半径距离R通过构造来给出。
[0074]结果与偏置磁场成比例。如果偏置磁场是不准确的(例如，它在温度或寿命上漂 移)，则结果也将相应地漂移。所以，可以是有利的是，使用高度稳定的偏置磁体(例如，稀土 类型的磁体，诸如具有低温度系数的SmCo磁体)。相反地，也能够增加磁场传感器，诸如霍 尔平板或垂直霍尔传感器，其具有低零点误差(例如，在50W以下)，是在温度和寿命上高度 稳定的（例如，漂移小于1%)且不受正交磁场分量的串扰影响，以便连续地或以规律间隔测 量偏置磁体的强度。该值可以被传送到确定电流的算法(所以，Bb或至少其在半径方向上的 分量被测量且插入在用于I的公式中）。
[0075] 在实施例中，更简单的方法可以是将增加温度传感器到每一个(或至少一个）角度 传感器。温度传感器可以测量偏置磁体的温度，并且算法可以解决偏置磁体的系统温度依 赖关系。如果传感器元件是MR全桥或半桥电路，则它们在固定供电电压下的电流消耗具有 良好限定的温度依赖关系，使得MR自身可以用作这样的温度传感器。
[0076]当干扰场相对于偏置场是小的时，背景磁场抑制可以被改进。这设置了有用偏置 场的下限。此外，许多类型的强场MR需要最小的场(例如，约10mT或20mT)来准确工作。在 实施例中，在零电流处仅留下偏置场，并且因此它应当不太小。因此，偏置场应当足够大，即 使当电流的场远大于偏置场时系统仍在过度的过电流处工作。
[0077]在另一方面，大偏置场可以意味着所测量的角度差是小的。因为大多数MR展 示一些零点误差(例如，由于元件的失配或传感器的小的非对称)，这导致所测量的电流的 零点误差。如果城:的全刻度摆动是小的（即，在大偏置场处)，则该偏移电流较大。所以，可 以是有利的是，偏置场不过分大。换言之，零点准确度和背景场消除在传感器系统设计和实 现中是竞争挑战的，但可以在实施例中平衡或在以下的情况下调整：其中一个或另一个更 重要，更容易控制，或根据一些其它因素。
[0078]实施例也可以考虑在导体和传感器系统之间的相对于位置容差的鲁棒性，如本文 中已经提到的。例如，回想上面的等式（F1)和（F2)。等式（F1)和（F2)可以被展开为用于 小:，的泰勒级数，一直到具有此=(即，完美对准的偏置场和零干扰场)的第二阶。然 后，我们确定：
对于^对于N= 3，4，5…，结果是：
其中括号中的第二项是由于位置容差而导致的百分比误差。它是中的二次方程 式，并且在小和中等电流处在具有大偏置场的情况下二次地降低，而它针对大电流倾向于 4/(2对的最大值。对于酿，，=li舰朽逆和 它是0.3%，其是非常好的。此外，针对导体的小放置误差是鲁棒的任何传感器系统同时针对 由于导体横截面从旋转对称偏离而导致的误差是鲁棒的。
[0079]对于针对外部磁干扰的鲁棒性，可以针对％二您―和重复计算，其中（F1) 和（F2)展开一直到在Bd中的第二阶。对于N= 3，4，5…，它跟随：
干扰不引起相加误差(例如，偏移或零点误差)，但相反仅引起乘法(例如，增益）误差， 其在小电流处是最大的，并且其中百分比误差由括号中的第二项给出編isiP。所以， 干扰对偏置场的比率可以是决定性的。如果偏置场是干扰的至少五倍，则误差小于1%。所 以，15mT的偏置场可以将由于一直到3mT的同质干扰而导致的误差保持在1%以下。
[0080] 因此，公开了无芯磁场电流传感器、系统和方法的实施例。在实施例中，传感器、 系统和/或方法可以用来确定、估计或推断导体中的电流，或者用来确定、估计或推断电流 的至少一个参数(诸如其量值、标记（sign))(它是在特别的阈值以上还是在特别的阈值以 下)、AC电流的均方根（rms)值，或者一些其它的期望的参数或特性。
[0081] 本文中描述了系统、器件和方法的各种实施例。这些实施例仅通过示例的方式给 出，且不意在限制本发明的范围。此外，应当认识到的是，已经被描述的实施例的各种特征 可以以各种方式组合以产生大量的附加实施例。此外，尽管各种材料、尺寸、形状、配置和位 置等已经被描述以与公开的实施例一起使用，但在不超过本发明的范围的情况下可以利用 除了这些以外的其它内容。
[0082]相关领域的普通技术人员将认识到本发明可以包括比上面描述的任何个别实施 例中说明的更少的特征。本文中描述的实施例不意味着是方式的穷尽呈现，其中本发明的 各种特征可以被组合。相应地，实施例不是特征的互相排斥的组合；相反，本发明可以包括 选自不同的各个实施例的不同的各个特征的组合，如由本领域普通技术人员理解的。此外， 相对于一个实施例描述的元件可以在其它实施例中实现，即使当不在这样的实施例中描述 时，除非另有说明。虽然从属权利要求可以在权利要求中指的是具有一个或多个其它权利 要求的特定组合，但其它权利要求也可以包括该从属权利要求与从属权利要求相互的主题 的组合或者一个或多个特征与其它从属权利要求或独立权利要求的的组合。这样的组合在 本文中被提出，除非声明了特定组合使不想要的。此外，也意图包括在任何其它从属权利要 求中的权利要求的特征，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
[0083]通过引用的上面的文献的任何并入是受限的，使得与本文中清楚公开相反的主题 没有被并入。通过引用的上面的文献的任何并入是进一步受限的，使得包含在文献中的权 利要求没有通过引用并入本文中。通过引用的上面的文献的任何并入又是进一步受限的， 使得提供在文献中的任何限定不通过引用并入本文中，除非明确包括在本文中。
[0084]为了解释本发明的权利要求的目的，明确意图不援引35U.S.C的第六章，第112节 的规定，除非特定术语"用于……的装置"或"用于……的步骤"在权利要求中陈述。
【主权项】
1. 一种用于从由导体中的电流感应的磁场感测导体中的电流的电流传感器系统，包 括： 多个，N个，磁阻（MR)传感器，在与导体的中心同中心的圆上布置且与彼此分隔开360 度/N，其中每一个MR传感器具有敏感性平面且响应于磁场在敏感性平面中的投影，多个MR 传感器的敏感性平面是平行的，以及其中多个MR传感器相对于导体布置，使得磁场具有平 行于敏感性平面的非零分量； 至少一个磁元件，被布置为提供在多个MR传感器上的偏置磁场；以及 耦合到多个MR传感器的电路，用来通过组合来自多个MR传感器中的每一个的信号来 确定导体中的电流的至少一个参数。2. 权利要求1所述的电流传感器系统，其中N大于或等于2。3. 权利要求1所述的电流传感器系统，其中每一个MR传感器包括磁阻器的半桥电路。4. 权利要求3所述的电流传感器，其中每一个MR传感器包括传感器管芯，并且半桥电 路被布置在传感器管芯上。5. 权利要求1所述的电流传感器，其中多个MR传感器包括弱场或强场MR传感器。6. 权利要求1所述的电流传感器，还包括支撑结构，其中多个MR传感器被布置在支撑 结构上。7. 权利要求6所述的电流传感器，其中支撑结构包括小孔，并且其中导体被布置在小 孔中。8. 权利要求7所述的电流传感器，其中小孔的中心与导体的中心对准。9. 权利要求7所述的电流传感器，其中小孔从支撑结构的一侧在内部延伸。10. 权利要求9所述的电流传感器，其中：至少一个磁元件包括具有小孔的单个永磁 体，并且其中导体被布置在支撑结构的小孔中且在单个永磁体的小孔中。11. 权利要求6所述的电流传感器，其中电路被布置在支撑结构上。12. 权利要求6所述的电流传感器，其中多个MR传感器被布置在支撑结构和至少一个 磁元件之间。13. 权利要求6所述的电流传感器，其中至少一个磁元件包括N个磁元件，并且N个MR 传感器中的每一个具有N个磁元件的相关联的一个。14. 权利要求1所述的电流传感器，其中多个MR传感器选自由以下组成的组：隧穿MR (TMR)、巨 MR (GMR)、各向异性 MR (AMR)和超巨 MR (CMR)。15. 权利要求1所述的电流传感器，其中在多个MR传感器的邻近MR传感器上的偏置 磁场的方向相差360度/N的角度。16. 权利要求1所述的电流传感器，其中由多个MR传感器之一感测的与导体中的电流 相关的磁场与在多个MR传感器之一上的偏置磁场之比对于多个MR传感器中的每一个是相 同的。17. 权利要求1所述的电流传感器，还包括至少一个磁场传感器，其被配置为检测偏 置磁场的强度。18. -种方法，包括： 最接近导体布置传感器系统，传感器系统包括多个，N个，磁阻（MR)传感器，在与导体 的中心同中心的圆上布置且与彼此分隔开360度/N ; 提供在多个MR传感器上的偏置磁场； 使电流在导体中流动；以及 感测由电流感应并作用于多个MR传感器中的每一个的磁场；以及 通过组合与来自多个MR传感器中的每一个的磁场相关的信号来估计导体中的电流的 至少一个参数。19. 权利要求18所述的方法，其中所述估计还包括使用与偏置磁场相关的感测的特 性来估计导体中的电流。20. 权利要求18所述的方法，其中所述布置还包括最接近多个MR传感器布置传感器 系统中的至少一个磁元件，并且其中所述提供还包括通过至少一个磁元件提供在多个MR 传感器上的偏置磁场。
【专利摘要】本发明涉及磁场电流传感器、传感器系统和方法。一种用于从由导体中的电流感应的磁场感测导体中的电流的电流传感器系统，包括：多个（N个）磁阻（MR）传感器，在与导体的中心同中心的圆上布置且与彼此分隔开360度/N，其中每一个MR传感器具有敏感性平面且响应于磁场在敏感性平面中的投影，多个MR传感器的敏感性平面是平行的，以及其中多个MR传感器相对于导体布置，使得磁场具有平行于敏感性平面的非零分量；至少一个磁元件，被布置为提供在多个MR传感器上的偏置磁场；以及耦合到多个MR传感器的电路，用来通过组合来自多个MR传感器中的每一个的信号来确定导体中的电流。
【IPC分类】G01R19/00
【公开号】CN105021864
【申请号】CN201510198911
【发明人】U.奥瑟莱希纳
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年4月24日
【公告号】DE102015105902A1, US20150309127