[实用新型]采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁性传感器领域，特别涉及一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器。

背景技术

电流传感器是磁性传感器的一个典型的应用，其原理在于将检测电流通过初级线圈，并在其中产生检测磁场，而后通过磁性传感器感应磁场强度，并转变成电压信号输出，从而建立检测电流和输出电压信号之间的关系。而集成电流传感器在于将磁性传感器、初级线圈集成并封装成一个电流传感器芯片，目前有两种典型集成电流传感器，图1为NVE公司AAV003集成电流传感器1，其测量电流可达5A,其磁性传感器2为GMR类型，且形成全桥梯度传感器，其初级线圈3为U形，其中初级线圈3包含的两个直长条31和32，且构成全桥的两组磁电阻传感器单元桥臂22和21分别位于直长条31和32的下方位置；如图2所示，桥臂R0和R1对应于直长条31，桥臂R3和R4对应于直长条32，直长条31在R0和R1位置附近产生的磁场为Hx1,直长条32在R3和R4位置附近的磁场为Hx2,且两者具有相反的磁场方向，大小相同；GMR磁电阻传感单元R0，R1，R3，R4具有相同的X磁场敏感方向，电桥连接结构如图3所示，为一种典型的全桥差分结构，两个输出信号端分别为V+和V-。

图4为另一种类型的集成电流传感器，infineon公司TL14970集成电流传感器4，其测量电流在-50A到+50A范围内，包括hall梯度传感器5，条带状初级线圈6，以及陶瓷隔离板7，用于隔离Hall梯度传感器5以及条带状初级线圈6，以及信号输出接口8，其中条带状初级线圈6和信号输出接口8一样都是引线框材料，此外，Hall梯度传感器5直接位于条带状初级线圈6的上方，图5为引线框初级线圈集成电流传感器平面位置结构图，Hall传感器单元R0和R1分别对称位于初级线圈6的中线9两侧，初级线圈6中的电流在R0位置和R1位置所产生的Z向磁场分量分别为Hz1和Hz2,其大小相同方向相反，其差分连接结构如图6所示，半桥结构的中间输出信号为Vout。

比较两种情况可以看出，相对于U形初级线圈需要两条相反电流的直导线来实现差分磁场，条带状初级线圈具有更大的宽度，而且采用的为引线框材料，因此能够通过更大的电流，因此值得推广。

相对于Hall和GMR传感器，TMR传感器具有更高磁场灵敏度更低功耗以及尺寸小等优点，因此采用TMR传感器完全可以制备出具有更高精度的集成电流传感器，另一方面，通过采用引线框直条带状初级线圈，可以实现更高幅度电流的测量，结合两者的优点完全可以实现一款具有高精度以及更大电流范围的新型集成电流传感器。

实用新型内容

因此，本文提出了一种结合高灵敏度、低功耗TMR磁电阻传感器和引线框电流的集成电流传感器，按照以下方式解决：

一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器,包括Z轴梯度计和引线框初级线圈，其中所述Z轴梯度计为一种磁电阻Z轴梯度传感器，包含衬底、位于衬底上的分开梯度特征间距为Lg的两个长条形软磁通量集中器A1和B1、以及位于所述软磁通量集中器A1和B1上表面或下表面上且处于与软磁通量集中器长轴中心线等距的Y1和Y2两个侧位置处的磁电阻传感单元串，其中磁电阻传感单元的磁场敏感方向垂直于所述长轴中心线且电连接成梯度传感器电桥，所述引线框初级线圈包括位于所述Z轴梯度计正上方或者正下方的长条形电流检测带，所述两个软磁通量集中器A1和B1对称地位于所述长条形电流检测带平行于所述长轴中心线的带中心线两侧，所述长条形电流检测带的检测电流方向平行于所述长轴中心线方向。

优选地，还包括次级线圈，所述次级线圈包括两个串联的具有相反缠绕方向的子线圈，任一所述子线圈均包括两个对称位于所述软磁通量集中器长轴中心线两侧且反馈电流方向相反的两个直导线。

优选地，所述子线圈位于所述衬底与所述Z轴梯度计之间，或者位于所述Z轴梯度计的磁电阻传感单元与软磁通量集中器之间。

优选地，所述磁电阻传感单元为GMR、TMR或者AMR磁电阻传感单元。

优选地，所述梯度传感器电桥为全桥、半桥或者准桥结构。

优选地，所述次级线圈中的所述反馈电流在所述磁电阻传感单元串处所产生的反馈磁场方向和所述引线框初级线圈中的所述检测电流在所述磁电阻传感单元串处所产生的检测磁场方向相反。

优选地，还包括信号处理电路，所述集成电流传感器包括所述Z轴梯度计和所述引线框初级线圈时，所述Z轴梯度计信号输出端与所述信号处理电路相连，所述信号处理电路根据所述Z轴梯度计测量的检测磁场梯度来确定所述检测电流的值。