專(zhuān)利名稱(chēng)：具有包括夾在電導(dǎo)體中間的磁導(dǎo)率層的場(chǎng)屏蔽布置的電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及基于磁場(chǎng)感測(cè)的電流傳感器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的基于磁場(chǎng)的電流傳感器通常包括磁場(chǎng)傳感器、鐵芯和放大器。鐵芯圍繞電導(dǎo)體，通常包括銅以便攜載待測(cè)量的電流，待測(cè)量的電流導(dǎo)致在鐵芯中生成磁場(chǎng)。磁場(chǎng)傳感器被布置在鐵芯中的間隙中。因此，由待測(cè)量的電流在鐵芯中感生的磁場(chǎng)的場(chǎng)力線(xiàn)穿過(guò)磁場(chǎng)傳感器。磁場(chǎng)傳感器生成大體上與待測(cè)量的電流成比例的電輸出信號(hào)，并且此信號(hào)被諸如運(yùn)算放大器的放大器放大。常規(guī)電流傳感器中的鐵芯主要提供兩個(gè)功能。首先，通過(guò)磁場(chǎng)傳感器來(lái)傳送由待測(cè)量的電流感生的磁場(chǎng)，其次，對(duì)磁場(chǎng)傳感器屏蔽已知將引起測(cè)量誤差的無(wú)關(guān)電場(chǎng)和磁場(chǎng)。 然而，鐵芯的使用導(dǎo)致對(duì)于許多應(yīng)用而言常常過(guò)于昂貴的傳感器成本。一些較低成本的電流傳感器是已知的，其免除了對(duì)鐵芯的需要。然而，此類(lèi)傳感器通常不提供足夠準(zhǔn)確的初級(jí)電流測(cè)量，其通常也不提供足夠的線(xiàn)性(在作為初級(jí)電流流動(dòng)的待測(cè)量的電流與到達(dá)磁性傳感器的磁通量之間)。例如，已知一些汽車(chē)電流感測(cè)應(yīng)用要求電流的精確測(cè)量，諸如用于控制電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)和相電流?；谥苯釉谟∷㈦娐钒迳蠝y(cè)量電流的需要，還要求小的傳感器尺寸。此外，在這些汽車(chē)應(yīng)用及其它高容量應(yīng)用中還要求低成本。所需要的是一種新的電流傳感器設(shè)計(jì)，其提供改善的傳感器性能而同時(shí)還提供低成本。

發(fā)明內(nèi)容
提供本發(fā)明內(nèi)容是為了遵守37 C.F.R. § 1. 73，提出簡(jiǎn)要地指示本發(fā)明的性質(zhì)和實(shí)質(zhì)的本發(fā)明的概要。本發(fā)明內(nèi)容是在理解其將不會(huì)用來(lái)解釋或限制權(quán)利要求的范圍或意義的情況下提交的。電流傳感器包括磁場(chǎng)感測(cè)元件、被相互電耦合的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)感測(cè)元件被插在第一和第二夾層結(jié)構(gòu)之間。磁場(chǎng)感測(cè)元件可操作以接收由流過(guò)第一和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的電流引起的磁通線(xiàn)。第一和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)每個(gè)包括頂部部分，其包括至少第一電導(dǎo)體； 底部部分，其包括至少第二電導(dǎo)體；和不同于第一和第二電導(dǎo)體的導(dǎo)磁材料層，其插在頂部部分與底部部分之間。導(dǎo)磁材料屏蔽(避開(kāi))雜散磁場(chǎng)使其不能到達(dá)磁場(chǎng)感測(cè)元件，但是不會(huì)可測(cè)量地影響由待測(cè)量的初級(jí)電流生成的磁場(chǎng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，頂部部分包括第一多個(gè)電導(dǎo)體，其中，所述第一多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣，并且所述底部部分包括第二多個(gè)電導(dǎo)體，其中，所述第二多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)被整體形成在一起并構(gòu)造成U型。所述U型幫助使磁通聚集在第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)感測(cè)元件在其中的第二導(dǎo)體之間的空氣隙中。控制系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流傳感器和控制器，所述控制器被耦合以接收電流感測(cè)信號(hào)并被可操作地耦合以控制至少一個(gè)系統(tǒng)。所述控制器可以包括用于汽車(chē)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器，諸如用于控制電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)和相電流中的至少一個(gè)。


在仔細(xì)閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明以及附圖時(shí)，將得到對(duì)于本發(fā)明及其特征和益處的更全面理解，在附圖中
圖IA是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性電流傳感器的簡(jiǎn)化圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被耦合結(jié)構(gòu)相互電連接的第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)。圖IB是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性電流傳感器的簡(jiǎn)化圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被整體地相互連接并構(gòu)造成U型布置的第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性電流傳感器的簡(jiǎn)圖，其包括被相互整體地連接并構(gòu)造成U型的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)，其中，頂部和底部部分每個(gè)包括在其長(zhǎng)度上(除在各自端部處全部被一起短路之外)被相互電絕緣的多個(gè)電導(dǎo)體。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的截面圖。圖:3B示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有與圖3A所示導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)、但添加了被與導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)電絕緣的導(dǎo)電傳感器屏蔽層的屏蔽導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有重疊構(gòu)造的示例性導(dǎo)體夾層布置的截面圖，其中，第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)相互重疊。圖5A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的感測(cè)印刷電路板上流動(dòng)的電流的圖1的電流傳感器以及該傳感器的簡(jiǎn)化截面圖。圖5B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的被設(shè)計(jì)為專(zhuān)用集成電路(ASIC)的電流傳感器IC 的圖，該電流傳感器IC包括被耦合到放大器的霍爾效應(yīng)或MR感測(cè)元件。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于電流傳感器的簡(jiǎn)化組裝順序。圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于圖6所示的電流傳感器由示例性電流傳感器提供的B向量的模擬結(jié)果。
具體實(shí)施例方式參考附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中，遍及各圖使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指示類(lèi)似或等同元件。附圖未按比例描繪，并且其僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明而提供的。下面參考示例性應(yīng)用來(lái)描述本發(fā)明的多個(gè)方面以便進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)理解的是闡述許多特定細(xì)節(jié)、關(guān)系和方法是為了提供本發(fā)明的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易認(rèn)識(shí)到可以在沒(méi)有特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下實(shí)施本發(fā)明或用其它方法來(lái)實(shí)施本發(fā)明。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)地示出眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作以避免使本發(fā)明模糊難懂。本發(fā)明不受動(dòng)作或事件的所示排序的限制，因?yàn)橐恍﹦?dòng)作可以按照不同的順序和/或與其它動(dòng)作或事件同時(shí)地發(fā)生。此外，并不要求所有所示動(dòng)作或事件來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性電流傳感器100的簡(jiǎn)化圖，其包括根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的被耦合結(jié)構(gòu)125相互電連接的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)110和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)120。磁場(chǎng)感測(cè)元件11通?？梢园ㄈ魏未艌?chǎng)測(cè)量技術(shù)，具有或沒(méi)有耦合到其輸出端的放大器。磁場(chǎng)感測(cè)元件11位于第一和第二導(dǎo)體夾層110和120之間。例如，磁場(chǎng)傳感器11可以是霍爾效應(yīng)感測(cè)元件或磁阻(MR)感測(cè)元件。MR感測(cè)元件可以包括巨磁阻 (GMR)感測(cè)元件。MR感測(cè)元件通常適合于相對(duì)低的電流感測(cè)，而霍爾效應(yīng)感測(cè)元件通常適合于相對(duì)更高水平的電流感測(cè)。已知MR感測(cè)元件與霍爾效應(yīng)感測(cè)元件相比具有較高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。如果使用MR感測(cè)元件作為感測(cè)元件11，則可能需要如本領(lǐng)域中已知的那樣修改其安裝。所示的放大器31被耦合以接收并放大由磁場(chǎng)感測(cè)元件11提供的電輸出信號(hào)。耦合結(jié)構(gòu)125將第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110電耦合到第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)120，使得測(cè)量電流能夠流動(dòng)，被示為進(jìn)入第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110中的Iin和從第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)120出來(lái)的lout。包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)110和120每個(gè)包括頂部部分13a和底部部分13b，導(dǎo)磁材料層13c插在頂部部分13a和底部部分1 之間。導(dǎo)磁材料13c通過(guò)引導(dǎo)雜散場(chǎng)遠(yuǎn)離磁感測(cè)元件11來(lái)保護(hù)磁場(chǎng)感測(cè)元件11不受外部(雜散)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。與常規(guī)電流傳感器相比，此引導(dǎo)開(kāi)通常導(dǎo)致明顯更好的傳感器性能(例如線(xiàn)性、準(zhǔn)確度)。雖然被示為具有可比較的厚度，但導(dǎo)磁材料13c的厚度與頂層 13a和底層13b的厚度相比通常薄了不止一個(gè)數(shù)量級(jí)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于25A的測(cè)量電流而言，頂層13a和底層1 的厚度兩者通常為約1 mm。導(dǎo)磁材料13c的厚度通常為0. 05至0. 5 mm。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)0. 1 mm厚的導(dǎo)磁材料層13c，與不具有導(dǎo)磁材料13c的結(jié)構(gòu)相比，在阻擋雜散場(chǎng)方面存在約40倍的改善。對(duì)于可能經(jīng)歷相對(duì)高的雜散磁場(chǎng)或電場(chǎng)的應(yīng)用而言，可以將導(dǎo)磁材料13c的厚度增加至幾毫米以避免或至少減少飽和效應(yīng)。導(dǎo)磁材料13c可以由多種導(dǎo)磁材料制成。本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)磁材料”指的是在0. 002 T和零頻率下提供至少500 μ Ν/Α2的磁導(dǎo)率(μ )的材料。導(dǎo)磁材料13c通常為鐵或鐵合金。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)磁材料13c包括Mu金屬。Mu金屬是具有非常高的磁導(dǎo)率 (在0. 002 T和零頻率下約25000 μ Ν/Α2)的鎳鐵合金(75%鎳、15%鐵，加上銅和鉬)。高磁導(dǎo)率層13c通常在屏蔽具有高達(dá)超過(guò)約200 kHz的頻率的靜態(tài)和時(shí)變磁場(chǎng)時(shí)是有效的。導(dǎo)磁材料13c還可以具有雙金屬構(gòu)造，在這種情況下，可以將Mu金屬與一種或多種金屬(諸如銅)以10至約70 wt%的量進(jìn)行組合。所示的各導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110和120將磁場(chǎng)屏蔽夾在中間并因此提供用于磁場(chǎng)感測(cè)元件11的磁場(chǎng)屏蔽。在圖IA中示出了具有高度“H”(通常為1至10 mm)和長(zhǎng)度尺寸“L” (通常>10 mm)的第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)120。第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110 和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)120被示出間隔開(kāi)被示為“D”的距離，相對(duì)耦合結(jié)構(gòu)125，其中，“D”通常約為幾毫米的量級(jí)，諸如1至8 mm。磁場(chǎng)感測(cè)元件11被示出居中地位于能夠充當(dāng)電流傳感器100的外殼的各導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110和120之間(約H/2、L/2且在D尺寸中間)。磁場(chǎng)感測(cè)元件11被示為豎直地定位，并因此沿著各導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110和120的高度方向?qū)?zhǔn)。第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)110和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)120的高度H通常均為磁場(chǎng)感測(cè)元件11的高度的至少兩倍。與諸如銅的一些可用低成本非導(dǎo)磁材料的電導(dǎo)率相比，大多數(shù)高導(dǎo)磁材料通常提供較低的電導(dǎo)率。由于傳感器100的夾層結(jié)構(gòu)110、120的各導(dǎo)電部件被相對(duì)于導(dǎo)磁材料 13c電并聯(lián)，并且由于導(dǎo)電頂部和底部部分13a和13b的電導(dǎo)率與導(dǎo)磁材料13c相比明顯更高，所以導(dǎo)電頂部和底部層13a和1 攜載大部分測(cè)量電流。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 導(dǎo)電頂部和底部層13a和1 通常不包括任何導(dǎo)磁材料。通過(guò)消除對(duì)導(dǎo)磁材料13c提供高電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率兩者的需要，因此可以由相對(duì)低成本的、高度導(dǎo)電的一般非導(dǎo)磁材料(諸如銅)來(lái)攜載由電流傳感器100測(cè)量的電流。在典型的實(shí)施例中，電流傳感器100包括用于將磁場(chǎng)感測(cè)元件11固定于第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)Iio和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)120的包括電介質(zhì)的材料161。在一個(gè)實(shí)施例中，包括電介質(zhì)的材料161可以包括用于罐裝或安裝磁場(chǎng)感測(cè)元件11的塑料模制件 (plastic molding)。圖IB是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性電流傳感器150的簡(jiǎn)化圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的關(guān)于相互整體連接(即連續(xù)的部件，無(wú)連接器)并構(gòu)造成U型結(jié)構(gòu)125的第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。如傳感器100的情況一樣，磁場(chǎng)感測(cè)元件11被示出居中地位于U型結(jié)構(gòu)125內(nèi)以便改善屏蔽。更具體地，U型促使流過(guò)U型結(jié)構(gòu)125的第一支腿190和第二支腿195的電流被在大體上U型的路徑中引導(dǎo)，而不需要任何槽口，并且作為結(jié)果，由待測(cè)量的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的場(chǎng)力線(xiàn)被引導(dǎo)通過(guò)磁場(chǎng)傳感器11。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性電流傳感器200的簡(jiǎn)化圖，示出了關(guān)于包括被相互整體連接的第一支腿190和第二支腿195的U型結(jié)構(gòu)225的細(xì)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，頂部13a和底部1 部分每個(gè)包括在其長(zhǎng)度上被相互電絕緣(除在各自端部處全部被一起短路之外)的多個(gè)電導(dǎo)體171 (對(duì)于頂部13a和底部1 部分，均示出13個(gè)電導(dǎo)體 171)。電介質(zhì)材料68在其長(zhǎng)度上提供導(dǎo)體171之間的電絕緣。電流傳感器200接收被示為Iin的待測(cè)量的電流，短路結(jié)構(gòu)66a在其輸入端處使各電絕緣電導(dǎo)體171 —起短路。類(lèi)似地，短路結(jié)構(gòu)66b在輸出端處使電絕緣導(dǎo)體171 —起短路以傳遞輸出電流lout。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由電流傳感器200將多個(gè)電導(dǎo)體171用于頂部和底部部分13a 和1 將產(chǎn)生明顯更加均勻的電流分布，尤其是對(duì)于較高測(cè)量電流而言，以及當(dāng)對(duì)于較高雜散場(chǎng)抗擾應(yīng)用而言使得U型結(jié)構(gòu)225的高度相對(duì)高時(shí)。在此類(lèi)布置中，與從單個(gè)連續(xù)電導(dǎo)體形成的頂部或底部部分13a、13b相比，具有多個(gè)電導(dǎo)體171的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器導(dǎo)致更均勻的磁場(chǎng)。在本實(shí)施例中，U型結(jié)構(gòu)225可以包括以U型構(gòu)造的帶狀電纜。帶狀電纜(也稱(chēng)為多線(xiàn)平面電纜)是具有在同一平坦的平面上相互平行地行進(jìn)的多個(gè)導(dǎo)電導(dǎo)線(xiàn)的電纜。結(jié)果， 所述電纜是寬且扁平的。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)310的截面視圖，其中，頂部和底部部分13a和1 每個(gè)包括多個(gè)電導(dǎo)體。圖;3B示出包括與圖3A所示導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)、但添加了被與導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)電絕緣的導(dǎo)電傳感器屏蔽層84的布置320。鄰近于導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)310的外表面定位的屏蔽層84能夠幫助防止到導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)310的電弧放電耦合，其可在一定的應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生，并導(dǎo)致測(cè)量誤差或?qū)﹄娏鱾鞲衅鞯膿p壞。屏蔽層84還可以提供針對(duì)電場(chǎng)的屏蔽。傳感器屏蔽層84被示為與導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)310電絕緣，并且可以由包括銅和鋁的導(dǎo)電材料形成， 諸如以箔的形式。在一些應(yīng)用中，可以將傳感器屏蔽層84接地(未示出)。圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有重疊構(gòu)造的示例性導(dǎo)體夾層布置400的截面圖，其中，第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)120相互重疊。磁場(chǎng)感測(cè)元件11 具有傳感器高度，其中，第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)110和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)120相互重疊以圍繞磁場(chǎng)感測(cè)元件以提供對(duì)于磁性感測(cè)元件11的整個(gè)高度的360度的場(chǎng)屏蔽。該重疊構(gòu)造減少了從各導(dǎo)體夾層110、120之間的另外未屏蔽部分進(jìn)入的雜散場(chǎng)。所示的重疊布置因此提供針對(duì)外部雜散磁場(chǎng)的增強(qiáng)的抗擾性。圖5A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括電流傳感器10的電流傳感器系統(tǒng)500，電流傳感器10處于其應(yīng)用之一中，測(cè)量由印刷電路板(PCB)20上的導(dǎo)線(xiàn)攜載的電流。還提供了傳感器10的簡(jiǎn)化截面圖。雖然未示出，但電流傳感器10通常被軟焊到PCB 20并因此與待測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)電流攜載線(xiàn)串聯(lián)地放置在PCB 20上。導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)110/120被示出經(jīng)由導(dǎo)電端子21a和21b接觸PCB 20上的電流攜載線(xiàn)。在此布置中，電流傳感器10與PCB 20 的平面垂直地取向?？梢越?jīng)由端子22 (對(duì)于霍爾效應(yīng)傳感器示出3個(gè)端子)來(lái)分接來(lái)自電流感測(cè)元件11的電數(shù)據(jù)信號(hào)(電壓)以便進(jìn)行進(jìn)一步處理，諸如進(jìn)行過(guò)濾和放大。 根據(jù)本發(fā)明的傳感器還可以在諸如硅的集成電路襯底上形成，特別是對(duì)于較低電流感測(cè)而言，諸如幾毫安至幾安培(例如，高達(dá)25 A)。在本實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)12包括具有半導(dǎo)體表面的集成電路襯底，諸如硅襯底。將根據(jù)本發(fā)明的傳感器制造為IC所具有的優(yōu)點(diǎn)是，允許將整體形成的傳感器安裝在小封裝(塑料浸芯)中并安裝在PCB板上與板的平面平行，從而減小所需的余隙。圖5B 示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器IC 60的圖，其被設(shè)計(jì)為包括霍爾效應(yīng)或MR感測(cè)元件 11的專(zhuān)用集成電路(ASIC)，所述霍爾效應(yīng)或MR感測(cè)元件11被耦合到在公共襯底12上形成的放大器31并通常封裝在諸如塑料封裝的單個(gè)封裝中。封裝的引腳(未示出)被插入在 PCB板20上提供的適當(dāng)連接器中。待測(cè)量的系統(tǒng)電流被示出沿著導(dǎo)線(xiàn)34流動(dòng)。來(lái)自放大器31的放大的傳感器輸出被耦合到控制器36。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器36包括用于汽車(chē)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器，諸如用于控制汽車(chē)的電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)和相電流中的至少一個(gè)。最近的進(jìn)步已經(jīng)使得能夠還添加ADC (模數(shù))轉(zhuǎn)換器和I2C (集成電路間通信協(xié)議) IC以便直接連接到微控制器的I/O端口，其也可以被整體形成到單個(gè)封裝中。在另一實(shí)施例中，傳感器IC可以包括霍爾效應(yīng)傳感器和基于MR的傳感器，具有用于基于預(yù)定電流水平在各傳感器之間切換的開(kāi)關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，基于MR的傳感器可在較低電流下操作，而霍爾效應(yīng)傳感器可在較高電流下操作。還可以使用已知溫度傳感器電路(PTAT)來(lái)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。此外，IC還可以包括用于向遠(yuǎn)程監(jiān)視位置傳送已檢測(cè)信號(hào)的無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)和芯片上的天線(xiàn)。除上述示例性汽車(chē)應(yīng)用之外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流傳感器還具有其它應(yīng)用。 此類(lèi)應(yīng)用包括但不限于變頻器中的電動(dòng)機(jī)電流控制、伺服驅(qū)動(dòng)中的相電流控制、用于電動(dòng)機(jī)和功率半導(dǎo)體的過(guò)載保護(hù)、能量系統(tǒng)(例如風(fēng)能)的控制、焊接設(shè)備中的電流控制和監(jiān)視、 開(kāi)關(guān)模式電源中的電流調(diào)節(jié)、不可中斷電源中的電流控制、機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的電池電流診斷、接地故障檢測(cè)以及用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備。示例
以下非限制性示例用于說(shuō)明本發(fā)明的所選實(shí)施例。應(yīng)認(rèn)識(shí)到所示部件的元件的比例變化和替代對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的，并且在本發(fā)明的實(shí)施例的范圍內(nèi)。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于電流傳感器600的簡(jiǎn)化組裝順序。諸如Mu金屬箔的導(dǎo)磁材料610的箔層(例如，約0. 1 mm厚)以U型彎曲并被插在也被彎曲成相同的大體U型的第一和第二帶狀電纜615和620之間以形成U型夾層結(jié)構(gòu)(未示出)?？梢允褂谜迟N或其它組裝方式。U型夾層結(jié)構(gòu)的面積通常是基于特定的應(yīng)用，其通常限定待測(cè)量的電流。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該面積可以是5至20 mm乘以5至20 mm。具有霍爾感測(cè)元件和相關(guān)聯(lián)電子器件(通常包括放大器及其它ASIC)的PCB板625位于U型夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并且然后被固定到U型夾層結(jié)構(gòu)，形成電流傳感器600。圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與圖IB所示類(lèi)似的由基于單個(gè)銅布置的傳感器600 的示例性電流傳感器提供的B向量的模擬結(jié)果。該模擬結(jié)果證明各導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)之間的非常線(xiàn)性的場(chǎng)。模擬還顯示導(dǎo)體內(nèi)部的實(shí)質(zhì)為零的場(chǎng)。雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是其僅僅是以示例而不是限制的方式提出的。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，依照本文的公開(kāi)，可以對(duì)公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行許多修改。因此，不應(yīng)由任何上述實(shí)施例來(lái)限制本發(fā)明的寬度和范圍。相反， 應(yīng)依照所附權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定本發(fā)明的范圍。雖然已經(jīng)相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式說(shuō)明并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)和附圖時(shí)將想到等同的變更和修改。另外，雖然已經(jīng)僅相對(duì)于多個(gè)實(shí)施方式之一公開(kāi)了本發(fā)明的特定特征，但可以將此類(lèi)特征與其它實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征組合，如對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用而言期望和有利的那樣。本文所使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是出于描述特定實(shí)施例的目的，并且并不意圖限制本發(fā)明。除非上下文明確指明，本文所使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”意圖也包括復(fù)數(shù)形式。此外，對(duì)于已在具體實(shí)施方式
和/或權(quán)利要求中使用術(shù)語(yǔ)“包含”、“具有”、“具備”、 “帶有”或其變體而言，此類(lèi)術(shù)語(yǔ)意圖以與術(shù)語(yǔ)“包括”類(lèi)似的方式是包括性的。除非另外定義，本文所使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員一般理解的相同的意義。還應(yīng)理解的是諸如由一般使用的詞典所定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為具有與其在相關(guān)技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且不應(yīng)以理想化或過(guò)度形式化的意義來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)潜疚拿鞔_地這樣定義。提供公開(kāi)的摘要是為了遵守37 C. F. R. § 1. 72 (b)，要求摘要將允許讀者快速地確定技術(shù)公開(kāi)的性質(zhì)。摘要是在理解其將不會(huì)用來(lái)解釋或限制所附權(quán)利要求的范圍或意義的情況下提交的。
權(quán)利要求
1.一種電流傳感器，包括磁場(chǎng)感測(cè)元件；被相互電耦合的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)，其中，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件被插在所述第一和第二夾層結(jié)構(gòu)之間；所述第一和所述第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)每個(gè)包括頂部部分，其包括至少第一電導(dǎo)體；底部部分，其包括至少第二電導(dǎo)體；以及不同于所述第一和所述第二電導(dǎo)體的導(dǎo)磁材料層，其插在所述頂部部分與所述底部部分之間，其中所述磁場(chǎng)感測(cè)元件可操作以接收由流過(guò)所述第一和所述第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的電流引起的磁通線(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中所述頂部部分包括第一多個(gè)電導(dǎo)體，所述第一多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣；以及所述底部部分包括第二多個(gè)電導(dǎo)體，所述第二多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣。
3.如權(quán)利要求2所述的電流傳感器，其中所述第一多個(gè)電導(dǎo)體在所述長(zhǎng)度上被相互電絕緣，除在各自端部處全部被一起短路之外；以及所述第二多個(gè)電導(dǎo)體在所述長(zhǎng)度上被相互電絕緣，除在各自端部處全部被一起短路之外。
4.如權(quán)利要求2所述的電流傳感器，還包括電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料插在所述第一多個(gè)電導(dǎo)體的相應(yīng)一些之間并插在所述第二多個(gè)電導(dǎo)體的相應(yīng)一些之間以便提供所述電絕緣。
5.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和所述第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)被相互形成為整體并構(gòu)造成U型整體結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的電流傳感器，其中，所述U型整體結(jié)構(gòu)包括帶狀電纜。
7.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述第一電導(dǎo)體和所述第二電導(dǎo)體按重量計(jì)主要包括銅。
8.如權(quán)利要求7所述的電流傳感器，其中，所述第一電導(dǎo)體和所述第二電導(dǎo)體按重量計(jì)基本上由所述銅組成。
9.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述導(dǎo)磁材料提供在0.002T和零頻率下至少1000 μΝ/Α2的磁導(dǎo)率。
10.如權(quán)利要求9所述的電流傳感器，其中，所述導(dǎo)磁材料包括鐵鎳銅合金。
11.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件具有傳感器高度，并且所述第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)具有第一高度，所述第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)具有第二高度，其中，所述第一高度和所述第二高度均是所述傳感器高度的至少兩倍。
12.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件具有傳感器高度并且所述第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)相互重疊以圍繞所述磁場(chǎng)感測(cè)元件以提供用于整個(gè)傳感器高度的360度的場(chǎng)屏蔽。
13.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，還包括電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料用于將所述磁場(chǎng)感測(cè)元件固定于所述第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和所述第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，還包括支撐結(jié)構(gòu)，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件位于所述支撐結(jié)構(gòu)上，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括具有半導(dǎo)體表面的襯底，所述電流傳感器是在所述表面上整體形成的電流傳感器。
15.如權(quán)利要求14所述的電流傳感器，還包括放大器，所述放大器在所述表面上形成被耦合到所述磁場(chǎng)感測(cè)元件的輸出端。
16.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述磁場(chǎng)傳感器包括霍爾效應(yīng)傳感器。
17.如權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中，所述磁場(chǎng)傳感器包括基于磁阻的傳感器。
18.一種包括具有系統(tǒng)電流的至少一個(gè)系統(tǒng)的受控系統(tǒng)，包括電流傳感器，其用于提供表示接收到的所述系統(tǒng)電流的電流感測(cè)信號(hào)，并且包括磁場(chǎng)感測(cè)元件，被相互電耦合的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)，其中，所述磁場(chǎng)感測(cè)元件被插在所述第一和第二夾層結(jié)構(gòu)之間；所述第一和所述第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)每個(gè)包括頂部部分，其包括至少第一電導(dǎo)體；底部部分，其包括至少第二電導(dǎo)體；以及不同于所述第一和所述第二電導(dǎo)體的導(dǎo)磁材料層，其插在所述頂部部分與所述底部部分之間，所述磁場(chǎng)傳感器可操作以接收由流過(guò)所述第一和所述第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的所述系統(tǒng)電流引起的磁通線(xiàn)，以及控制器，其被耦合以接收所述電流感測(cè)信號(hào)并被可操作地耦合以控制所述系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器包括用于汽車(chē)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器， 所述控制器控制所述電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)和相電流中的至少一個(gè)。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述頂部部分包括第一多個(gè)電導(dǎo)體，所述第一多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣；以及所述底部部分包括第二多個(gè)電導(dǎo)體，所述第二多個(gè)電導(dǎo)體在其長(zhǎng)度的至少一部分上被相互電絕緣。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述第一導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)和所述第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)被相互形成為整體并構(gòu)造成U型整體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種電流傳感器包括磁場(chǎng)感測(cè)元件、被相互電耦合的第一包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)和第二包括導(dǎo)體的夾層結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)感測(cè)元件被插在第一和第二夾層結(jié)構(gòu)之間。磁場(chǎng)感測(cè)元件可操作以接收由流過(guò)第一和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)的電流引起的磁通線(xiàn)。第一和第二導(dǎo)體夾層結(jié)構(gòu)每個(gè)包括頂部部分，其包括至少第一電導(dǎo)體；底部部分，其包括至少第二電導(dǎo)體；和不同于第一和第二電導(dǎo)體的導(dǎo)磁材料層，其插在頂部部分與底部部分之間。導(dǎo)磁材料屏蔽(避開(kāi))雜散磁場(chǎng)使其不能到達(dá)磁場(chǎng)感測(cè)元件，但是不會(huì)可測(cè)量地影響由待測(cè)量的初級(jí)電流生成的磁場(chǎng)。
文檔編號(hào)G01R19/15GK102257394SQ200980151180
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者金策爾 H. 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司