电流传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 对相关申请的交叉引用 本申请是2010年11月18日提交的申请号12/949, 419的部分继续。前述申请的整个 公开被通过引用并入在此。
技术领域
[0002] 本发明的实施例设及电流传感器。一些实施例设及具有至少Ξ个端子区 (terminal area)和至少两个磁场传感器的电流传感器节点，所述至少两个磁场传感器用 于感测流入电流传感器节点的每个电流。
【背景技术】
[0003] 电流传感器用于多种应用，例如，在多条导线连接在电路节点处的情况下测量或 检测电流如何分开。
[0004] 图32示出了将；条线诚导线）相连接的节点。运在许多配电系统中是常见的情 形，其中，可W经由II (其中，II可W指示第一电流）将一次能量（primary energy)输入至 系统。一次能量可W经由12 (其中，12可W指示第二电流)流动至负载，但一次能量还可W 经由13 (其中，13可W指示第Ξ电流）流动至备用电池。还可能发生的是，在一些实例中， II等于0 (11=0)并且负载（12)仅由电池（13)供应。该情形还可W发生在电动车辆中，其 中，II可W由充电器供应，12流经车辆的电机，该电机还可W用作用于将动能恢复为电能 的装置，并且，13来自车辆中的大电池组。在运种情形下，不仅有兴趣测量该网络的单个分 支中的单个电流，而且有兴趣测量所有4个分支中（或至少Ξ个分支或导体中）的电流。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供了一种包括导电元件和至少两个磁场传感器的电流传感器。 所述导电元件包括至少Ξ个端子区、公共导电区、W及将至少Ξ个分离的端子区连接到所 述公共导电区的至少Ξ个分离的中间区，其中，所述至少Ξ个端子区中的每一个经由所述 至少Ξ个分离的中间区中的相应的分离中间区分别地连接至所述公共导电区W将对相应 端子区施加的电流引导至所述公共导电区中。所述至少两个磁场传感器被布置在与所述至 少Ξ个分离的中间区相邻的不同几何位置处，其中，所述至少两个磁场传感器中的每一个 适于感测流入所述公共导电区的电流的磁场分量W基于感测到的磁场分量来提供传感器 信号，其中围绕并且邻接所述公共导电区的几何区被划分成两个几何区段，所述两个几何 区段中的每一个邻接公共导电区，其中所述至少Ξ个端子区被布置在两个几何区段中的第 一几何区段中，并且其中所述至少两个磁场传感器的信号端子被布置在两个几何区段中的 第二几何区段中。
[0006] 此外，所述电流传感器可W包括：评估器，适于评估流入所述公共导电区的每个电 流的值。
[0007] 本发明的其他实施例提供了一种用于对测量节点中的至少Ξ个电流进行测量的 方法，其中，所述测量节点包括至少两个磁场传感器w及导电元件，所述导电元件具有至少 Ξ个分离的端子区、公共导电区、W及将所述至少Ξ个分离的端子区连接到所述公共导电 区的至少Ξ个分离的中间区，其中，所述至少Ξ个分离的端子区中的每一个经由所述至少 Ξ个分离的中间区中的相应的分离中间区分别地连接至所述公共导电区W将对相应端子 区施加的至少Ξ个电流中的一个分别地引导至所述公共导电区中，其中所述至少两个磁场 传感器被布置成与所述至少Ξ个分离的中间区相邻，使得由所述至少Ξ个分离的端子区经 由所述至少Ξ个分离的中间区分别引导至公共导电区中的至少Ξ个电流的值可被分别地 评估，其中围绕并且邻接所述公共导电区的几何区被划分成两个几何区段，所述两个几何 区段中的每一个邻接公共导电区，其中所述至少Ξ个端子区被布置在两个几何区段中的第 一几何区段中，并且其中所述至少两个磁场传感器的信号端子被布置在两个几何区段中的 第二几何区段中。所述方法包括W下步骤：利用所述至少两个磁场传感器分别地感测流入 所述测量节点的至少Ξ个电流的磁场分量；W及基于分别地感测到的磁场分量来评估流入 所述测量节点的至少Ξ个分离的电流的值。
[0008] 本发明的一些实施例提供了一种电流传感器，用于测量与所述电流传感器的所述 至少Ξ个端子区相连接的至少Ξ个导体中的电流分布。此外，所述至少Ξ个端子区在所定 义的区域(运里称作公共导电区）中电连接在一起，然而，在该区域外，所述至少Ξ个端子区 彼此隔离，例如通过隔离材料（isolating material)。所述隔离材料使对相应端子区施加 的电流弯曲，从而将所述电流引导至所述公共导电区中。在所述公共导电区中，所述电流必 然由于弯曲部（bend)而改变流动方向。所述至少两个磁场传感器被放置或布置为例如与 运些弯曲部接近，此处，由所述电流的流动造成的磁场最大。
[0009] 所述评估器可W评估或计算对每个端子区施加的电流的值，例如，评估或计算为 所述至少两个磁场传感器的传感器信号的线性叠加。此外，所述评估器可W适于基于所述 至少两个磁场传感器的传感器信号来评估背景磁场的值，使得可W基于所述背景磁场的值 来进一步评估或计算对每个端子区施加的电流的值。可选地，可W基于所述背景磁场的值 来判断测量的置信水平。
【附图说明】
[0010] 运里参照附图来描述本发明的实施例。
[0011] 图1示出了具有Ξ个端子区和Ξ个磁场传感器的电流传感器的实施例的示意图。
[0012] 图2示出了具有Ξ个端子区和Ξ个磁场传感器的电流传感器的可替换实施例的 不意图。
[0013] 图3示出了电流传感器的示例实施例的导电元件或电流轨道的示意顶视图。
[0014] 图4示出了图3所示的导电元件或电流轨道的示意底视图。
[0015] 图5示出了电流传感器的示例实施例的导电元件或电流轨道的示意平面图。
[0016] 图6示出了针对对两个相邻端子区施加的电压的、电流传感器的示例实施例的导 电元件上的电势分布的示意图。
[0017] 图7示出了针对对一个端子区施加的在两个端子区之间流动的电流的、电流传感 器的示例实施例的导电元件上的总电流密度的分布的示意图。
[0018] 图8A和8B示出了针对对一个端子区施加的在两个端子区之间流动的电流的、电 流传感器的示例实施例的导电元件上的电流密度的量值的分布的示意图。
[0019] 图9示出了针对对一个端子区施加的在两个端子区之间流动的电流的、电流传感 器的示例实施例的导电元件上的热剖面（thermal profile)的示意图。
[0020] 图10示出了针对对一个端子区施加的在两个端子区之间流动的电流的、电流传 感器的示例实施例的导电元件之上0. 1 mm的磁通密度的Z分量的分布的示意图。
[0021] 图11A至11D在示意图中示出了针对对一个端子区施加的在两个端子区之间流动 的电流的、电流传感器的示例实施例的分别在导电元件之上0. 1 mm、〇. 2 mm、0. 3 mm和0. 4 mm的磁场的z分量的强度剖面（intensity profile)。
[0022] 图12示出了全封装电流传感器的示例实施例的顶部上的示意透视图。
[0023] 图13示出了图12的全封装电流传感器的实施例的示意底视图。
[0024] 图14示出了没有模塑料的图12的电流传感器的示例实施例的示意图。
[00巧]图15示出了图14的具有绝缘娃裸片（silicon die)的电流传感器的示例实施例 的不意平面图。
[0026] 图16示出了全封装电流传感器和具有凸出信号引脚的信号引脚的可替换实施例 的不意图。
[0027] 图17示出了具有Ξ个端子区的全封装电流传感器的可选实施例的示意图，运Ξ 个端子区是可从顶部接近的。
[0028] 图18示出了具有Ξ个端子区和Ξ个磁场传感器的电流传感器的实施例的示意 图。
[0029] 图19示出了图18的电流传感器的导电元件的等效电路的实施例的示意图，其中， 第Ξ端子区接至地。
[0030] 图20示出了具有四个端子区和四个磁场传感器的电流传感器的实施例的示意 图。
[0031] 图21示出了具有Ξ个端子区和四个磁场传感器的电流传感器的实施例的示意 图。
[0032] 图22示出了具有Ξ个端子区和两个磁场传感器的电流传感器的可替换实施例的 不意图。
[0033] 图23示出了具有Ξ个端子区和Ξ个磁场传感器的电流传感器的可选实施例的平 面图。
[0034] 图24示出了两个电流传感器在无半桥PFC中的应用的实施例的示意图。
[0035] 图25在示意图中示出了电流传感器在PFC配置中的（a)和（b)应用的实施例。
[0036] 图26A和26B在示意图中示出了电流传感器在无刷DC电流感测中的应用的实施 例。
[0037] 图27示出了电流传感器的其他实施例的平面图。
[0038] 图28示出了电流传感器的其他实施例的平面图。
[0039] 图29示出了电流传感器的其他实施例的平面图。
[0040] 图30示出了电流传感器的其他实施例的平面图。
[0041] 图31示出了用于感测测量节点中的至少Ξ个电流的方法的实施例。
[0042] 图32示出了连接在公共节点处的Ξ条线的示意图。
[0043] 在W下描述中，利用等同或等效的参考标记来表示等同或等效元件或具有等同或 等效功能的元件。
【具体实施方式】
[0044] 图1示出了电流传感器100的实施例的示意图。电流传感器100包括导电元件 (或电流轨道)，该导电元件(或电流轨道）具有Ξ个端子区102_1至102_3和公共导电区 104,其中，Ξ个端子区102_1至102_3中的每一个连接至公共导电区104, W将对相应端子 区102_1至102_3施加的电流106_1至106_3引导至公共导电区104中。电流传感器100 还包括个磁场传感器108_1至108_3,被布置在与公共导电区104相邻的不同几何位置 处，其中，Ξ个磁场传感器108_1至108_3中的每一个适于感测流入公共导电区104的电流 (例如每个电流1〇6_1至106_3)的磁场分量，W基于感测到的磁场分量来提供传感器信号。
[0045] 图1所示的电流传感器100示例性地包括Ξ个端子区102_1至102_3和Ξ个磁场 传感器1〇8_1至108_3。当然，电流传感器100可W包括与公共导电区104相连接的多达 η个端子区102_1至102_η，其中，η可W是大于或等于Ξ的自然数。此外，电流传感器100 可W包括：多达m个磁场传感器108_1至108_m，其适于感测流入公共导电区104的每个电 流106_1至106_n的磁场分量，W基于感测到的磁场分量来提供传感器信号，其中，m可W 是大于或等于二的自然数。换言之，m个磁场传感器108_1至108_m适于感测对η个端子 区102_1至102_η施加的多达η个电流106_1至106_η。
[0046] 在一些实施例中，磁场传感器108_1至108_m的数目m可W等于端子区102_1至 l〇2_n的数目η。此外，磁场传感器108_1至108_m的数目m可W大于或等于端子区102_1至 102_n的数目η (m > n)，W感测对η个端子区102_1至102_n施加的η个独立电流106_1 至106_η。可选地，磁场传感器108_1至108_m的数目m可W比端子区102_1至102_η的数 目η小1，其中，可W基于m个磁场传感器108_1至108_m的传感器信号化及基尔霍夫电流 电流定律来计算对η个端子区102_1至102_n施加的η个独立电流106_1至106_n。
[0047] W下，描述具有至少Ξ个端子区102_1至102_n (η > 3)和至少Ξ个磁场传感器 108_1至108_m (m > 3)的示例电流传感器100。此外，磁场传感器108_1至108_m的数目 m可W大于或等于端子区102_1至102_n的数目η (m > η)。当然，W下描述也适用于电流 传感器100的其他实施例。
[004引在图1所示的电流传感器100的本实施例中，磁场传感器108_1至108_m的数目 m被示例性地选择为3 (m=3)。此外，端子区102_1至102_n的数目η被示例性地选择为3 (η=3)0
[0049] 流入公共导电区104的每个电流可W通过至少Ξ个磁场传感器108_1至108_m (m > 3)中的每一个来产生磁场。此外，至少Ξ个磁场传感器108_1至108_m (m > 3)可W 被布置为使得感测到的磁场分量最大或者处于具有针对一个特定电流的最大磁场强度的 至少50%或80%的范围内。例如，针对对一个特定端子区102_1至102_n施加的电流或者 针对两个特定端子区1〇2_1至102_n之间的电流。
[0050] 包括公共导电区104和至少Ξ个端子区102_1至102_n (η > 3)的导电元件可W 被形成或布置为使得流入公共导电区104或在至少Ξ个端子区102_1至102_η (η > 3)之 间流动的不同电流1〇6_1至106_η的电流密度在不同几何位置处最大。例如，流入公共导 电区104的第一电流106_1的电流密度可W在第一几何位置处最大，其中，流入公共导电区 104的第二电流106_2的电流密度可W在第二几何位置处最大，并且其中，流入公共导电区 104的第Ξ电流106_3的电流密度可W在第Ξ几何位置处最大。最大电流密度意味着最大 磁场，使得至少Ξ个磁场传感器1〇8_1至108_m (m > 3)可W被放置或布置在对应的几何 位置处，其中，电流密度和从而得到的磁场分量最大或者处于具有最大磁场强度的至少50% 或80%的范围内。
[0051] 此外，电流传感器100可W包括：评估器，其适于评估流入公共导电区104的每个 电流1〇6_1至106_n的值。可选地，评估器可W包括用于输出流入公共导电区104的每个 电流1〇6_1至106_n的值的输出端。
[0052] 在可能的应用中，可W将图1所示的具有Ξ个端子区102_1至102_3和Ξ个磁场 传感器1〇8_1至108_3的电流传感器100放置在电路中，作为将Ξ条导线或线相连接的节 点。从而，电流传感器100可W同时测量所有Ξ个电流106_1至106_3。运节约了空间、成 本、体积、材料、复杂度和耗散，并提高了可靠性。
[0053] 此外，本发明的实施例允许同时测量所有Ξ个电流，而无需用于计算第Ξ电流的 DSP (DSP=数字信号处理器)能力。从而，创造了成本收益，并且，客户可W集中于仅需要电 流值的应用。最后，将组件的量减少至单个组件(或电流传感器100)允许另外的功耗和精 度优化。
[0054] 在具有背景磁场的环境中，至少Ξ个磁场传感器108_1至108_m(m > 3)将不仅感 测或检测由流入公共导电区104的每个电流106_1至106_n造成的磁场的分量，而且将感 测或检测背景磁场的分量。为了补偿或最大化感测到的背景磁场分量，评估器还可W适于 基于至少Ξ个磁场传感器1〇8_1至108_m (m > 3)中的每一个的传感器信号来导出背景磁 场的值，并基于背景磁场的值来评估或估计流入公共导