交流电机控制器用电流数字传感器的制作方法

本发明涉及一种电流数字传感器，主要用于电动汽车交流电机驱动控制器的三相电流检测检测。

背景技术：

电流检测是电动汽车交流电机控制器最重要的检测技术之一，在交流电机堵转或者发生浪涌电流的瞬间，如果能在第一时间检测出对VMOS管或IGBT模块所能承受极限的有害冲击电流，及时关断功率器件的电流通道，是防止电机功率控制模块烧毁的有效保护措施之一。

电动汽车驱动电机控制器的三相电流检测，通常采用具有高效率的康铜丝或康铜板合金作为采样电阻，直接作为电机控制器三相电流回路中的一个元件，再辅以电流比较窗口电路组成。其中，电流采样部分与电流比较电流各自为战，对于不同的电流参数，势必要增加多个比较窗口电路。

所述的康铜合金是含有40%镍和1.5%锰的铜合金，由于其具低电阻率的温度系数，一般可在较宽的温度范围内使用，不过由于康铜的高电阻率，在电流检测过程中，康铜丝或康铜板作为三相回路的电流采样电阻，其发热也十分严重，这对于车载动力电池的电量消耗是极为不利的。

技术实现要素：

技术问题

如何克服现有电动汽车交流电机控制器电流检测的缺陷，正是本发明要解决的问题。

目前，电动汽车驱动电动机控制器的三相电流检测或总电流检测存在以下两个问题：

1、采用直接测量技术，康铜丝或康铜板直接作为采样电阻，成为电机控制器三相电流回路中的一个电流检测元件，由于康铜材料先天的高电阻率，因此在电流检测过程中，康铜丝或康铜板本身的发热也十分严重，一方面降低了电池的使用效率，另一方面也增大了交流电机控制器的散热成本。

2、电流采样部分和电流比较电路各自为战，而且，每一个电流比较窗口电路只能设定一个电流阀值参数，对于不同的电流参数，势必要增加多个比较窗口电路，将大大增加电流的硬件检测开销。

技术方案

为了克服现有电动汽车电机控制器电流检测的缺陷，本发明提出了一种新颖的电动车电机控制器用电流数字传感器方案，其新颖之处在于：

1、采用非接触测量技术，使用了带矩形切口的超微晶薄带环形铁芯，具有高导磁率、低矫顽力，耐大电流冲击，高导磁率可减少比差，提高互感器精度，减少比差，饱和磁感应强度高于坡莫合金，上限接近1下限接近0的矩形系数，适合做成400至8000Hz高频率电流的检测。

2、引入和线性霍尔元件与单片计算机技术，一是实现电流检测的数字化滤波，并与高速同步串行通信总线结合起来，同时实现被测电流的二进制数字转换和传递。

3、本发明将电流采样、检测、比较、数字传送四位一体，实现了整体最省，系统最优。

其技术方案具体如下：

一种交流电机控制器用电流数字传感器，由上盖、下盖、微晶环形铁芯体、PCB板、单片机、霍尔元件组成，其要点在于：

所述的上盖和下盖组成的封闭空间中，封装了微晶环形铁芯体、PCB板，所述的微晶环形铁芯体是由微晶薄带按照阿基米德螺线卷绕而成的圆形柱，圆形柱上开有矩形切口；所述的PCB板上焊接有单片机、霍尔元件，然后插入下盖内壁开的线路板槽中，霍尔元件位于微晶环形铁芯体的矩形切口中间位置处，最后再将四芯插针穿过下盖）底部的插针出孔，再焊接在PCB板上；所述的四芯插针分别定义为，“+”端为电源+5V,“-”端为地，“D”端为串行数据输出端，“T”端为时针脉冲输出端，分别与单片机的电源端和I/O引脚相连，所述的霍尔元件为三条引脚线的线性元件，其中二条引线分别接“+”端和“-”端，另一条引脚线与单片机的A/D引脚相连。

所述的上盖和下盖均为圆柱形与矩形的结合体，其中上盖的中心位置有一个圆柱体的护套，下盖的中心位置有一个中心孔，微晶环形铁芯体嵌入护套中，矩形体的空间中插入PCB板，上盖）外壁带有挂钩扣手，下盖外壁带有倒齿，上盖和下盖合拢后，挂钩扣手刚好挂住倒齿。

所述的交流电机控制器用电流数字传感器的下盖底部有定位插头，可按线路板方式安装在交流电机控制器的电路板上。

所述的交流电机控制器用电流数字传感器，它对电流电机控制器的三相电流圆柱输出接头有如下的限制，即三相电流圆柱输出接头（16）上至少切割出一个感应平面，安装时，所述的三相电流圆柱输出接头上的磁感应平面与霍尔元件的磁感应平面应保持平行。

技术效果

本发明所提出的交流电机控制器用电流数字传感器，具有如下显著的有益效果：

1、本发明所提出的交流电机控制器用电流数字传感器，采用了一种非接触的大电流检测技术，率先将单片机、磁感应技术和数字总线通信技术结合一体，这是一种全新的交流电机控制器用电流数字传感器。

2、本发明巧妙之处是采用了系统集成的模块化结构，电流检测部件和数据处理部件都集中在一个壳体中，通过单片机作为核心器件实施协调处理，真正实现整体最省，系统最优。

3、基于本发明所设计的交流电机控制器用电流数字传感器摒弃了传统的康铜丝或康铜板作为采样电阻的模式，因此也甩掉了交流电机控制器上的一个最大的发热体，从而为交流电机控制器散热拓扑结构设计带来了简便，是对现有交流电机控制器的实质性改进。

4、基于本发明所设计的交流电机控制器用电流数字传感器摒弃了传统的使用铁硅铝材料作为前端采样电流的方法，而是使用了带矩形切口的超微晶薄带环形铁芯，具有比铁硅铝更高的导磁率、低矫顽力，耐大电流冲击，高磁导率可减少比差，提高互感器的精度，减少比差，饱和磁感应强度高于坡莫合金，接近1或接近0的矩形系数，适合做成400至8000Hz高频率电流的检测。

5、所述的磁通量检测芯片是采用平面霍尔传感技术的单片集成电路，它可以检测到平行于芯片表面由于电流变化导致的磁通密度变化，所述的霍尔元件可实现温度飘逸的自动补偿，通过其引脚输出准确度很高的线性信号，该信号送到单片机中经A/D转换后，从而可以精确检测当前每一相电流的实际大小，单片机通过数字滤波和工程量变换，可以转化为数字信号，并通过串行总线实现电流数据的数字传送，具有成本低廉，测量精度高的特点。

6、特别有意义的是，交流电机控制器用电流数字传感器是功率控制现场的电流传感器，它的数字化为大电流的非接触性检测，提供了一种高效、低成本和可靠的数字技术解决方案。

附图说明

图1交流电机控制器用电流数字传感器正面外形图；

图2交流电机控制器用电流数字传感器背面外形图；

图3交流电机控制器用电流数字传感器正面爆炸图一；

图4交流电机控制器用电流数字传感器正面爆炸图二；

图5交流电机控制器用电流数字传感器背面爆炸图一；

图6交流电机控制器用电流数字传感器背面爆炸图二；

图7交流电机控制器用电流数字传感器背面爆炸图三；

图8去掉上盖后的内部图一；

图9去掉上盖后的内部爆炸视图；

图10插入三相电流输出接头后的交流电机控制器用电流数字传感器正面外形图。

标号说明：

1 上盖 2 下盖

3 定位插头 4 四芯插针

5 微晶环形铁芯体 6 PCB板

7 插针出孔 8 护套

9 挂钩扣手 10 倒齿

11 矩形切口 12 单片机

13 霍尔元件 14 下盖中心孔

15 线路板槽 16 三相电流圆柱输出接头

17 感应平面

具体实施方式

本发明所述的交流电机控制器用电流数字传感器如图1至图10所示。下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种交流电机控制器用电流数字传感器，由上盖1、下盖2、微晶环形铁芯体5、PCB板6、单片机12、霍尔元件13组成，其要点在于：

所述的上盖1和下盖2组成的封闭空间中，封装了微晶环形铁芯体5、PCB板6，所述的微晶环形铁芯体5是由微晶薄带按照阿基米德螺线卷绕而成的圆形柱，圆形柱上开有矩形切口11；

所述的PCB板6上焊接有单片机12、霍尔元件13，然后插入下盖2内壁开的线路板槽15中，霍尔元件13位于微晶环形铁芯体5的矩形切口11中间位置处，最后再将四芯插针4穿过下盖2底部的插针出孔7，再焊接在PCB板6上；

所述的四芯插针4分别定义为，“+”端为电源+5V,“-”端为地，“D”端为串行数据输出端，“T”端为时针脉冲输出端，分别与单片机12的电源端和I/O引脚相连，所述的霍尔元件13为三条引脚线的线性元件，其中二条引线分别接“+”端和“-”端，另一条引脚线与单片机12的A/D引脚相连。

所述的上盖1和下盖2均为圆柱形与矩形的结合体，其中上盖1的中心位置有一个圆柱体的护套8，下盖2的中心位置有一个中心孔14，微晶环形铁芯体5嵌入护套8中，矩形体的空间中插入PCB板6，上盖1外壁带有挂钩扣手9，下盖2外壁带有倒齿10，上盖1和下盖2合拢后，挂钩扣手9刚好挂住倒齿10。

所述的交流电机控制器用电流数字传感器的下盖2底部有定位插头3，可按线路板方式安装在交流电机控制器的电路板上。

所述的交流电机控制器用电流数字传感器，它对电流电机控制器的三相电流圆柱输出接头16有如下的限制，即三相电流圆柱输出接头16上至少切割出一个感应平面17，安装时，所述的三相电流圆柱输出接头16上的磁感应平面17与霍尔元件13的磁感应平面应保持平行。

装配完毕的霍尔元件13，处于微晶环形铁芯体5的矩形切口（11）中间位置处，由于三相电流圆柱输出接头16的感应平面17与霍尔元件13的磁感应平面平行，因此霍尔元件13可以检测到平行芯片表面由于电流变化导致的磁通密度变化，内部可实现温度漂移自动补偿，通过其引脚输出准确度很高的线性信号，该信号送到单片机中经A/D转换后，从而可以可以精确检测当前每一相电流的实际大小，单片机通过数字滤波和工程量变换，可以转化为数字信号，并通过串行总线实现电流数据的数字传送，具有成本低廉，测量精度高的特点。

综上所述，本发明所提出的交流电机控制器用电流数字传感器，是一种全新的电流数字传感器，其核心之处在于，它采用了系统集成的模块化结构，电流检测部件和数据处理部件都集中在一个壳体中，通过单片机作为核心器件实施协调处理，完全摒弃了传统的采样电阻和窗口比较电路，真正实现系统最省，整体最优，其应用前景相当广阔。