一种铜排电流传感器的制作方法

本发明涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种铜排电流传感器。

背景技术：

近年来，新能源汽车、光伏电站、通信基站、储能等电力电子系统正逐步向模块化、集成化、高功率密度、小体积方向发展。铜排由于体积小、过流能力强，满足电力电子系统发展需要。

传统的电流传感器，通常采用铁芯，或者具采用多个霍尔元件组成的环形阵列作为铜排电流检测方案。另一方面，也出现了采用环形磁传感芯片来检测铜排电流的电流传感器。如中国专利申请cn109374940a公开的一种电流测量装置，然而，发明人发现，现有的铜排电流检测存在以下问题：

一方面，对于这些采用磁传感芯片的电流传感器，通常采用环形阵列方案，其体积相对较大，并且由于铜排的趋附效应，现有的铜排电流检测的高频频率特性较差，进而导致检测精度低；

另一方面，无论是采用一个还是多个，磁传感芯片的器件本身的误差会影响到最终检测结果的准确性；因此，也有人给出了采用差分结构的方式来减少磁传感芯片本身的误差对检测结果的影响，但是这种方式仍然存在一个问题，如果磁传感芯片相互之间的一致性较差(例如每个磁传感芯片的误差均不同)时，即使采用了所谓的差分结构，仍然会因为能消除不了磁传感芯片之间的差异性影响检测结果准确性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种铜排电流传感器，以解决现有技术中由于铜排的高频趋附效应导致电流检测精度低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种铜排电流传感器，包括：第一组磁传感芯片，分布在待测铜排的第一侧；第二组磁传感芯片，分布在所述待测铜排的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第二组磁传感芯片与所述第一组磁传感芯片所包含的磁传感芯片相同，并且数量相等，每个所述磁传感芯片包括第一电压端和第二电压端；可编程增益放大器，包括同相输入端和反相输入端，其中，第一组磁传感芯片中的第一电压端连接到所述同相输入端，第一组磁传感芯片中的第二电压端连接到所述反相输入端；所述第二组磁传感芯片中的第一电压端连接到所述反相输入端，第二组磁传感芯片中的第二电压端连接到所述同相输入端。

可选地，所述磁传感芯片包括：第一磁电阻、第二磁电阻、第三磁电阻和第四磁电阻，其中，所述第一磁电阻的一端与所述第四磁电阻的一端连接，并连接至所述磁传感芯片的电源端；所述第一磁电阻的另一端与所述第二磁电阻的一端连接，并连接至所述磁传感芯片的第一电压端；所述第二磁电阻的另一端与所述第三磁电阻的一端连接，并连接至所述磁传感芯片的接地端；所述第三磁电阻的另一端与所述第四磁电阻的另一端连接，并连接至所述磁传感芯片的第二电压端。

可选地，所述第二组磁传感芯片与所述第一组磁传感芯片所包含的磁传感芯片相对于所述待测铜排的设置方向保持一致。

可选地，所述第二组磁传感芯片与所述第一组磁传感芯片所包含的磁传感芯片均为2个。

可选地，所述第一组磁传感芯片和所述第二组磁传感芯片以及所述可编程增益放大器均设置在电路板上，所述第一组磁传感芯片和所述第二组磁传感芯片通过所述电路板连接至所述可编程增益放大器。

可选地，所述电路板为u型电路板，所述待测铜排架设在所述u型电路板的u型槽内，所述第一组磁传感芯片设置在所述u型槽的第一侧的电路板上，所述第二组磁传感芯片设置在所述u型槽的第二侧的电路板上。

可选地，所述电路板上还设置有通信接口，与所述可编程增益放大器的输出端连接，所述通信接口用于连接外部设备。

可选地，所述铜排电流传感器还包括：传感器外壳，所述传感器外壳的一侧设置有可拆卸的盖板，所述电路板可拆卸地安装在所述传感器外壳内。

可选地，所述传感器外壳内还设置有一侧开口的屏蔽壳，所述电路板设置在所述屏蔽壳内，所述屏蔽壳与所述电路板之间设置有绝缘层。

可选地，所述传感器外壳上设置有凸缘，所述凸缘上设置有第一螺孔；所述待测铜排上设置有与所述第一螺孔对应的第二螺孔，所述铜排电流传感器通过螺钉穿过所述第一螺孔和所述第二螺孔固定在所述待测铜排上。

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例提供的铜排电流传感器，通过在待测铜排的第一侧和第二侧分别设置对称的分布的磁传感芯片，并将第一组磁传感芯片的第一电压端接入可编程增益放大器的同相输入端，第二电压端接入所述可编程增益放大器的反相输入端，第二组磁传感芯片的第一电压端与第二电压端分别接入所述可编程增益放大器的反相输入端和同相输入端，也即是将第一组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式和第二组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式反向。通过上述元器件的排布方式，对多个传感器芯片相对铜排的位置进行优化，降低铜排的趋附效应对检测结果的影响，从而保证本发明的铜排电流传感器良好的频率特性。

进一步地，由于将第一组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式和第二组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式反向能够减小磁传感芯片器件本身的差异性对检测结果的影响，解决了所述磁传感芯片一致性较差导致检测准确度低的问题，提高了检测的准确性。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，第一磁电阻、第二磁电阻、第三磁电阻以及第四磁电阻对待测铜排周围的磁场进行检测，进而获得通过所述待测铜排的电流大小，与传统的电流检测相比，无需采用铁芯、磁芯等，降低了电流传感器在高频电流下的磁滞损耗，使得检测更加准确。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，第二组磁传感芯片与第一组磁传感芯片中所包含的磁传感芯片相对于待测铜排的方向保持一致。

当电流频率增大时，不同的位置的检测结果相差很大，因此，本发明实施例采用4个磁传感芯片对待测铜排周围的4个不同的位置进行检测，避免采用单数个磁传感芯片或传统方案进行检测会出现检测结果相差大的问题，提高检测精度。

本发明实例提供的铜排电流传感器，将第一组磁传感芯片、第二组磁传感芯片组以及可编程增益放大器焊接在电路板上，方便安装、集成度高、体积小，能够满足小体积铜排的检测需求。

本发明实例提供的铜排电流传感器，通过u型电路板，将磁传感芯片设置在待测铜排的周围进行检测，结构简单、易于拆卸，集成度高、体积小，能够满足小体积铜排的检测需求。

本发明实例提供的铜排电流传感器，通过设置通信接口，将可编程增益放大器的输出结果传送至外部设备，方便使用。

本发明实例提供的铜排电流传感器，通过传感器外壳、屏蔽壳、绝缘层将磁传感芯片以及可编程增益放大器进行封装，使得所述电流传感器的结构更加紧凑，安装的灵活性更高，通过在传感器外壳上设置凸缘结构，并在所述凸缘结构上开设第一螺孔，能够使用螺钉将所述电流传感器固定在待测铜排上，牢靠性高，易于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的铜排电流传感器的示意图；

图2是待测铜排周围磁场分布的示意图；

图3是根据本发明实施例提供的磁传感芯片30的组成示意图；

图4是根据本发明实施例提供的4个磁传感芯片30的连接示意图；

图5是根据本发明实施例提供的电路板50的示意图；

图6是根据本发明实施例提供的u型电路板的示意图；

图7是根据本发明实施例提供的4个磁传感芯片的位置分布示意图；

图8是根据本发明实施例提供的传感器外壳70的示意图；

图9是根据本发明实施例提供的屏蔽壳80的示意图；

图10a是根据本发明实施例提供的铜排电流传感器的正面示意图；

图10b是根据本发明实施例提供的铜排电流传感器的反面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人发现，采用磁传感芯片的电流传感器，通常采用环形阵列方案，其体积相对较大，并且由于铜排的趋附效应，现有的铜排电流检测的高频频率特性较差，进而导致检测精度低。

虽然电流传感器中所使用的磁传感芯片是相同的芯片，但是在使用的过程中，由于各磁传感芯片会在不同的使用场景和环境等因素影响下，不同的磁传感芯片会产生不同的误差，这将导致电流传感器在不断的使用过程中，由于各磁传感芯片之间的差异性，导致电流传感器检测结果的准确性逐渐降低，也即是，在进行检测时，由于每个所述磁传感芯片的误差并不完全一致，导致传感器的检测结果受到磁传感芯片的差异性影响，最终影响检测结果的准确性。

由此，本发明实施例提供了一种铜排电流传感器，如图1所示，所述铜排电流传感器包括：第一组磁传感芯片10，分布在待测铜排01的第一侧；第二组磁传感芯片20，分布在所述待测铜排01的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第二组磁传感芯片20与所述第一组磁传感芯片10所包含的磁传感芯片30相同，并且数量相等，每个所述磁传感芯片30包括第一电压端31和第二电压端32；可编程增益放大器40，包括同相输入端(+)和反相输入端(-)，其中，第一组磁传感芯片10中的第一电压端31连接到所述同相输入端，第一组磁传感芯片10中的第二电压端32连接到所述反相输入端；所述第二组磁传感芯片20中的第一电压端31连接到所述反相输入端，第二组磁传感芯片20中的第二电压端32连接到所述同相输入端。

图1是根据本发明实施例提供的铜排电流传感器的示意图，如图1所示，所述电流传感器包括第一组磁传感芯片10、第二组磁传感芯片20，对称设置在待测铜排01纵向截面形状两个长边的两侧，且每个所述磁传感芯片30到所述待测铜排01纵向截面的长边和短边的距离均相等，第一侧与第二侧的磁传感芯片30的磁敏感方向相反，所述第一组磁传感芯片10和所述第二组磁传感芯片20中包含的磁传感芯片的个数保持一致且对称分布，具体地，第一组磁传感芯片10中包括1、2、3……个磁传感芯片，第二组磁传感芯片20中也包括1、2、3……个磁传感芯片，以此类推。图2示出了待测铜排01通电时周围的磁场分布，由图2可知，越贴近所述待测铜排01的表面，磁通密度越大，电流也越大。

可编程增益放大器40，具有同相输入端(+)和反相输入端(-)，所述第一组磁传感芯片10中的第一电压端31与第二组磁传感芯片20的第二电压端32接入所述同相输入端，所述第一组磁传感芯片10中的第二电压端32与所述第二组磁传感芯片20中的第一电压端31接入所述反相输入端。相当于将所述第一组磁传感芯片10和所述第二组磁传感芯片20中的磁传感芯片30并联后接入所述可编程增益放大器40。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，通过在待测铜排的第一侧和第二侧分别设置对称的分布的磁传感芯片，并将第一组磁传感芯片的第一电压端接入可编程增益放大器的同相输入端，第二电压端接入所述可编程增益放大器的反相输入端，第二组磁传感芯片的第一电压端与第二电压端分别接入所述可编程增益放大器的反相输入端和同相输入端，也即是将第一组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式和第二组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式反向。

本发明实例通过对多个传感器芯片相对铜排的位置进行优化，保证本发明的传感器良好的频率特性。本发明实施例中，利用麦克斯韦方程式，通过比对单颗芯片放置在铜排不同位置的频率特性，从而设置本实例芯片相对铜排的位置，使得在待测铜排的第一侧和第二侧分别设置对称的分布的磁传感芯片，第一组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式和第二组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式反向，降低铜排的趋附效应对检测结果的影响，达到良好的频率特性。

进一步地，本发明实施例的另一个发明点在于，将第一组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式和第二组磁传感芯片与可编程增益放大器的连接方式反向能够减小磁传感芯片器件本身的差异性对检测结果的影响，解决了所述磁传感芯片一致性较差导致检测准确度低的问题，提高了检测的准确性。

可选地，如图3所示，所述磁传感芯片30包括：第一磁电阻r1、第二磁电阻r2、第三磁电阻r3和第四磁电阻r4，其中，所述第一磁电阻r1的一端与所述第四磁电阻r4的一端连接，并连接至所述磁传感芯片30的电源端vcc；所述第一磁电阻r1的另一端与所述第二磁电阻r2的一端连接，并连接至所述磁传感芯片30的第一电压端31；所述第二磁电阻r2的另一端与所述第三磁电阻r3的一端连接，并连接至所述磁传感芯片30的接地端gnd；所述第三磁电阻r3的另一端与所述第四磁电阻r4的另一端连接，并连接至所述磁传感芯片30的第二电压端32。

当待测铜排01通电时，所述第一磁电阻r1、第二磁电阻r2、第三磁电阻r3以及第四磁电阻r4受所在位置处磁场的影响，导致第一电压端31和第二电压端32之间输出电压的变化，根据所述输出电压即可得到该位置处磁场的大小，进而获得待测铜排01的电流值。

其中，所述第一磁电阻r1、第二磁电阻r2、第三磁电阻r3以及第四磁电阻在理想情况下或零磁通状态(初始状态)下，具有一致的特性，即r1＝r2＝r3＝r4。

图4示出了所述铜排电流传感器中包括4个所述磁传感芯片30的连接示意图，如图所示，第一磁传感芯片a和第二磁传感芯片b的第一电压端v1+、v2+、第三磁传感芯片c和第四磁传感芯片d的第一电压端v3-、v4-接入可编程增益放大器40的同相输入端，第二电压端v1-、v2-、第三磁传感芯片c和第四磁传感芯片d的第一电压端v3+、v4+接入可编程增益放大器40的反相输入端，即也可以理解为v1+、v2+、v3-、v4-并联后接入所述可编程增益放大器40的同相输入端，v1-、v2-、v3+、v4+并联后接入所述可编程增益放大器40的反相输入端；b1、b2、b3、b4分别表示第一磁传感芯片a、第二磁传感芯片b、第三磁传感芯片c、第四磁传感芯片d所处位置的磁通密度，b1和b2、b3和b4在同一方向上具有相同的值，b1和b3的值相等方向相反，各个所述第一电压端、第二电压端的输出电压可通过如下公式表示：

则，所述可编程增益放大器40的输出端可以表示为：

其中，b＝b1＝b2＝-b3＝-b4，ka、kb、kc、kd分别表示所述可编程增益放大器40的放大倍数，sa、sb、sc、sd分别表示第一磁传感芯片a至第四磁传感芯片d的灵敏度，ki表示电流与磁通密度b之间的比例系数，取决于所述磁传感芯片距离待测铜排01表面的距离，i1、i2、i3、i4分别表示第一磁传感芯片a至第四磁传感芯片d所检测的待测铜排01的电流值，可由公式(1)进行反演计算得到。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，第一磁电阻、第二磁电阻、第三磁电阻以及第四磁电阻对待测铜排周围的磁场进行检测，进而获得通过所述待测铜排的电流大小，与传统的电流检测相比，无需采用铁芯、磁芯等，降低了电流传感器在高频电流下的磁滞损耗，使得检测更加准确。

可选地，如图1所示，所述第二组磁传感芯片20与所述第一组磁传感芯片10所包含的磁传感芯片30相对于所述待测铜排01的设置方向保持一致。

如图1所示，由于待测铜排01第一侧和第二侧的磁场方向相反，磁传感芯片30的磁通密度的方向相反，因此，将所述第二组磁传感芯片20与所述第一组磁传感芯片10所包含的磁传感芯片30相对于所述待测铜排01的设置方向保持一致，保证所述可编程增益放大器40输入端的值均为正值，精简后续的计算过程。

可选地，所述第二组磁传感芯片20与所述第一组磁传感芯片10所包含的磁传感芯片30均为2个。

在一个具体实施例中，所述第二组磁传感芯片20与所述第一组磁传感芯片10中所包含的磁传感芯片30的个数均为2个，每个所述磁传感芯片30距离待测铜排01纵向截面的长边和短边的距离均相等，且相对于铜排01的设置方向一致，即，第一电压端31与第二电压端32的朝向保持一致，以检测待测铜排01四个不同位置处的电流，保证检测的准确性。本发明实施例中，每组磁传感芯片采用2个芯片，以最少的磁传感芯片的数量，然后通过反接的方式降低磁传感芯片本身的差异性造成的影响，从而能够降低电流传感器的成本，并且能够提高检测结果的准确性。但是，需要说明的是本发明实施例中，每一组磁传感芯片可以是3个，4个或者更多个，2个只是本发明采用的最优实施例。

可选地，如图5所示，所述第一组磁传感芯片10和所述第二组磁传感芯片20以及所述可编程增益放大器40均设置在电路板50上，所述第一组磁传感芯片10和所述第二组磁传感芯片20通过所述电路板50连接至所述可编程增益放大器40。

如图5所示，所述电路板50上具有通孔51，所述通孔的两侧分别设置所述第一组磁传感芯片10和所述第二组磁传感芯片20，在进行检测时，将待测铜排01设置在所述通孔内，便可进行电流检测。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，将第一组磁传感芯片、第二组磁传感芯片组以及可编程增益放大器焊接在电路板上，方便安装、集成度高、体积小，能够满足小体积铜排的电流检测需求。

可选地，如图6所示，所述电路板50为u型电路板，所述待测铜排01架设在所述u型电路板的u型槽内，所述第一组磁传感芯片10设置在所述u型槽的第一侧的电路板上，所述第二组磁传感芯片20设置在所述u型槽的第二侧的电路板上。

如图6所示，所述电路板50上焊接有4个磁传感芯片30以及可编程增益放大器40，第一组磁传感芯片10和第二组磁传感芯片20分别包括2个所述磁传感芯片30，且分别对称设置于所述u型槽的第一侧和第二侧的电路板上，图7示出了所述4个磁传感芯片30的位置分布示意图，如图7所示，所述待测铜排01纵向截面尺寸a*b为20mm*3mm，4个磁传感芯片30的坐标分别为(6.7，5.2)、(-6.7，5.2)、(-6.7，-5.2)和(6.7，-5.2)，即每个所述磁传感芯片30距离待测铜排01表面的距离为5.2mm，每个所述磁传感芯片30与所述待测铜排01纵向截面短边的距离d为长边a的1/6。该位置分布能够使得磁传感芯片30的检测值不会随频率的增大而衰减，即，在该位置处，磁传感芯片30具有良好的频率特性。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，通过u型电路板，将磁传感芯片设置在待测铜排的周围进行检测，结构简单、易于拆卸，集成度高、体积小，能够满足小体积铜排的检测需求。

可选地，如图6所示，所述电路板50设置有通信接口60与所述可编程增益放大器40的输出端连接，所述通信接口60用于连接外部设备。

可选地，如图8所示，所述铜排电流传感器还包括：传感器外壳70，所述传感器外壳70的一侧设置有可拆卸的盖板71，所述电路板50可拆卸地安装在所述传感器外壳70内。

如图8所示，所述传感器外壳70上设有凸出部，所述盖板71包括四个侧壁，形成桶状结构，至少两个侧壁上设置与所述凸出部匹配的凹口，该凹口可以贯穿盖板，通过将所述凸出部与所述凹口配合，实现所述盖板71对所述传感器外壳70的开口的封装，所述传感器外壳70的形状与所述电路板50的形状匹配，可选地，还可以采用另外一种实施方式(未画出)，所述传感器外壳70的开口处设置有与盖板71适配的凹槽，在装配时，通过将所述盖板71上的插入所述凹槽，从而封住所述传感器外壳70的开口；在拆卸时，将所述盖板71从所述凹槽抽出，即可打开所述传感器外壳70，便可实现所述盖板71的拆卸。

可选地，如图9所示，所述传感器外壳70内还设置有一侧开口的屏蔽壳80，所述电路板50设置在所述屏蔽壳80内，所述屏蔽壳80与所述电路板50之间设置有绝缘层90。

具体地，所述屏蔽壳80为u型屏蔽壳，材料可以为铜，所述屏蔽壳80底部铺设有绝缘层90，以将所述电路板50与所述屏蔽壳80之间隔离，所述绝缘层90为绝缘胶带，所述电路板50通过点4500胶水及焊锡的方式固定在所述屏蔽壳80内，所述屏蔽壳80通过灌注4500胶水固定在所述传感器外壳70内。

可选地，分别如图8、图10a、图10b所示，所述传感器外壳70上设置有凸缘90，所述凸缘90上设置有第一螺孔91；所述待测铜排01上设置有与所述第一螺孔91对应的第二螺孔92，所述铜排电流传感器通过螺钉穿过所述第一螺孔91和所述第二螺孔92固定在所述待测铜排01上。

具体地，图10a、图10b是根据本发明实施例提供的铜排电流传感器的正反面示意图，所述传感器外壳70的凸缘上设有两个所述第一螺孔91，所述待测铜排01上设置有与所述第一螺孔91对应的两个第二螺孔92，可通过两个m3螺钉将所述铜排电流传感器固定在所述待测铜排01上。

本发明实施例提供的铜排电流传感器，通过传感器外壳、屏蔽壳、绝缘层将磁传感芯片以及可编程增益放大器进行封装，使得所述电流传感器的结构更加紧凑，安装的灵活性更高，通过在传感器外壳上设置凸缘结构，并在所述凸缘结构上开设第一螺孔，能够使用螺钉将所述电流传感器固定在待测铜排上，牢靠性高，易于安装。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。