[發明專利]電流傳感器、電流測量模塊以及用于電流測量的方法

無效

• 申請號: 201010274480.2
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN102012446A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: W·海爾維希;V·蒂爾斯;M·霍爾茨曼;K·費德恩;F·埃伯哈特;M·蒙茨;S·呂本納克
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/20
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曾立

技術領域

本發明涉及一種電流傳感器，其具有導體以及位于所述導體旁邊的兩個磁場傳感器。

背景技術

已經公開了具有作為磁場傳感器的霍爾元件的各種類型的電流傳感器。一種具有用于增強磁場傳感器的位置處的磁場的磁通壓縮器的電流傳感器通常使用單個磁場傳感器，所述單個磁場傳感器被設置在磁通壓縮器的空隙中。這種類型的缺點在于大的結構尺寸和大的部件重量。部件尺寸例如阻礙了將傳感器集成到基于塑模的功率模塊中。其他的缺點是磁滯效應，所述磁滯效應在對磁通壓縮器起作用的場強例如由于位于傳感器的測量范圍外的電流以及強的干擾場而超過最大值時出現。另一類型的電流傳感器具有一個或多個直接位于導體旁邊的一維磁場傳感器。這種傳感器類型適合于集成到基于塑模的模塊中，但不可以補償干擾場。這種類型的具有兩個相對于導體對稱地設置成差分布置的磁場傳感器的變型方案可以消除均勻的干擾場。然而，不均勻的磁場產生使可實現的準確性顯著下降的干擾影響并且這種解決方案不適合對測量準確性具有高要求——例如2％總誤差的應用。例如在US?2006284613中描述了這種傳感器。

發明內容

與之相反，根據本發明的、具有導體以及位于導體旁邊的兩個至少二維的磁場傳感器的電流傳感器具有以下優點：傳感器可以消除不均勻的干擾場并且盡管如此仍可置于基于塑模的模塊中。磁場傳感器可被構造為一個元件或者由多個一維的元件組成。

本發明基于以下考慮：可以假設不均勻的干擾場在兩個彼此鄰近的空間位置處在不同的空間方向上分別具有相同的場強比。另一考慮是，由于流過電流的導體而引起的有效場(Nutzfeld)的場力線同心地圍繞所述導體延伸，因此在傳感器的位置處，有效場在空間中的方向是已知的，并且根據與導體的距離有效場的場強的數值的比也是已知的。這些磁場傳感器不必為此相對于導體對稱地位于兩側，也不必位于導體的不同側。然而，借助容易理解的特殊情形來解釋本發明，其中，這些磁場傳感器相對于導體對稱地設置在兩側。即在這些磁場傳感器的位置處有效場強以相同的數值和相反的符號位于相同的空間方向上。由這些傳感器測得的測量場在有效場的空間方向上由這里稱為測試場(Prüffeld)的總和組成，所述總和由有效場和有效場方向上的干擾場分量構成。基于此幾何形狀來定義測試場的方向。在垂直于有效場方向的平面中，測量場等于干擾場，因為這里有效場等于0。根據本發明，可以因此使用由傳感器測得的測量場的矢量分解，以便確定干擾場在垂直于有效場的空間方向上的不均勻性?，F在對于有效場的空間方向也假定所述不均勻性并且將所述不均勻性傳遞到測試場。隨后，由此在考慮有效場的特性——在兩個傳感器的位置處數值相等、方向相反——的情況下計算有效場和有效場方向上的干擾場分量。最后由有效場計算出導體中的電流強度。

這些考慮原則上適用于三維空間，而與磁場傳感器相對于導體的定向無關，因為所測得的三維矢量的分解能夠將參考系旋轉成對齊測試場的參考系。即，旋轉成這樣的系統，在所述系統中第一檢測方向在由于在導體中流動的電流而引起的磁場的場力線的方向上并且第二檢測方向在與所述場力線垂直的平面中。優選的配置是：傳感器被如此布置，使得在兩個傳感器的位置處有效場強具有相同的數值并且位于相同的方向上。這一方面是如下配置：在示例中所述的相對于導體對稱地位于兩側的傳感器在相同的空間方向上具有相反的有效場方向。另一方面，優選的配置為：這些傳感器位于相對于導體的平行線上，即實際上位于導體的同一側并且與導體的距離相同，使得在兩個傳感器的位置處有效場強具有相同的數值并且同向地位于相同的空間方向上?？梢砸愿叩挠嬎愫馁M考慮其他配置。此外，也可以使用其他的傳感器。

在實際應用中，磁場傳感器的定向優選在測試場方向上，使得這些傳感器的測量方向與由于在導體中流動的電流而引起的場強的場力線的方向上的第一檢測方向一致。

在簡單的情形中，如果確信存在干擾場在第二檢測方向上的分量，則可以借助二維的磁場傳感器，即具有兩個獨立的測量方向的磁場傳感器來實施本發明，其方式是，第二檢測方向在很大程度上任意地位于垂直于第一檢測方向的平面中。