基于高电流范围磁阻的电流传感器制造技术

本发明专利技术是基于高电流范围磁阻的电流传感器。一种系统包括磁阻(MR)桥电路、磁场传感器和可调负载。MR桥电路接收供电电压，并且生成指示磁场的强度/方向的输出电压。MR桥电路包括串联连接在供电节点和接地节点之间的第一和第二MR元件，以及串联连接在供电节点和接地节点之间的第三和第四MR元件。所述输出电压在第一和第二MR元件公共的第一节点以及第三和第四MR元件公共的第二节点之间生成。所述传感器基于磁场的强度/方向生成信号。所述可调负载与MR元件之一并联连接，并且具有基于由传感器生成的信号控制的电阻。

【技术实现步骤摘要】
基于高电流范围磁阻的电流传感器
本专利技术涉及电流感应系统，并且更特别地涉及闭环电流感应系统。
技术介绍
电气电流感应系统可以通过测量与载流导线相关的磁场来测量通过载流导线的电流(AC或DC)。例如，电流感应系统可以基于与导线相关的磁场的幅度和方向来确定通过该导线的电流的方向和幅度。在一些电流感应系统中，载流导线可以临近铁磁芯放置，该铁磁芯限定了围绕导线生成的磁场进行聚集的间隙区域。磁场在这种间隙区域聚集可以提供这样的位置，在该位置处可以可靠测量由载流导线生成的磁场。如上所述，多种不同的电流感应系统可以使用限定间隙区域的铁磁芯。使用这种载流导线和铁磁芯布置的电流感应系统可以被描述为开环感应系统或者闭环感应系统。在开环感应系统中，通过载流导线的电流可以通过测量间隙区域中的磁场来确定。在这种开环系统中，磁场传感器位于间隙区域中，并且导线临近所述芯放置，以便通过导线的电流生成聚集在间隙区域中的磁场。开环感应系统的电路可以测量由磁场传感器生成的信号，并且基于由磁场传感器生成的信号来确定载流导线中的电流。可使用闭环感应系统替代以上描述的开环感应系统。闭环感应系统可以包括如以上相对于开环感应系统描述的导线、芯和芯的间隙区域中的磁场传感器。此外闭环感应系统还可以包括围绕所述芯缠绕的次级线圈。该次级线圈可以接收来自控制电路的电流，并且在间隙区域中生成除了由通过载流导线生成的磁场之外的磁场。闭环系统的控制电路可以接收来自间隙区域中的磁场传感器的信号，并且在次级线圈中生成用于尝试将间隙区域中的磁场清零的电流。将间隙区域中的磁场清零所需要的电流量可以指示间隙区域中的磁场的幅度和方向。通过载流导线的电流的大小和方向可以基于由控制电路生成的该电流来确定，例如基于相对于载流导线的匝数的次级绕组的匝数来确定。
技术实现思路
闭环电流感应系统可以使用磁阻(MR)桥电路(例如各向异性MR桥电路)来测量铁磁芯的间隙区域中的磁场的强度和方向。MR桥电路可以包括多个MR元件，每个MR元件具有依赖于间隙区域中的磁场的电阻。配置在惠斯通桥配置中的MR桥电路可以输出用于指示MR桥电路所在磁场的强度和方向的电压。当磁场低于阈值幅度时，例如在一些示例中小于大约25奥斯特(Oe)，MR桥电路可以精确指示磁场的强度和方向。由此，当存在于间隙区域中的磁场小于或者等于阈值幅度时，闭环感应系统中的控制电路可以基于MR桥电路的输出电压精确和可靠地控制传送到次级线圈的电流。然而，在较大的磁场，例如大于阈值幅度，会在MR桥电路中出现各种情况，降低了在闭环感应系统中使用的MR桥电路的期望。在一个示例中，包括在MR桥电路中的每一个MR元件可能在存在较大磁场时趋向“饱和”至相同的阻值。该饱和效应可能引发惠斯通桥配置中的MR桥电路的输出电压降向零伏，其在间隙区域中的磁场大约在0Oe时可能也是相同的MR桥电路的输出电压。在MR桥电路的输出电压中展现的该模糊性，可能引发闭环感应系统的控制电路不精确地控制通过次级线圈的电流。对通过次级线圈的电流的不精确控制可能引发对间隙区域中的磁场的不精确感应，特别是在间隙区域中的磁场(即载流导线中的电流)经历大和/或快速波动的情形。换言之，对于间隙区域中的磁场的大和/或快速改变，闭环感应系统的控制电路可能不会精确和可靠地控制，并且由此，对通过载流导线的电流的测量可能受制于在这种情形下的误差。根据本专利技术的闭环电流感应系统包括修正电路，该修正电路修正MR桥电路的操作，以使得MR桥电路即使在该MR桥电路遭受磁场强度的大和/或快速波动时也能产生可靠和可预测的输出电压。MR桥电路的该可靠和可预测的输出电压当被提供给控制电路时，可以允许控制电路可靠和精确地将间隙区域中的磁场维持在大约零场强，并由此允许通过载流导线的电流的精确测量，即使在载流导线中存在大和/或快速的电流波动的时侯。本专利技术的修正电路可以包括与所述MR桥电路一起位于间隙区域中的第二磁场传感器。在一些示例中，第二磁场传感器可以包括霍尔传感器，因为霍尔传感器对于趋向使MR桥电路饱和的磁场，可提供间隙区域中的磁场的更加精确和可靠的读数。此外，修正电路可以包括第一和第二可调负载，每个可调负载连接到MR桥电路。所述第一和第二可调负载具有基于由第二磁场传感器生成的信号所控制的阻值。本专利技术的修正电路可以被配置成修正MR桥电路的操作，对于幅度大于阈值幅度的磁场，用来阻止MR桥电路的输出电压朝向零伏转变。例如，修正电路可以使MR桥电路的输出电压维持在等于或者大于在阈值磁场处的输出电压的幅度的电压值。换言之，尽管MR桥电路在较强的磁场处饱和，但修正电路可以修正MR桥电路的操作，以使得MR桥电路的输出电压不对闭环电流感应系统的控制电路呈现出饱和效应。在根据本专利技术的一些示例中，一种系统包括MR桥电路、磁场传感器和第一可调负载。MR桥电路被配置成接收供电节点和接地节点之间的供电电压，并且被配置成生成指示磁场的强度和方向的输出电压。MR桥电路包括串联连接在供电节点和接地节点之间的第一和第二MR元件，以及串联连接在供电节点和接地节点之间的第三和第四MR元件。所述输出电压在第一及第二MR元件公共的第一节点和第三及第四MR元件公共的第二节点之间生成。磁场传感器被配置成基于磁场的强度和方向生成信号。第一可调负载与MR元件之一并联连接。第一可调负载具有基于由磁场传感器生成的信号控制的第一电阻。在根据本专利技术的其它示例中，一种系统包括MR桥电路、磁场传感器、第一可调负载和第二可调负载。MR桥电路被配置成生成指示磁场的强度和方向的输出电压。磁场传感器被配置成基于磁场的强度和方向生成信号。第一可调负载连接到MR桥电路。第一可调负载具有基于由磁场传感器生成的信号控制的第一电阻。第二可调负载连接到MR桥电路。第二可调负载具有基于由磁场传感器生成的信号控制的第二电阻。由MR桥电路生成的输出电压依赖于第一和第二电阻的值。在根据本专利技术的其它示例中，一种方法包括使用MR桥电路生成指示磁场的强度和方向的输出电压。所述方法还包括使用磁场传感器基于磁场的强度和方向来生成信号。所述方法还包括基于由磁场传感器生成的信号来控制包括在第一可调负载中的第一电阻。第一可调负载连接到MR桥电路。此外，所述方法包括基于由磁场传感器生成的信号来控制包括在第二可调负载中的第二电阻。第二可调负载连接到MR桥电路。输出电压基于第一和第二电阻的值来生成。在所附的附图和下面的描述中阐述了一个或多个示例的细节。其它特征、目的和益处将从该描述和附图以及从权利要求中可见。附图说明图1是示出可以用于测量通过导体的电流量的闭环电流感应系统的框图。图2示出连接到控制电路的各向异性磁阻(AMR)桥传感器的示意图。图3A-3B是描述包括在图2的AMR桥传感器中的AMR元件的电阻如何响应磁场变化的示意图。图4A-4B是描述图2的AMR桥传感器的示例输出电压波形的曲线图。图5示出本专利技术的用于修正图2的AMR桥传感器的操作的示例修正电路。图6是描述由修正电路修正的图5的AMR桥传感器的示例输出电压波形的曲线图。图7示出包括本专利技术的示例修正电路的示例闭环电流感应系统。图8A-8B是描述在间隙区域中的磁场偏离零奥斯特的值时示例修正电路的第一和第二可调负载的操作的示意图。图9A-9B是描述图8A-8B的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：磁阻(MR)桥电路，被配置成接收供电节点和接地节点之间的供电电压，并且被配置成生成指示磁场的强度和方向的输出电压，所述MR桥电路包括：串联连接在供电节点和接地节点之间的第一和第二MR元件；和串联连接在供电节点和接地节点之间的第三和第四MR元件，其中所述输出电压在第一和第二MR元件公共的第一节点以及第三和第四MR元件公共的第二节点之间生成；磁场传感器，被配置成基于磁场的强度和方向生成信号；以及第一可调负载，与MR元件之一并联连接，其中所述第一可调负载具有基于由磁场传感器生成的信号控制的第一电阻。

【技术特征摘要】
2011.10.25 US 13/281,0191.一种电流感测系统，包括：磁阻MR桥电路，被配置成接收供电节点和接地节点之间的供电电压，并且被配置成生成指示磁场的强度和方向的输出电压，所述MR桥电路包括：串联连接在供电节点和接地节点之间的第一和第二MR元件；和串联连接在供电节点和接地节点之间的第三和第四MR元件，其中所述输出电压在第一和第二MR元件公共的第一节点以及第三和第四MR元件公共的第二节点之间生成；磁场传感器，被配置成基于磁场的强度和方向生成信号；以及第一可调负载，与MR元件之一并联连接，其中所述第一可调负载具有基于由磁场传感器生成的信号控制的第一电阻。2.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括：芯材料，其限定间隙区域；临近芯材料设置的导体；以及围绕所述芯材料的一部分缠绕的线圈，其中所述磁场在间隙区域中生成，其中所述磁场包括第一分量和第二分量，并且其中所述第一和第二分量分别由通过所述导体的电流和通过所述线圈的电流生成。3.根据权利要求2所述的系统，该系统还包括：控制电路，被配置成接收指示所述磁场的强度和方向的输出电压，并且被配置成生成通过所述线圈的具有幅度和方向的电流，该电流驱动在间隙区域中的磁场变向零；以及测量电路，被配置成基于由所述控制电路生成的通过所述线圈的电流量来确定通过所述导体的电流量。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述MR元件包括各向异性MR元件，并且其中所述磁场传感器包括霍尔效应传感器、巨磁阻（GMR）传感器、隧道磁阻传感器（TMR）或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·A·小霍曼，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：