一种通过相关磁场检测的电流传感器系统及电流测量方法与流程

本发明涉及电流传感器技术领域，更具体的涉及一种通过相关磁场检测的电流传感器系统及电流测量方法。

背景技术：

霍尔效应定义了霍尔传感器中磁场和感应电压之间的关系：当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁力线的两个方向上产生电势差。霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量各种参数，例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换，可测量压力、质量、液位、流速、流量等。同时霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。

传统的电流检测集成电路核心结构如图1所示，其中，11是待测电流it的传输导体，根据麦克斯韦磁场理论电流经过导体会产生垂直于电流方向的环形磁力线，磁力线如b所示。霍尔器件10接收磁力线，并产生电信号，电信号经过放大器12放大，输出给下一级电路处理。传统结构虽然简单但是存在着灵敏度低、磁场信号过于微弱、传感器抗外部磁干扰性差等问题，带来了的信噪比低的弱点。为此，专利号为的专利中公开了一种基于磁场检测的电流传感系统，其通过在带u形凹槽的道题上层设置带有四个磁传感器的硅片来实现抗干扰，但是其需要四个磁传感器来实现，四个磁传感器位置关系使得硅片与导体封装后的面积变大，成本高。

技术实现要素：

为了解决现有信噪比低、抗外部磁干扰能力差的问题，本发明提供了一种通过相关磁场检测的电流传感器系统，其能够提高信噪比及抗干扰能力的同时减小芯片面积，降低成本，同时还提供了一种通过相关磁场检测的电流传感器系统的电流测量方法。

其技术方案是这样的：一种通过相关磁场检测的电流传感器系统，其包括带u形槽的导体，其特征在于，所述导体上方设置有带有三个磁传感器的硅片，第一磁传感器位于所述导体上的u形槽前端开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器和第三磁传感器位于所述导体上的u形槽后端两侧垂直映射到上层的位置。

其进一步特征在于，所述第二磁传感器和所述第三磁传感器以所述导体上的u形槽中心线对称布置。

一种上述电流传感器系统的电流测量方法，其特征在于，设穿过所述导体的待测电流为it，待测电流it对第一磁传感器、第二磁传感器、第三次传感器的磁场强度分别为hta、htb、htc，外部干扰源in对第一磁传感器、第二磁传感器、第三次传感器的磁场强度看成共模信号，分别为hna、hnb、hnc，第一磁传感器、第二磁传感器、第三次传感器的总磁场强度分别为ha、hb、hc，待测电流it的磁场强度为y，根据公式：

y=2*ha–hb-hc

=2*(hta+hna)-(htb+hnb)–(htc+hnc)

=(2*hta-htb-htc)+(2*hna–hnb-hnc)

=yt+yn

其中yt与yn分别为it、in对霍尔器件的影响，

yt=2*hta-htb-htc(1)

yn=2*hna–hnb-hnc(2)

由于外部干扰源in对三个磁传感器的磁场强度hna、hnb、hnc相等，根据公式（2）可以得出yn为零，消除了外部干扰磁场对于待测电流磁场信号的干扰，根据y计算得出待测电流it。

采用本发明的电流传感器系统和测量方法后，三个磁传感器同时感应到外部干扰磁场，由于干扰源距离三个磁传感器的距离远大于三个磁传感器之间的距离，所以磁传感器感应到的外部干扰磁场方向相同、磁场强度近似相等。基于这个原理，通过相关算法计算就能有效消除外部干扰，增加了信噪比，提高了抗干扰能力，减少了磁传感器的数量，有效的减小了芯片面积，降低了成本。

附图说明

图1为传统的电流检测集成电路原理图；

图2为待测导体通过电流时磁场分布示意图；

图3为外部干扰源产生的磁场分布示意图。

具体实施方式

见图2，图3所示，一种通过相关磁场检测的电流传感器系统，其包括带u形槽的导体20，导体20上方设置有带有三个磁传感器的硅片，第一磁传感器21位于导体20上的u形槽前端开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器22和第三磁传感器23位于导体20上的u形槽后端两侧垂直映射到上层的位置。第二磁传感器和第三磁传感器以导体上的u形槽中心线轴对称布置，这样可以更好的提高精度。

一种上述电流传感器系统的电流测量方法，设穿过导体20的待测电流为it，待测电流it对第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23的磁场强度分别为hta、htb、htc，磁场分布附图所示，其中x表示磁力线进入平面，点表示磁力线穿出平面，第一磁传感器21放在u形槽前端开口垂直映射到上层的位置，磁场强度最大，第二磁传感器22和第三磁传感器23位于导体20上的u形槽后端两侧垂直映射到上层的位置，磁场强度比较小，且由待测电流it引起的磁场方向与第一磁传感器21位置处相反，外部干扰源in对第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23的磁场强度看成共模信号，分别为hna、hnb、hnc，第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23的总磁场强度分别为ha、hb、hc，待测电流it的磁场强度为y，根据公式：

y=2*ha–hb-hc

=2*(hta+hna)-(htb+hnb)–(htc+hnc)

=(2*hta-htb-htc)+(2*hna–hnb-hnc)

=yt+yn

其中yt与yn分别为it、in对霍尔器件的影响，

yt=2*hta-htb-htc(1)

yn=2*hna–hnb-hnc(2)

由于外部干扰源in距离第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23的距离远大于第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23之间的距离，所以第一磁传感器21、第二磁传感器22、第三次传感器23感应到的外部干扰磁场方向相同、磁场强度近似相等，因此，外部干扰源in对三个磁传感器的磁场强度hna、hnb、hnc相等。基于这个原理，通过相关算法计算就能有效消除外部干扰，增加信噪比，提高抗干扰能力。

因为外部干扰源in在三个霍尔器件位置处的磁场具有统一方向，所以外部干扰源对霍尔器件的作用可以看成共模信号，干扰源导致霍尔器件感应的磁场强度用hna、hnb、hnc表示，根据公式（2）可以得出yn为零，消除了外部干扰磁场对于待测电流磁场信号的干扰，根据y计算得出待测电流it。

另外，由于第二磁传感器22、第三次传感器23所感应的磁场强度htb、htc与第一磁传感器21所感应的磁场强度hta方向相反，所以yt的绝对值大于hta的绝对值，从而有效增强了待测磁场信号，也就提高了信噪比。

技术特征：

技术总结
本发明涉及电流传感器技术领域，更具体的涉及一种通过相关磁场检测的电流传感器系统及电流测量方法，其能够提高信噪比及抗干扰能力的同时减小芯片面积，降低成本，同时还提供了一种通过相关磁场检测的电流传感器系统的电流测量方法，其包括带U形槽的导体，其特征在于，所述导体上方设置有带有三个磁传感器的硅片，第一磁传感器位于所述导体上的U形槽前端开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器和第三磁传感器位于所述导体上的U形槽后端两侧垂直映射到上层的位置。由于外部干扰源IN对三个磁传感器的磁场强度相等，根据公式可以得出YN为零，消除了外部干扰磁场对于待测电流磁场信号的干扰，根据Y计算得出待测电流IT。

技术研发人员：黄海滨;杨超;马辉
受保护的技术使用者：无锡思泰迪半导体有限公司
技术研发日：2018.11.22
技术公布日：2019.01.25