一种电流传感器的制作方法

【技术领域】

本发明涉及电流传感器技术领域，尤其涉及一种具有大电流探测能力的高精度电流传感器。

背景技术：

用于测量电流大小的电流传感器广泛应用于各种电子设备中。现有技术中的一种电流传感器，其内部集成有一个u字形状的导体，导体周围放置两个磁电阻传感器，使被测电流流经传感器内部集成的u字形状的导体，由两个磁电阻传感器对导体中电流产生的磁场进行差分测量，从而达到探测(或检测)被测电流的目的。

但是，对于电流传感器来说，传统的载流导体采用u型导体方案的缺点是，载流导体的电阻大，无法承载大电流。

因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种电流传感器，其不仅可以承载大电流，而且还提高了电流的探测精度和探测带宽。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种电流传感器，其根据被测定电流产生的磁感应强度来检测所述被测定电流，其包括载流导体和磁传感器。所述载流导体用于为所述被测定电流提供流经通道，所述载流导体包括电流输入脚、电流输出脚、旁路导体和u型导体，所述电流输入脚和电流输出脚相对且间隔设置；所述旁路导体位于所述电流输入脚和电流输出脚之间，且连接所述电流输入脚和电流输出脚；所述u型导体位于所述电流输入脚、电流输出脚和旁路导体的一侧，所述u型导体的一端与所述电流输入脚相连，其另一端与所述电流输出脚相连；所述磁传感器位于所述载流导体的周围，其根据所述载流导体中的电流产生的磁场来检测所述被测定电流。

进一步的，所述u型导体包括第一腿部、第二腿部、第一脖颈部、第二脖颈部和连接部，所述第一腿部、第二腿部、第一脖颈部和第二脖颈部位于所述连接部的同一侧，所述第一腿部的一端作为所述u型导体的一端与所述电流输入脚相连，所述第一腿部的另一端经所述第一脖颈部与所述连接部的一端相连；所述第二腿部的一端作为所述u型导体的另一端与所述电流输出脚相连，所述第二腿部的另一端经所述第二脖颈部与所述连接部的另一端相连。

进一步的，所述被测定电流i由所述电流输入脚流入后分为两路电流：第一路电流i1依次经过第一腿部、第一脖颈部、连接部、第二脖颈部和第二腿部至所述电流输出脚；第二路电流i2经所述旁路导体至所述电流输出脚，其中，第一路电流i1、第二路电流i2以及被测定电流i满足i1+i2＝i。

进一步的，x轴垂直于第一腿部和第二腿部的走向，y轴平行于第一腿部和第二腿部的走向，电流输入脚、电流输出脚的宽度为第一宽度w，所述第一宽度w为电流输入脚、电流输出脚沿x轴方向的宽度；第一腿部、第二腿部的宽度为第二宽度w11，所述第二宽度w11为第一腿部、第二腿部沿x轴方向的宽度；第一脖颈部、第二脖颈部的宽度为第三宽度w12，所述第三宽度w12为第一脖颈部、第二脖颈部沿x轴方向的宽度；连接导体的宽度为第四宽度w13，所述第四宽度w13为连接导体沿y轴方向的宽度；旁路导体的宽度为第五宽度w2，所述第五宽度w2为旁路导体沿y轴方向的宽度，其中，w>w2，w>w11>w12。

进一步的，w>2w2，w2>w11≈w13>2w12。

进一步的，所述第一腿部和第二腿部均为直导体；所述第一腿部和第二腿部关于所述u型导体的中心线对称；所述第一脖颈部和第二脖颈部关于所述u型导体的中心线对称；和/或所述电流输入脚和所述电流输出脚关于所述u型导体的中心线对称。

进一步的，所述磁传感器包括第一磁传感器单元和第二磁传感器单元，所述第一传感器单元和所述第二磁传感器单元位于所述u型导体的周围，以形成差分输出。

进一步的，相对于所述第一腿部，所述第一脖颈部为双侧边上设置有凹陷或单侧边上设置有凹陷；相对于所述第二腿部，所述第二脖颈部为双侧边上设置有凹陷或单侧边上设置有凹陷。

进一步的，相对于所述第一腿部，所述第一脖颈部在靠近所述第二腿部的单侧边上设置有凹陷；相对于所述第二腿部，所述第二脖颈部在靠近所述第一腿部的单侧边上设置有凹陷。

进一步的，所述u型导体为标准的u字型导体或类u字型的导体。

与现有技术相比，本发明中的电流传感器设置有新型的载流导体，所述载流导体包括电流输入脚、电流输出脚、旁路导体和u型导体。u型导体包括两个腿部、两个脖颈部和连接部。被测定电流从电流输入脚流入，分流到u型导体和旁路导体，从电流输出脚流出。这样，本发明不仅可以承载大电流，而且还提高了电流的探测精度和探测带宽。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明在一个实施例中的电流传感器的结构示意图；

图2为沿图1的a-a剖面线的剖面示意图；

图3为图1所示的电流传感器在不同脖颈部宽度下的非线性度示意图；

图4为图1所示的电流传感器在不同脖颈部宽度下的输出信号幅值随电流频率的依赖关系示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

请参考图1所示，其为本发明在一个实施例中的电流传感器的结构示意图。图1所示的电流传感器包括载流导体101和磁传感器103。

所述载流导体101用于为被测定电流i提供流经通道，使被测定电流i能够流过所述载流导体101。

所述载流导体101包括电流输入脚101a、电流输出脚101b、旁路导体101d和u型导体101c。其中，所述电流输入脚101a和电流输出脚101b相对且间隔设置；所述旁路导体101d位于所述电流输入脚101a和电流输出脚101b之间，且连接所述电流输入脚101a和电流输出脚101b(具体的，所述旁路导体101d的一端与所述电流输入脚101a相连，所述旁路导体101d的另一端与所述电流输出脚101b相连)；所述u型导体101c位于所述电流输入脚101a、电流输出脚101b和旁路导体101d的一侧，所述u型导体101c的一端与所述电流输入脚101a相连，所述u型导体101c的另一端与所述电流输出脚101b相连。

在图1所示的实施例中，所述u型导体101c为新型的u型导体，其包括第一腿部102a、第二腿部102b、第一脖颈部102c、第二脖颈部102d和连接部102e。其中，第一腿部102a、第二腿部102b、第一脖颈部102c和第二脖颈部102d位于所述连接部102e的同一侧，所述第一腿部102a的一端(其作为所述u型导体101c的一端)与所述电流输入脚101a相连，所述第一腿部102a的另一端经所述第一脖颈部102c与所述连接部102e的一端相连；所述第二腿部102b的一端(其作为所述u型导体101c的另一端)与所述电流输出脚101b相连，所述第二腿部102b的另一端经所述第二脖颈部102d与所述连接部102e的另一端相连。

所述被测定电流i由所述电流输入脚101a流入，分流到所述u型导体101c和所述旁路导体101d后，再汇流到所述电流输出脚101b，并由所述电流输出脚101b流出。在图1所示的实施例中，所述被测定电流i由所述电流输入脚101a流入后分为两路电流：第一路电流i1经所述u型导体101c至所述电流输出脚101b，即所述第一路电流i1依次经过第一腿部102a、第一脖颈部102c、连接部102e、第二脖颈部102d和第二腿部102b至所述电流输出脚101b；第二路电流i2经所述旁路导体101d至所述电流输出脚101b。其中，所述第一腿部102a和第二腿部102b上流过的第一路电流i1的方向相反；第一路电流i1、第二路电流i2以及被测定电流i满足i1+i2＝i。

为了方便描述，在图1中定义xy坐标系。其中，x轴垂直于第一腿部102a和第二腿部102b的走向(或纵向延伸方向)；y轴平行于第一腿部102a和第二腿部102b的走向(或纵向延伸方向)。电流输入脚101a和电流输出脚101b的宽度为第一宽度w，所述第一宽度w为电流输入脚101a和电流输出脚101b沿x轴方向的宽度；第一腿部102a和第二腿部102b的宽度为第二宽度w11，所述第二宽度w11为第一腿部102a和第二腿部102b沿x轴方向的宽度；第一脖颈部102c和第二脖颈部102d的宽度为第三宽度w12，所述第三宽度w12为第一脖颈部102c和第二脖颈部102d沿x轴方向的宽度；连接导体102e的宽度为第四宽度w13，所述第四宽度w13为连接导体102e沿y轴方向的宽度；旁路导体101d的宽度为第五宽度w2，所述第五宽度w2为旁路导体101d沿y轴方向的宽度。其中，w>w2，w>w11>w12。在一个优选的实施例中，w、w11、w12、w13和w2之间满足，w>2w2，w2>w11≈w13>2w12。

在图1所示的具体实施例中，所述第一腿部102a和第二腿部102b均为直导体；所述第一腿部102a和第二腿部102b关于所述u型导体101c的中心线对称；所述第一脖颈部102c和第二脖颈部102d关于所述u型导体101c的中心线对称；所述电流输入脚101a和所述电流输出脚101b关于所述u型导体101c的中心线对称。

在图1所示的具体实施例中，相对于所述第一腿部102a，所述第一脖颈部102c在靠近所述第二腿部102b的单侧边上设置有凹陷；相对于所述第二腿部102b，所述第二脖颈部102d在靠近所述第一腿部102a的单侧边上设置有凹陷。在另一个实施例中，相对于所述第一腿部102a，所述第一脖颈部102c为双侧边上设置有凹陷或单侧边上设置有凹陷；相对于所述第二腿部102b，所述第二脖颈部102d为双侧边上设置有凹陷或单侧边上设置有凹陷。

所述磁传感器103位于所述载流导体101的周围，其根据所述载流导体101中的电流产生的磁场(或磁感应强度)来检测所述被测定电流i。

在图1所示的实施例中，所述磁传感器103为磁电阻传感器，其包括第一磁电阻传感器单元103a和第二磁电阻传感器单元103b，所述第一磁电阻传感器单元103a和第二磁电阻传感器单元103b位于所述u型导体101c周围，以形成差分输出。在图1所示的具体实施例中，第一磁电阻传感器单元103a和第二磁电阻传感器单元103b分别位于所述第一腿部102a和第二腿部102b的上方。在另一实施例中，第一磁电阻传感器单元103a和第二磁电阻传感器单元103b分别位于所述第一腿部102a和第二腿部102b的下方。

请参考图2所示，其为沿图1的a-a剖面线的剖面示意图。被测定电流i在第一磁电阻传感器单元103a的敏感轴方向产生磁场h11，在第二磁电阻传感器单元103b的敏感轴方向产生磁场-h12。外界磁场为h0。第一磁电阻传感器单元103a的输出为v11＝h11+h0，第二磁电阻传感器单元103b的输出为v12＝-h12+h0，磁电阻传感器103的输出为v11-v12＝h11+h12，从而达到探测电流的目的。

以下具体分析图1所示的电流传感器的技术优势。

电流输入脚101a和电流输出脚101b的存在，有利于传导电流产生的焦耳热；旁路导体101d的存在，极大地降低了载流导体101的电阻；电流输入脚101a、电流输出脚101b和旁路导体101d的存在，使得载流导体101中可以承载大电流。

第一脖颈部102c和第二脖颈部102d的存在，一方面，可以调节第一路电流i1流经所述第一腿部102a和第二腿部102b时的电流方向，减小了电流在第一磁电阻传感器单元103a和第二磁电阻传感器单元103b的非敏感轴方向产生的磁场，从而提高了电流的探测精度，具体表现请参见图3所示。图3为图1所示的电流传感器在不同脖颈部宽度下的非线性度示意图，当w12＝w11时，对应所述第一脖颈部102c和第二脖颈部102d不存在；当w12＝0.4w11时，对应所述第一脖颈部102c和第二脖颈部102d存在，可见脖颈部的存在，使得图1所示的电流传感器的非线性度从5.7％降低到2.6％。

第一脖颈部102c和第二脖颈部102d的存在，另一方面，抑制了电流的趋肤效应，从而提升了电流的探测带宽，具体表现请参见图4所示。图4为图1所示的电流传感器在不同脖颈部宽度下的输出信号幅值随电流频率的依赖关系示意图，当w12＝w11时，对应所述第一脖颈部102c和第二脖颈部102d不存在；当w12＝0.4w11时，对应所述第一脖颈部102c和第二脖颈部102d存在，可见脖颈部的存在，极大地改善了图1所示的电流传感器的高频响应特性。

综上所述，本发明中的电流传感器设置有新型的载流导体101，所述载流导体101包括电流输入脚101a、电流输出脚101b、旁路导体101d和u型导体101c。所述u型导体101c包括第一腿部102a、第二腿部102b、第一脖颈部102c、第二脖颈部102d和连接部102e。被测定电流i从电流输入脚101a流入，分流到旁路导体101d和u型导体101c，从电流输出脚101b流出。这样，本发明不仅可以承载大电流，而且还提高了电流的探测精度和探测宽度。

本文中的“u型”是指一种广义上的类u的形状，而不需要跟u这个字母的形状严格一致，可以进行一定的变形。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。