[发明专利]电流传感器组件

说明书

本发明涉及一种电流传感器组件(10、38、40、42、44、46、48、50、52)，其包括布置在电流导体(56)的两个导体部(14)之间的磁阻梯度传感器(12)。本发明还提出，导体部(14)将电流进行划分并且相对于阻梯度传感器(12)的布置沿相同的方向引导，并且导体部(14)相对于磁阻梯度传感器(12)的测量平面(20)在高度上偏移。

技术领域

本发明涉及一种基于围绕导体的磁场来测量通过导体的电流的电流传感器组件。

背景技术

本发明涉及一种磁场传感器装置，该磁场传感器装置基于围绕导体的磁场来测量通过一个或多个导体的电流的强度。

基于沿着闭合曲线S的围绕导体的磁场H来测量通过一个或多个导体的电流强度的磁场传感器装置在本领域中是众所周知的。其基于这样的事实，即根据安培定律，可以得出通过由曲线S界定的区域A的总电流I的结论：

这使得可以在干预电路的操作的情况下，特别是无需中断或插入电路的情况下，实现无接触电流检测。

由现有技术已知，组件使用磁阻梯度传感器来测量相邻电流导体的传导电流之间的测量平面中的磁场强度差。

通常使用的对磁场敏感的传感器元件是磁阻传感器元件，其例如利用霍尔效应、AMR效应、GMR效应或TMR效应来工作。

这样的磁阻梯度传感器例如可以采取两个磁场传感器的形式，例如基于诸如AMR、TMR或GMR的xMR技术，其中，各磁场传感器检测由各个电流部分引起的磁场，并且磁场传感器在内部或外部从中确定梯度值。TMR和GMR传感器基于TMR或GMR效应，由厚度仅为几纳米的各种薄层组成，并由软磁性、非磁性、金属和硬磁性材料制成。软磁层和硬磁层之间的对齐对于电阻值至关重要，其中，该电阻值随磁场角度的变化而变化。

如果两个传感器元件彼此隔开一定距离放置，则可以通过对传感器信号进行差别评估来使传感器坚固耐用以抵抗外部干扰。均差被理解为磁场的梯度。这些梯度传感器特别适合于例如位置测量系统和电流传感器。

传感器元件布置在就电流测量而言有源(strommessaktiven)的导体部的区域中，使得就电流测量而言有源的导体部的磁场致使主要的传感器值变化，尤其是主要的电阻变化，并且由于就电流测量而言寄生的传感器元件相对于导体部寄生的空间取向和/或由于其他载流元件的场补偿效应，就电流测量而言寄生的导体部的磁场致使传感器值变化很小或基本没有变化。

在本发明的意义上，梯度传感器可以采取单个传感器组件的磁阻电阻元件的梯度互连的形式；在本发明的意义上，还可以设置两个磁场传感器，每个磁场传感器检测一个电流导体部的磁场，并且两个磁场传感器在外部进行计算以产生梯度值。

目前用于梯度计组件中电流测量的解决方案通常基于U形汇流排，其用于产生与电流相关的主要的场梯度。为此，考虑了在U形导体部的两个支腿中流动的电流，其中，流入一个支腿并在相邻支腿中流出的电流在两个支腿之间形成了叠加的总磁场，其场梯度在测量平面上被检测。自然地，两条支腿中流动的电流量相同，但方向相反。

在梯度计组件中的电流测量领域中，现有技术的缺点在于，由U形的电流支腿形成的电感可能会导致电压峰值，特别是在相对较高的频率下会导致电压峰值，其必须由接通的功率半导体电子单元来补偿，其中，该功率半导体电子单元设计例如用于转换器操作。因此，必须针对相对较高的电压峰值进行设计。

此外，随着这种电流传感器的不断小型化，例如由于U形导体的支腿之间的连接腹板中的电流，干扰场分量的大小可能会致使xMR传感器的磁场敏感层的磁化强度发生变化。

此外，U形导体支腿的制造需要耗费相对大量的工作和材料。此外，在高电流组件中，总电流流经支腿，使得支腿必须具有较高的载流能力。