一种磁屏蔽开环电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种磁屏蔽开环电流传感器，包括聚磁环；激励电流导线，所述激励电流导线穿过聚磁环环内空心区域；磁环气隙，所述磁环气隙设置在聚磁环的环身上；传感器芯片，所述传感器芯片设置在磁环气隙的中心点向着远离激励电流导线方向的延长线上并且该延长线平行于磁环气隙的上下两表面；软磁屏蔽层，所述软磁屏蔽层设置在传感器芯片的正上方。本发明专利技术利用远离磁环气隙处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降低到传感器芯片检测范围内，达到检测大电流的目的；利用磁屏蔽结构GMR开环电流传感器具有较好的灵敏度和磁滞且开环结构降低了功耗。

A Magnetically Shielded Open-Loop Current Sensor

【技术实现步骤摘要】
一种磁屏蔽开环电流传感器
本专利技术涉及磁传感器
，具体为一种磁屏蔽开环电流传感器。
技术介绍
电流传感器是一种用于探测导体中电流大小和方向的检测装置，广泛应用于工业控制、智能电网、汽车电子等领域，随着新能源汽车产业的快速发展，高可靠性的车载电流传感器的需求日渐迫切。利用磁敏元件和铁芯配合检测导体内电流所产生的磁场，进行电流大小和方向的检测，是当前电流传感器最为常用的技术手段。目前，电流传感器普遍利用霍尔效应进行电流检测，常用的霍尔电流传感器分为开环和闭环两种传感结构。开环传感结构利用磁敏元件直接检测电流产生的磁场；闭环传感结构利用反馈电流产生反馈磁场以抵消被测电流所产生的磁场，使得磁敏元件所探测的磁场接近于零，继而检测反馈电流在采样电阻上的压降来确定被测电流的大小和方向。两者相比，闭环传感结构具有检测精度高、线性范围大等优势，但其结构复杂、功耗高、可靠性差，难以适应车载应用的复杂环境；而开环传感结构虽然精度和线性范围略逊于闭环传感结构，但其具有结构简单、可靠性高、成本低等优势，更适合车载应用。然而，由于霍尔元件的温度稳定性差、分辨力低、响应速度慢，不适合高精度、高速电流检测应用。自1988年Baibich在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻(giantmagnetoresistance，GMR)效应以来，GMR开始被用于制作磁传感器。基于GMR效应的磁敏元件具有热稳定性高、分辨力高、响应速度快等优点，可以克服霍尔元件本质缺陷，适合高精度、高带宽电流检测应用。然而，对于新能源汽车而言，其需求的电流传感器量程在300A以上，其中铁芯聚集的磁场将达数千高斯，而GMR传感元件的线性范围通常为数十高斯，在进行大电流检测时难以直接应用，通常需要使用闭环结构，无法应用于车载。需要研究一种GMR传感元件与铁芯配合的方式，以实现开环传感结构的电流检测。例如，申请号为201721376460.X的，名称为一种点阵式开环大电流传感器的技术专利。该技术通过采用一次载流导线为长直导线的磁场分布模型，当采用的霍尔元件足够多时，将若干霍尔元件均匀分布设置在若干磁芯开口处，设计16点阵开环大电流传感器对一次载流导线的横截面形状位置变化等因素不敏感，外界相邻电流影响小，可忽略不计，具有良好的线性度，动态范围大反应速度快等优点。但是，现有的开环电流传感器仍然存在以下缺陷：现有的开环电流传感器多为霍尔式电流传感器，但霍尔元件温度稳定性差，分辨力低不适用于精密的车载电流传感器，巨磁阻元件具有热稳定性高、分辨力高、响应速度快等优点，可以克服霍尔元件本质缺陷，但在进行大电流检测时难以直接应用，通常需要使用闭环结构，无法应用于车载，局限性大。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种磁屏蔽开环电流传感器，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁屏蔽开环电流传感器，包括聚磁环；激励电流导线，所述激励电流导线穿过聚磁环环内空心区域；磁环气隙，所述磁环气隙设置在聚磁环的环身上；传感器芯片，所述传感器芯片设置在磁环气隙的中心点向着远离激励电流导线方向的延长线上并且该延长线平行于磁环气隙的上下两表面；软磁屏蔽层，所述软磁屏蔽层设置在传感器芯片的正上方；聚磁环将激励电流导线产生的感生磁场聚集并在磁环气隙处产生漏磁，由于大电流激励时磁环气隙处磁感应强度很大，超出了传感器芯片的检测范围，此时利用远离磁环气隙处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降低到传感器芯片检测范围内，达到检测大电流的目的。进一步地，所述聚磁环采用圆形磁或环者方形磁环。进一步地，所述软磁屏蔽层采用坡莫合金材料制成，形状为扁平长方体状。进一步地，所述传感器芯片采用双极性的磁传感器芯片，且其灵敏轴方向垂直于磁环气隙的上下两个面。进一步地，所述软磁屏蔽层与传感器芯片之间的间距不大于1mm。进一步地，所述激励电流导线采用铜质材料制成，且其直径在22mm以上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用远离磁环气隙处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降低到传感器芯片检测范围内，达到检测大电流的目的；利用磁屏蔽结构GMR开环电流传感器具有较好的灵敏度和磁滞且开环结构降低了功耗。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术的整体电路图；图3为本专利技术在通入-500～500A激励电流时，磁环气隙内磁感应强度变化情况示意图；图4为本专利技术在500A电流激励下磁环气隙向外的延长线上的磁感应强度随延长线距磁环距离变化情况示意图；图5为本专利技术软磁屏蔽层下0.5mm下的位置处，在0～800Gs磁场情况下的衰减曲线图；图6为本专利技术在±500A电流激励下屏蔽区域中心位置磁场强度变化示意图；图7为本专利技术在实施例中采用的传感器芯片在测量不同磁场时的输出曲线图；图8为本专利技术无屏蔽结构时电流传感器输出特性曲线图；图9为本专利技术带有屏蔽结构时电流传感器输出特性曲线图。图中标号：1-聚磁环；2-激励电流导线；3-磁环气隙；4-传感器芯片；5-软磁屏蔽层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供了一种磁屏蔽开环电流传感器包括聚磁环1；激励电流导线2，所述激励电流导线2穿过聚磁环1环内空心区域；磁环气隙3，所述磁环气隙3设置在聚磁环1的环身上；传感器芯片4，所述传感器芯片4设置在磁环气隙3的中心点向着远离激励电流导线2方向的延长线上并且该延长线平行于磁环气隙3的上下两表面；软磁屏蔽层5，所述软磁屏蔽层5设置在传感器芯片4的正上方；聚磁环1将激励电流导线2产生的感生磁场聚集并在磁环气隙3处产生漏磁，由于大电流激励时磁环气隙3处磁感应强度很大，超出了传感器芯片4的检测范围，此时利用远离磁环气隙3处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层5的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降低到传感器芯片4检测范围内，达到检测大电流的目的。所述聚磁环1采用圆形磁或环者方形磁环。本实施例中采用圆形磁环，铁芯材料为硅钢，内直径尺寸为27mm，外直径为37mm，气隙为4mm，高度为10mm。所述软磁屏蔽层5采用坡莫合金材料制成，形状为扁平长方体状，本实施例优选使用磁屏蔽层5尺寸大小为长20mm，宽10mm，高1mm。所述传感器芯片4采用双极性的磁传感器芯片，且其灵敏轴方向垂直于磁环气隙3的上下两个面，本实施例中采用的传感器芯片4型号为SAD02的GMR传感器。内部设置有惠斯通电桥结构，且具有双极性输出。所述软磁屏蔽层5与传感器芯片4之间的间距不大于1mm，本实施例中传感器芯片4紧贴软磁屏蔽层5放置，敏感单元距软磁屏蔽层5距离0.05mm。所述激励电流导线2采用铜质材料制成，且其直径在22mm以上。如图2所示，本专利技术具体测量过程是，激励电流导线2中通入电流激励，导线周围产生环形的感生磁场，产生的磁场被聚磁环1聚集并在磁环气隙3露出，泄露的感生磁场在远离磁环气隙3处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁屏蔽开环电流传感器，其特征在于：包括聚磁环(1)；激励电流导线(2)，所述激励电流导线(2)穿过聚磁环(1)环内空心区域；磁环气隙(3)，所述磁环气隙(3)设置在聚磁环(1)的环身上；传感器芯片(4)，所述传感器芯片(4)设置在磁环气隙(3)的中心点向着远离激励电流导线(2)方向的延长线上并且该延长线平行于磁环气隙(3)的上下两表面；软磁屏蔽层(5)，所述软磁屏蔽层(5)设置在传感器芯片(4)的正上方；聚磁环(1)将激励电流导线(2)产生的感生磁场聚集并在磁环气隙(3)处产生漏磁，由于大电流激励时磁环气隙(3)处磁感应强度很大，超出了传感器芯片(4)的检测范围，此时利用远离磁环气隙(3)处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层(5)的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降低到传感器芯片(4)检测范围内，达到检测大电流的目的。

【技术特征摘要】
1.一种磁屏蔽开环电流传感器，其特征在于：包括聚磁环(1)；激励电流导线(2)，所述激励电流导线(2)穿过聚磁环(1)环内空心区域；磁环气隙(3)，所述磁环气隙(3)设置在聚磁环(1)的环身上；传感器芯片(4)，所述传感器芯片(4)设置在磁环气隙(3)的中心点向着远离激励电流导线(2)方向的延长线上并且该延长线平行于磁环气隙(3)的上下两表面；软磁屏蔽层(5)，所述软磁屏蔽层(5)设置在传感器芯片(4)的正上方；聚磁环(1)将激励电流导线(2)产生的感生磁场聚集并在磁环气隙(3)处产生漏磁，由于大电流激励时磁环气隙(3)处磁感应强度很大，超出了传感器芯片(4)的检测范围，此时利用远离磁环气隙(3)处的磁场衰减作用特性配合软磁屏蔽层(5)的磁场屏蔽作用特性，使得较大磁感应强度线性降...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志强，宋小雨，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33