[发明专利]一种电流传感器

说明书

本发明公开了一种电流传感器，包括罗氏线圈和磁阻传感器，罗氏线圈为多匝结构，罗氏线圈用于测量被测电路电流的交流分量，磁阻传感器用于测量被测电路电流的直流及低频分量；罗氏线圈和磁阻传感器分别经对应的信号处理电路将罗氏线圈和磁阻传感器的输出整合成波形。本发明通过合理布局，在保证小尺寸的前提下，将PCB罗氏线圈和磁阻传感器相结合，弥补了二者各自的不足，提高了传感器的测量带宽。使其可以应用于功率模块内部的电流测量。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种电流传感器。

背景技术

大功率的功率模块内部，各支路往往是由多个芯片并联而成，但是由于布局不对称、芯片参数不一致等原因，导致支路之间寄生参数不一致，进而导致芯片之间的电流分布、温度分布存在不均，从而导致一部分支路上的芯片或键合线会承受过应力而失效，进而加速了整个功率模块的损坏。因此需要对各支路的电流进行测量以研究模块内部的电流分布特性。

如碳化硅、氮化镓这种宽禁带半导体器件相对于硅基器件来说，开关速度更快、开关损耗更小，可以工作在更高的开关频率下，这就给功率模块内的电流测量带来了新的挑战。目前功率模块内的电流测量大多使用霍尔传感器，但是霍尔传感器的测量带宽较低，难以对开关频率更高的宽禁带功率模块的开关波形进行测量。

罗氏线圈和磁敏电阻都是目前常用的电流测量方式。但是罗氏线圈可以准确地测量高频电流，但受限于其测量原理，无法测量直流电流、低频性能较差。而磁敏电阻尽管测量频率高于霍尔传感器，但仍然不足以对宽禁带功率模块的开关波形进行准确测量。

由于功率模块内部结构紧凑，因此除了要求测量带宽之外，还需要测量设备具有更小的尺寸。尽管目前市面上的商用电流探头可以满足上述需求，但是其价格昂贵，极大地增加了测量的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电流传感器，在保持小尺寸的同时，满足高带宽的测量需求。

本发明采用以下技术方案：

一种电流传感器，包括罗氏线圈和磁阻传感器，罗氏线圈为多匝结构，罗氏线圈用于测量被测电路电流的交流分量，磁阻传感器用于测量被测电路电流的直流及低频分量；罗氏线圈和磁阻传感器分别经对应的信号处理电路将罗氏线圈和磁阻传感器的输出整合成波形。

具体的，罗氏线圈、磁阻传感器以及对应的信号处理电路集成于同一块PCB板上，磁阻传感器以及对应的信号处理电路设置在PCB板的顶层，罗氏线圈设置在PCB板的剩余层。

进一步的，罗氏线圈的各匝线圈尺寸一致，并沿同一条轴线等间距平行排布，轴线方向平行于PCB板的表面。

进一步的，PCB板为四层结构，罗氏线圈分别设置在PCB板的第2层、第3层和第4层。

更进一步的，罗氏线圈的各匝线圈设置在PCB板的第2层和第4层；罗氏线圈的回绕线设置在PCB板的第3层，回绕线沿轴向设置。

进一步的，磁阻传感器位于罗氏线圈的正上方。

具体的，磁阻传感器的测量方向与罗氏线圈的轴线平行。

具体的，磁阻传感器还包括复位线圈和补偿线圈，复位线圈用于对磁阻传感器进行复位；补偿线圈用于产生补偿磁场。

具体的，信号处理电路包括模拟积分器、差分放大器、高通滤波器和低通滤波器，罗氏线圈依次连接模拟积分器和高通滤波器后输出，模拟积分器用于对罗氏线圈输出积分；磁阻传感器依次连接差分放大器和低通滤波器后输出，差分放大器用于放大磁阻传感器输出以方便后续处理。

进一步的，信号处理电路还包括加法器，加法器的输入段分别与高通滤波器和低通滤波器的输出端连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：