[发明专利]具有包括夹在电导体中间的磁导率层的场屏蔽布置的电流传感器

说明书

技术领域

本发明一般地涉及基于磁场感测的电流传感器。

背景技术

常规的基于磁场的电流传感器通常包括磁场传感器、铁芯和放大器。铁芯围绕电导体，通常包括铜以便携载待测量的电流，待测量的电流导致在铁芯中生成磁场。磁场传感器被布置在铁芯中的间隙中。因此，由待测量的电流在铁芯中感生的磁场的场力线穿过磁场传感器。磁场传感器生成大体上与待测量的电流成比例的电输出信号，并且此信号被诸如运算放大器的放大器放大。

常规电流传感器中的铁芯主要提供两个功能。首先，通过磁场传感器来传送由待测量的电流感生的磁场，其次，对磁场传感器屏蔽已知将引起测量误差的无关电场和磁场。然而，铁芯的使用导致对于许多应用而言常常过于昂贵的传感器成本。

一些较低成本的电流传感器是已知的，其免除了对铁芯的需要。然而，此类传感器通常不提供足够准确的初级电流测量，其通常也不提供足够的线性（在作为初级电流流动的待测量的电流与到达磁性传感器的磁通量之间）。

例如，已知一些汽车电流感测应用要求电流的精确测量，诸如用于控制电子驱动系统中的电动机和相电流。基于直接在印刷电路板上测量电流的需要，还要求小的传感器尺寸。此外，在这些汽车应用及其它高容量应用中还要求低成本。所需要的是一种新的电流传感器设计，其提供改善的传感器性能而同时还提供低成本。

发明内容

提供本发明内容是为了遵守37 C.F.R.§1.73，提出简要地指示本发明的性质和实质的本发明的概要。本发明内容是在理解其将不会用来解释或限制权利要求的范围或意义的情况下提交的。

电流传感器包括磁场感测元件、被相互电耦合的第一包括导体的夹层结构和第二包括导体的夹层结构。磁场感测元件被插在第一和第二夹层结构之间。磁场感测元件可操作以接收由流过第一和第二导体夹层结构的电流引起的磁通线。

第一和第二包括导体的夹层结构每个包括：顶部部分，其包括至少第一电导体；底部部分，其包括至少第二电导体；和不同于第一和第二电导体的导磁材料层，其插在顶部部分与底部部分之间。导磁材料屏蔽（避开）杂散磁场使其不能到达磁场感测元件，但是不会可测量地影响由待测量的初级电流生成的磁场。

在本发明的另一实施例中，顶部部分包括第一多个电导体，其中，所述第一多个电导体在其长度的至少一部分上被相互电绝缘，并且所述底部部分包括第二多个电导体，其中，所述第二多个电导体在其长度的至少一部分上被相互电绝缘。

在本发明的另一实施例中，第一包括导体的夹层结构和第二包括导体的夹层结构被整体形成在一起并构造成U型。所述U型帮助使磁通聚集在第一包括导体的夹层结构与磁场感测元件在其中的第二导体之间的空气隙中。

控制系统包括根据本发明的实施例的电流传感器和控制器，所述控制器被耦合以接收电流感测信号并被可操作地耦合以控制至少一个系统。所述控制器可以包括用于汽车的电驱动系统控制器，诸如用于控制电子驱动系统的电动机和相电流中的至少一个。

附图说明

在仔细阅读以下详细说明以及附图时，将得到对于本发明及其特征和益处的更全面理解，在附图中：

图1A是根据本发明一个实施例的示例性电流传感器的简化图，示出了根据本发明实施例的被耦合结构相互电连接的第一导体夹层结构和第二导体夹层结构。

图1B是根据本发明一个实施例的示例性电流传感器的简化图，示出了根据本发明实施例的被整体地相互连接并构造成U型布置的第一导体夹层结构和第二导体夹层结构。

图2是根据本发明实施例的示例性电流传感器的简图，其包括被相互整体地连接并构造成U型的第一包括导体的夹层结构和第二包括导体的夹层结构，其中，顶部和底部部分每个包括在其长度上（除在各自端部处全部被一起短路之外）被相互电绝缘的多个电导体。

图3A示出根据本发明实施例的示例性导体夹层结构的截面图。

图3B示出根据本发明实施例的具有与图3A所示导体夹层结构相同的结构、但添加了被与导体夹层结构电绝缘的导电传感器屏蔽层的屏蔽导体夹层结构的截面图。

图4示出根据本发明另一实施例的具有重叠构造的示例性导体夹层布置的截面图，其中，第一导体夹层结构和第二导体夹层结构相互重叠。

图5A示出根据本发明实施例的感测印刷电路板上流动的电流的图1的电流传感器以及该传感器的简化截面图。

图5B是根据本发明另一实施例的被设计为专用集成电路（ASIC）的电流传感器IC的图，该电流传感器IC包括被耦合到放大器的霍尔效应或MR感测元件。