电流传感器组件制造技术

本发明专利技术涉及一种电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52)，其包括布置在电流导体(56)的两个导体部(14)之间的磁阻梯度传感器(12)。本发明专利技术还提出，导体部(14)将电流进行划分并且相对于阻梯度传感器(12)的布置沿相同的方向引导，并且导体部(14)相对于磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)在高度上偏移。

Sensor as-current

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电流传感器组件
本专利技术涉及一种基于围绕导体的磁场来测量通过导体的电流的电流传感器组件。
技术介绍
本专利技术涉及一种磁场传感器装置，该磁场传感器装置基于围绕导体的磁场来测量通过一个或多个导体的电流的强度。基于沿着闭合曲线S的围绕导体的磁场H来测量通过一个或多个导体的电流强度的磁场传感器装置在本领域中是众所周知的。其基于这样的事实，即根据安培定律，可以得出通过由曲线S界定的区域A的总电流I的结论：这使得可以在干预电路的操作的情况下，特别是无需中断或插入电路的情况下，实现无接触电流检测。由现有技术已知，组件使用磁阻梯度传感器来测量相邻电流导体的传导电流之间的测量平面中的磁场强度差。通常使用的对磁场敏感的传感器元件是磁阻传感器元件，其例如利用霍尔效应、AMR效应、GMR效应或TMR效应来工作。这样的磁阻梯度传感器例如可以采取两个磁场传感器的形式，例如基于诸如AMR、TMR或GMR的xMR技术，其中，各磁场传感器检测由各个电流部分引起的磁场，并且磁场传感器在内部或外部从中确定梯度值。TMR和GMR传感器基于TMR或GMR效应，由厚度仅为几纳米的各种薄层组成，并由软磁性、非磁性、金属和硬磁性材料制成。软磁层和硬磁层之间的对齐对于电阻值至关重要，其中，该电阻值随磁场角度的变化而变化。如果两个传感器元件彼此隔开一定距离放置，则可以通过对传感器信号进行差别评估来使传感器坚固耐用以抵抗外部干扰。均差被理解为磁场的梯度。这些梯度传感器特别适合于例如位置测量系统和电流传感器。r>传感器元件布置在就电流测量而言有源(strommessaktiven)的导体部的区域中，使得就电流测量而言有源的导体部的磁场致使主要的传感器值变化，尤其是主要的电阻变化，并且由于就电流测量而言寄生的传感器元件相对于导体部寄生的空间取向和/或由于其他载流元件的场补偿效应，就电流测量而言寄生的导体部的磁场致使传感器值变化很小或基本没有变化。在本专利技术的意义上，梯度传感器可以采取单个传感器组件的磁阻电阻元件的梯度互连的形式；在本专利技术的意义上，还可以设置两个磁场传感器，每个磁场传感器检测一个电流导体部的磁场，并且两个磁场传感器在外部进行计算以产生梯度值。目前用于梯度计组件中电流测量的解决方案通常基于U形汇流排，其用于产生与电流相关的主要的场梯度。为此，考虑了在U形导体部的两个支腿中流动的电流，其中，流入一个支腿并在相邻支腿中流出的电流在两个支腿之间形成了叠加的总磁场，其场梯度在测量平面上被检测。自然地，两条支腿中流动的电流量相同，但方向相反。在梯度计组件中的电流测量领域中，现有技术的缺点在于，由U形的电流支腿形成的电感可能会导致电压峰值，特别是在相对较高的频率下会导致电压峰值，其必须由接通的功率半导体电子单元来补偿，其中，该功率半导体电子单元设计例如用于转换器操作。因此，必须针对相对较高的电压峰值进行设计。此外，随着这种电流传感器的不断小型化，例如由于U形导体的支腿之间的连接腹板中的电流，干扰场分量的大小可能会致使xMR传感器的磁场敏感层的磁化强度发生变化。此外，U形导体支腿的制造需要耗费相对大量的工作和材料。此外，在高电流组件中，总电流流经支腿，使得支腿必须具有较高的载流能力。此外，如果高频交流电流过导体，则会产生集肤效应(Skin-Effekt)，其中，由于电流位移效应，导体的内部区域的电流密度低于外部区域的电流密度。这意味着，在交流电的情况下，会根据频率产生涡流和电场，它们将电荷载流子移位到导体的表面。另外，邻近效应在两个紧密相邻的导体之间起作用。邻近效应是一种电流位移现象，其中，这种与频率有关的现象受限于紧密相邻的导体之间的涡流，其中，交流电沿相反的方向流动，就像先前已知的带有U形导体元件的电流测量传感器一样。根据在高频下尤其明显的邻近效应，高频电流趋于彼此尽可能接近地流动。电流集中到两个导体紧挨着的区域。在U形导体回路的情况下，两个上述效应的叠加会在支腿的内部区域，特别是在边缘产生较高的电流密度。因此，高频电流明显更密集地引导，并且磁场梯度在传感器区域内产生。在这方面，先前已知的U形电流传感器对于测量质量而言取决于电流频率。最终，产生了馈线和电流回路的不利的寄生效应。一种用于基于磁场的电流测量的通用U形组件包括就电流测量而言有源的至少一个导体部和就电流测量而言寄生的至少一个导体部。就电流测量而言寄生的导体部对应于馈线或电流回路。在电流通过时，寄生磁场由就电流测量而言寄生的导体部产生。产生的寄生磁场影响对磁场敏感的传感器元件的测量值。总而言之，基于U形汇流排在梯度计组件中进行电流测量的现有解决方案具有以下缺点：考虑了在U形导体部的两个支腿中流动的电流，其中，流入一个支腿并从相邻的支腿中流出的电流形成两个支腿之间的叠加总磁场，其场梯度在测量平面中被检测。自然地，两条支腿中流动的电流量相同。由此导致以下缺点：-大的有效横截面和困难的热定型-偏转/反馈引起的干扰场-高的漏电感(不利于功率半导体的切换行为)-较大的安装空间-集肤效应和邻近效应引起的强烈频率依赖性-电容性和电感性干扰注入的不利设置-在传统的制造方法中，大量的废汇流排材料由U形电流支腿形成的电感会导致电压峰值，其必须由接通的功率半导体电子单元来补偿，其中，该功率半导体电子单元设计例如用于转换器操作。因此，必须针对相对较高的电压峰值进行设计。此外，U形导体支腿的制造需要耗费相对大量的工作和材料。特别是对于大电流组件，总电流流过必须具有较高载流能力的管脚。DE10110254A1公开了一种电流传感器，其用于在较高频率范围内的无电势电流测量。如果在圆形电流导体附近存在任何几何形状的高导电材料，则在磁场的频率无关性方面受到限制。这些材料中涡流的感应及其作用会导致电流导体中出现非圆形的对称电流分布，从而导致传感器位置处磁场的频率依赖性，这可能导致在当前确定中的测量误差，其可能由于“集肤”和“邻近”效应而出现。在本文中，电流传感器由一个或多个电并联或串联的电流导体和磁场传感器或磁场梯度传感器构成。在电流通过时，可以通过磁场传感器或磁场梯度传感器来测量围绕一个电流导体或多个导体的磁场，其中在各个情况下，电流分别以相反的方向流过电流传感器。各传感器的输出信号在预期范围内取决于频率。电流导体的形状使得在各传感器的位置处产生的磁场变化会抑制涡流的形成。通过这种方式，可以在较高的频率范围内以低的测量误差通过电流传感器来测量无电势电流。WO2014/001473A1示出了用于电流测量的另一组件。对于借助于至少一个对磁场敏感的传感器元件的基于磁场的电流测量，提出该组件采取成角度的，特别是U形导体元件的形式，其包括就电流测量而言有源的至少一个导体部和至少就电流测量而言寄生的至少一个导体部。传感器元件具有至少一个灵敏度方向，在该方向上磁场分量引起显著的传感器值变化，其中，传感器元件以这种方式定向：在就电流测量而言有源的导体部的区域中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，包括磁阻梯度传感器(12)，所述磁阻梯度传感器(12)布置在电流导体(56)的两个导体部(14a、14b)之间，其特征在于，所述导体部(14a、14b)将电流划分并相对于所述磁阻梯度传感器(12)的布置沿相同的方向引导，并且所述导体部(14a、14b)相对于所述磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)在高度上偏移。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 DE 102017123785.21.一种电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，包括磁阻梯度传感器(12)，所述磁阻梯度传感器(12)布置在电流导体(56)的两个导体部(14a、14b)之间，其特征在于，所述导体部(14a、14b)将电流划分并相对于所述磁阻梯度传感器(12)的布置沿相同的方向引导，并且所述导体部(14a、14b)相对于所述磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)在高度上偏移。


2.根据权利要求1所述的电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，一个导体部(14b)被引导于所述测量平面(20)下方，并且一个导体部(14a)被引导于所述测量平面(20)上方。


3.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，所述两个导体部(14a、14b)具有相同的电流分量并且具有相对于所述测量平面(20)和所述磁阻梯度传感器(12)的相同的相对距离。


4.根据前述权利要求1和3中任一项所述的电流传感器组件(10，38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，所述两个导体部(14a、14b)具有不相同的电流分量和/或具有相对于所述测量平面(20)和所述磁阻梯度传感器(12)的不相同的相对距离，其中，所述不相同的电流分量和所述不相同的距离彼此补偿或者能够借助于校正系数或校正特征曲线采取电流测量值的校正。


5.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，所述磁阻梯度传感器(12)布置在柔性PCB膜(18)上。


6.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，所述两个导体部(14a、14b)相对于所述磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)对称地在高度上偏移，其中，一个导体部(14b)在所述测量平面(20)下方延伸，而一个导体部(14a)在所述测量平面(20)上方延伸。


7.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52、58、59)，其特征在于，所述两个导体部(14a、14b)相对于所述磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)不对称地在高度上偏移，其中，一个导体部(14b)在所述测量平面(20)下方延伸，而一个导体部(14a)在所述测量平面(20)上方延伸。


8.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器组件(10、38、40、42...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·布鲁施思，克劳迪娅·格兰斯柯，
申请(专利权)人：森斯泰克有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE