[發明專利]一種電流傳感器

有效

• 申請號: 201110452834.2
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102419393A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 韓連生;白建民;黎偉;王建國;薛松生
• 申請（專利權）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01R19/32
• 分類號: G01R19/32
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;李艷

技術領域

本發明涉及一種電流傳感器，尤其是一種采用隧道結磁電阻為敏感元件的含溫度補償磁電阻的電流傳感器。

背景技術

常用的電流傳感器通常采用霍爾元件為敏感元件，也有采用各向異性磁電阻（AMR）或巨磁電阻（GMR）為敏感元件的電流傳感器，其共同點在于都是屬于磁敏感元件，通過敏感被測通電導線產生的磁場來實現對其電流大小的測量。

霍爾元件的靈敏度極低，以霍爾元件為敏感元件的電流傳感器通常使用聚磁環結構來放大磁場，提高霍爾輸出靈敏度，從而增加了傳感器的體積和重量，同時霍爾元件具有功耗大，線性度差的缺陷。AMR元件雖然其靈敏度比霍爾元件高很多，但是其線性范圍窄，同時以AMR為敏感元件的電流傳感器需要設置set/reset線圈對其進行預設-復位操作，造成其制造工藝的復雜，線圈結構的設置在增加尺寸的同時也增加了功耗。以GMR元件為敏感元件的電流傳感器較之霍爾電流傳感器有更高的靈敏度，但是其線性范圍偏低。

隧道結磁電阻（MTJ,?Magnetic?Tunnel?Junction）元件是近年來開始工業應用的新型磁電阻效應傳感器，其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應（TMR,?Tunnel?Magnetoresistance），主要表現在磁性多層膜材料中隨著外磁場大小和方向的變化，磁性多層膜材料的電阻發生明顯變化，比之前所發現并實際應用的AMR元件具有更大的電阻變化率，同時相對于霍爾元件和GMR元件具有更好的溫度穩定性。以MTJ元件為敏感元件的電流傳感器比霍爾電流傳感器具有更好的溫度穩定性，更高的靈敏度，更低的功耗，更好的線性度，不需要額外的聚磁環結構；相對于AMR電流傳感器具有更好的溫度穩定性，更高的靈敏度，更寬的線性范圍，不需要額外的set/reset線圈結構；相對于GMR電流傳感器具有更好的溫度穩定性，更高的靈敏度，更低的功耗，更寬的線性范圍。

MTJ電流傳感器的溫度特性雖然強于以霍爾元件、AMR元件和GMR元件為敏感元件的電流傳感器，但是在實際使用中依然存在溫度漂移現象。

發明內容

本發明提供了一種一種電流傳感器，以MTJ為敏感元件，且能對溫度漂移進行補償的電流傳感器，具有靈敏度高，線性范圍寬，功耗低，體積小，溫度特性好的優點。

為達到上述目的，本發明提供了一種電流傳感器，包括集成設置在同一芯片內的由MTJ磁電阻組成的惠斯通電橋以及一個或多個MTJ溫度補償磁電阻、電流導線，所述電流導線靠近惠斯通電橋并且其中可通有被測電流，所述MTJ溫度補償磁電阻四周設置有永磁體，該永磁體將MTJ溫度補償磁電阻的自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向呈反向平行以使MTJ溫度補償磁電阻處于阻值在測量范圍內僅隨溫度變化的高阻態，所述惠斯通電橋和MTJ溫度補償磁電阻相串聯以在惠斯通電橋的兩端得到穩定的輸出電壓，并且通過該穩定的輸出電壓得到被測電流產生的磁場從而得到被測電流值。

優選地，所述MTJ磁電阻和MTJ溫度補償磁電阻由一個或多個MTJ元件串聯而成，多個MTJ元件具有相同的溫度特性、R_H值以及R_L值。

優選地，惠斯通電橋為惠斯通半橋。

優選地，所述惠斯通電橋為惠斯通全橋。

本發明采用以上結構，能對溫度漂移進行補償的電流傳感器，具有靈敏度高，線性范圍寬，功耗低，體積小，溫度特性好的優點。

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附圖說明

圖1是隧道結磁電阻元件（MTJ）的示意圖。

圖2是適用于線性磁場測量的MTJ元件沿難軸方向的磁阻變化曲線示意圖。

圖3是MTJ元件1串聯而形成一個等效MTJ磁電阻的概念圖。

圖4是不同溫度下MTJ磁電阻的磁阻變化曲線圖。

圖5是一種MTJ惠斯通推挽半橋的概念圖。

圖6是MTJ推挽半橋的典型輸出圖。

圖7是MTJ推挽半橋在不同溫度下的輸出的模擬結果。

圖8是一種MTJ惠斯通推挽全橋的概念圖。

圖9是MTJ推挽全橋的典型輸出圖。

圖10是MTJ推挽全橋在不同溫度下的輸出的模擬結果。

圖11是一種含溫度補償電阻的MTJ推挽半橋電流傳感器芯片的概念圖。

圖12是另一種含溫度補償電阻的MTJ推挽半橋電流傳感器芯片的概念圖。

圖13是一種含溫度補償電阻的MTJ推挽全橋電流傳感器芯片的概念圖。

圖14是不同磁場下增加溫補電阻前后MTJ推挽橋式電流傳感器溫度系數的測試結果。