁传感器放置于另一个所述U形凹槽开口内垂直映射到上层的位置，第三磁传感器和第四磁传感器放置于第一磁传感器与第二磁传感器之间且位于导体上方垂直映射到上层的位置，设B为待处理磁通量，BT为待处理磁通量B中待测电流IT通过导体产生部分，BN为待处理磁通量B中外部干扰源IN产生部分，经过算法计算得出待处理磁通量B的同时衰减外部干扰源所产生的磁场导致的干扰信号，根据待处理磁通量B求出待测电流IT的大小；计算待处理磁通量B的推导公式如下：待测电流IT对四个磁传感器的磁通量分别用BTa、BTb、BTc、BTd表示，干扰源...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海滨，尹有杰，马辉，
申请(专利权)人：无锡思泰迪半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32