[實(shí)用新型]TMR電流傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220633765.5
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN202939205U
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建國
• 申請（專利權(quán)）人: 王建國
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電流傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧道磁電阻(TMR)電流傳感器。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，電流傳感器一般采用霍爾元件作為敏感元件，通過檢測待測電流產(chǎn)生的磁場大小實(shí)現(xiàn)對待測電流的測量。除了霍爾元件之外，現(xiàn)有的電流傳感器也采用各向異性磁電阻(AMR)元件或巨磁電阻(GMR)元件作為敏感元件，其測量原理與采用霍爾元件的電流傳感器相同。

由于霍爾元件的靈敏度較低，采用霍爾元件的電流傳感器通常利用鐵心的聚磁效應(yīng)提高其測量精度。采用霍爾元件的電流傳感器包括開環(huán)型、閉環(huán)型和點(diǎn)陣式三種。

采用霍爾元件的開環(huán)型電流傳感器以帶氣隙的鐵心為導(dǎo)磁體，并將霍爾元件置于鐵心的氣隙內(nèi)。采用霍爾元件的開環(huán)型電流傳感器的測量精度較低，一般可達(dá)10^-2量級。由于鐵心存在磁滯損耗，當(dāng)待測電流在較大范圍內(nèi)波動時(shí)，鐵心氣隙內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與待測電流之間變化關(guān)系將與線性關(guān)系發(fā)生偏差，特別是待測電流較小時(shí)，二者的偏差尤為明顯。因此，當(dāng)待測電流較小時(shí)，采用霍爾元件的開環(huán)型電流傳感器的測量誤差將急劇增加。

采用霍爾元件的閉環(huán)型電流傳感器在上述開環(huán)型電流傳感器的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)。采用霍爾元件的閉環(huán)型電流傳感器的帶氣隙的鐵心上均勻布置有平衡繞阻，霍爾元件不是用于直接測量待測電流的大小，而是用于測量剩余磁通，且霍爾元件輸出的霍爾電勢控制一定大小的電流通過平衡繞阻。穩(wěn)態(tài)下，平衡繞阻與待測電流保持良好的線性關(guān)系，其比例系數(shù)為平衡繞阻的繞線砸數(shù)與待測電流繞線砸數(shù)的比值，通過檢測平衡繞阻中的電流大小即可獲得待測電流的大小。采用霍爾元件的閉環(huán)型電流傳感器穩(wěn)定可靠，測量精度可達(dá)10^-3量級。但是，平衡繞阻的電路的驅(qū)動能力有限，因此用于測量大電流的上述閉環(huán)型電流傳感器的制作成本較高。

采用霍爾元件的點(diǎn)陣式電流傳感器采用由多個霍爾元件組成的陣列作為敏感元件。將多個霍爾元件按預(yù)先設(shè)定的路徑均勻、對稱地分布在印刷電路板上，且每個霍爾元件所在的平面都穿過路徑的中心軸線。將多個霍爾元件組成的陣列置于圓筒形的屏蔽筒中。上述點(diǎn)陣式霍爾電流傳感器不需要鐵心，因此克服了鐵心導(dǎo)致的線性度變差、動態(tài)范圍小、體積大、笨重、成本高等缺點(diǎn)。但是，由于霍爾元件本身的靈敏度較低，采用霍爾元件的點(diǎn)陣式電流傳感器的測量精度較低。

與采用霍爾元件作為敏感元件的電流傳感器相比，采用GMR元件作為敏感元件的電流傳感器的測量精度有所提高。但是，由于GMR元件本身的線性范圍較小，采用GMR元件作為敏感元件的電流傳感器的測量范圍較小。

非常需要一種測量精度高、測量范圍大、體積小、重量輕、成本低的TMR電流傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種TMR電流傳感器，其測量精度較高、測量范圍較大、體積小。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型提供的TMR電流傳感器包括芯片、印刷電路板、絕緣環(huán)和磁性屏蔽環(huán)；所述絕緣環(huán)設(shè)于所述磁性屏蔽環(huán)內(nèi)，所述絕緣環(huán)的內(nèi)空間供待測電流導(dǎo)線穿過，所述芯片封裝在所述印刷電路板上，所述芯片和所述印刷電路板設(shè)于所述磁性屏蔽環(huán)內(nèi)，且所述芯片和所述印刷電路板位于所述絕緣環(huán)與所述磁性屏蔽環(huán)之間。

所述芯片的電路結(jié)構(gòu)為惠斯通電橋，所述惠斯通電橋包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂，所述惠斯通電橋的每一個橋臂包括至少一個TMR元件，所述第一橋臂與所述第二橋臂的TMR元件相同，且所述第三橋臂與所述第四橋臂的TMR元件相同。

所述TMR元件為多層膜結(jié)構(gòu)，所述TMR元件包括依次沉積在基片上的絕緣層、釘扎層、被釘扎層、隧道勢壘層和磁性自由層，所述磁性自由層為鐵磁層，且所述磁性自由層的磁矩方向能夠隨外磁場的大小和方向的改變而變化，所述被釘扎層為鐵磁層或者由鐵磁層、Ru層和鐵磁層形成的復(fù)合層，所述被釘扎層的磁矩方向被所述釘扎層釘扎在一個方向，且在數(shù)值大于或等于TMR元件的量程且小于被釘扎層的飽和磁化場的外磁場作用下所述被釘扎層的磁矩方向能夠保持不變，所述釘扎層為反鐵磁層。

優(yōu)選地，所述絕緣環(huán)包括第一絕緣半環(huán)和第二絕緣半環(huán)，且所述第一絕緣半環(huán)和所述第二絕緣半環(huán)配合能夠構(gòu)成一個完整的絕緣環(huán)。所述磁性屏蔽環(huán)包括第一磁性屏蔽半環(huán)和第二磁性屏蔽半環(huán)，且第一磁性屏蔽半環(huán)和所述第二磁性屏蔽半環(huán)配合能夠構(gòu)成一個完整的磁性屏蔽環(huán)。

優(yōu)選地，所述惠斯通電橋的每一個橋臂的TMR元件相同。

優(yōu)選地，所述印刷電路板上設(shè)有多個引腳，所述惠斯通電橋的輸入端和輸出端與所述引腳電連接。