本實(shí)用新型涉及一種電流數(shù)字傳感器，主要用于電動(dòng)汽車交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的三相電流檢測檢測。

背景技術(shù)：

電流檢測是電動(dòng)汽車交流電機(jī)控制器最重要的檢測技術(shù)之一，在交流電機(jī)堵轉(zhuǎn)或者發(fā)生浪涌電流的瞬間，如果能在第一時(shí)間檢測出對(duì)VMOS管或IGBT模塊所能承受極限的有害沖擊電流，及時(shí)關(guān)斷功率器件的電流通道，是防止電機(jī)功率控制模塊燒毀的有效保護(hù)措施之一。

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的三相電流檢測，通常采用具有高效率的康銅絲或康銅板合金作為采樣電阻，直接作為電機(jī)控制器三相電流回路中的一個(gè)元件，再輔以電流比較窗口電路組成。其中，電流采樣部分與電流比較電流各自為戰(zhàn)，對(duì)于不同的電流參數(shù)，勢(shì)必要增加多個(gè)比較窗口電路。

所述的康銅合金是含有40%鎳和1.5%錳的銅合金，由于其具低電阻率的溫度系數(shù)，一般可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，不過由于康銅的高電阻率，在電流檢測過程中，康銅絲或康銅板作為三相回路的電流采樣電阻，其發(fā)熱也十分嚴(yán)重，這對(duì)于車載動(dòng)力電池的電量消耗是極為不利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

如何克服現(xiàn)有電動(dòng)汽車交流電機(jī)控制器電流檢測的缺陷，正是本實(shí)用新型要解決的問題。

目前，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制器的三相電流檢測或總電流檢測存在以下兩個(gè)問題：

1、采用直接測量技術(shù)，康銅絲或康銅板直接作為采樣電阻，成為電機(jī)控制器三相電流回路中的一個(gè)電流檢測元件，由于康銅材料先天的高電阻率，因此在電流檢測過程中，康銅絲或康銅板本身的發(fā)熱也十分嚴(yán)重，一方面降低了電池的使用效率，另一方面也增大了交流電機(jī)控制器的散熱成本。

2、電流采樣部分和電流比較電路各自為戰(zhàn)，而且，每一個(gè)電流比較窗口電路只能設(shè)定一個(gè)電流閾值參數(shù)，對(duì)于不同的電流參數(shù)，勢(shì)必要增加多個(gè)比較窗口電路，將大大增加電流的硬件檢測開銷。

技術(shù)方案

為了克服現(xiàn)有電動(dòng)汽車電機(jī)控制器電流檢測的缺陷，本實(shí)用新型提出了一種新穎的電動(dòng)車電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器方案，其新穎之處在于：

1、采用非接觸測量技術(shù)，使用了帶矩形切口的超微晶薄帶環(huán)形鐵芯，具有高導(dǎo)磁率、低矯頑力，耐大電流沖擊，高導(dǎo)磁率可減少比差，提高互感器精度，減少比差，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高于坡莫合金，上限接近1下限接近0的矩形系數(shù)，適合做成400至8000Hz高頻率電流的檢測。

2、引入和線性霍爾元件與單片計(jì)算機(jī)技術(shù)，一是實(shí)現(xiàn)電流檢測的數(shù)字化濾波，并與高速同步串行通信總線結(jié)合起來，同時(shí)實(shí)現(xiàn)被測電流的二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換和傳遞。

3、本實(shí)用新型將電流采樣、檢測、比較、數(shù)字傳送四位一體，實(shí)現(xiàn)了整體最省，系統(tǒng)最優(yōu)。

其技術(shù)方案具體如下：

一種交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，由上蓋、下蓋、微晶環(huán)形鐵芯體、PCB板、單片機(jī)、霍爾元件組成，其要點(diǎn)在于：

所述的上蓋和下蓋組成的封閉空間中，封裝了微晶環(huán)形鐵芯體、PCB板，所述的微晶環(huán)形鐵芯體是由微晶薄帶按照阿基米德螺線卷繞而成的圓形柱，圓形柱上開有矩形切口；所述的PCB板上焊接有單片機(jī)、霍爾元件，然后插入下蓋內(nèi)壁開的線路板槽中，霍爾元件位于微晶環(huán)形鐵芯體的矩形切口中間位置處，最后再將四芯插針穿過下蓋）底部的插針出孔，再焊接在PCB板上；所述的四芯插針分別定義為，“+”端為電源+5V,“-”端為地，“D”端為串行數(shù)據(jù)輸出端，“T”端為時(shí)針脈沖輸出端，分別與單片機(jī)的電源端和I/O引腳相連，所述的霍爾元件為三條引腳線的線性元件，其中二條引線分別接“+”端和“-”端，另一條引腳線與單片機(jī)的A/D引腳相連。

所述的上蓋和下蓋均為圓柱形與矩形的結(jié)合體，其中上蓋的中心位置有一個(gè)圓柱體的護(hù)套，下蓋的中心位置有一個(gè)中心孔，微晶環(huán)形鐵芯體嵌入護(hù)套中，矩形體的空間中插入PCB板，上蓋）外壁帶有掛鉤扣手，下蓋外壁帶有倒齒，上蓋和下蓋合攏后，掛鉤扣手剛好掛住倒齒。

所述的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器的下蓋底部有定位插頭，可按線路板方式安裝在交流電機(jī)控制器的電路板上。

所述的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，它對(duì)電流電機(jī)控制器的三相電流圓柱輸出接頭有如下的限制，即三相電流圓柱輸出接頭（16）上至少切割出一個(gè)感應(yīng)平面，安裝時(shí)，所述的三相電流圓柱輸出接頭上的磁感應(yīng)平面與霍爾元件的磁感應(yīng)平面應(yīng)保持平行。

技術(shù)效果

本實(shí)用新型所提出的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，具有如下顯著的有益效果：

1、本實(shí)用新型所提出的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，采用了一種非接觸的大電流檢測技術(shù)，率先將單片機(jī)、磁感應(yīng)技術(shù)和數(shù)字總線通信技術(shù)結(jié)合一體，這是一種全新的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器。

2、本實(shí)用新型巧妙之處是采用了系統(tǒng)集成的模塊化結(jié)構(gòu)，電流檢測部件和數(shù)據(jù)處理部件都集中在一個(gè)殼體中，通過單片機(jī)作為核心器件實(shí)施協(xié)調(diào)處理，真正實(shí)現(xiàn)整體最省，系統(tǒng)最優(yōu)。

3、基于本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器摒棄了傳統(tǒng)的康銅絲或康銅板作為采樣電阻的模式，因此也甩掉了交流電機(jī)控制器上的一個(gè)最大的發(fā)熱體，從而為交流電機(jī)控制器散熱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了簡便，是對(duì)現(xiàn)有交流電機(jī)控制器的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。

4、基于本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器摒棄了傳統(tǒng)的使用鐵硅鋁材料作為前端采樣電流的方法，而是使用了帶矩形切口的超微晶薄帶環(huán)形鐵芯，具有比鐵硅鋁更高的導(dǎo)磁率、低矯頑力，耐大電流沖擊，高磁導(dǎo)率可減少比差，提高互感器的精度，減少比差，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高于坡莫合金，接近1或接近0的矩形系數(shù)，適合做成400至8000Hz高頻率電流的檢測。

5、所述的磁通量檢測芯片是采用平面霍爾傳感技術(shù)的單片集成電路，它可以檢測到平行于芯片表面由于電流變化導(dǎo)致的磁通密度變化，所述的霍爾元件可實(shí)現(xiàn)溫度飄逸的自動(dòng)補(bǔ)償，通過其引腳輸出準(zhǔn)確度很高的線性信號(hào)，該信號(hào)送到單片機(jī)中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，從而可以精確檢測當(dāng)前每一相電流的實(shí)際大小，單片機(jī)通過數(shù)字濾波和工程量變換，可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過串行總線實(shí)現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字傳送，具有成本低廉，測量精度高的特點(diǎn)。

6、特別有意義的是，交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器是功率控制現(xiàn)場的電流傳感器，它的數(shù)字化為大電流的非接觸性檢測，提供了一種高效、低成本和可靠的數(shù)字技術(shù)解決方案。

附圖說明

圖1 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器正面外形圖；

圖2 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器背面外形圖；

圖3 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器正面爆炸圖一；

圖4 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器正面爆炸圖二；

圖5 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖一；

圖6 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖二；

圖7 交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器背面爆炸圖三；

圖8 去掉上蓋后的內(nèi)部圖一；

圖9 去掉上蓋后的內(nèi)部爆炸視圖；

圖10 插入三相電流輸出接頭后的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器正面外形圖。

標(biāo)號(hào)說明：

1 上蓋 2 下蓋

3 定位插頭 4 四芯插針

5 微晶環(huán)形鐵芯體 6 PCB板

7 插針出孔 8 護(hù)套

9 掛鉤扣手 10 倒齒

11 矩形切口 12 單片機(jī)

13 霍爾元件 14 下蓋中心孔

15 線路板槽 16 三相電流圓柱輸出接頭

17 感應(yīng)平面

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型所述的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器如圖1至圖10所示。下面結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

一種交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，由上蓋1、下蓋2、微晶環(huán)形鐵芯體5、PCB板6、單片機(jī)12、霍爾元件13組成，其要點(diǎn)在于：

所述的上蓋1和下蓋2組成的封閉空間中，封裝了微晶環(huán)形鐵芯體5、PCB板6，所述的微晶環(huán)形鐵芯體5是由微晶薄帶按照阿基米德螺線卷繞而成的圓形柱，圓形柱上開有矩形切口11；

所述的PCB板6上焊接有單片機(jī)12、霍爾元件13，然后插入下蓋2內(nèi)壁開的線路板槽15中，霍爾元件13位于微晶環(huán)形鐵芯體5的矩形切口11中間位置處，最后再將四芯插針4穿過下蓋2底部的插針出孔7，再焊接在PCB板6上；

所述的四芯插針4分別定義為，“+”端為電源+5V,“-”端為地，“D”端為串行數(shù)據(jù)輸出端，“T”端為時(shí)針脈沖輸出端，分別與單片機(jī)12的電源端和I/O引腳相連，所述的霍爾元件13為三條引腳線的線性元件，其中二條引線分別接“+”端和“-”端，另一條引腳線與單片機(jī)12的A/D引腳相連。

所述的上蓋1和下蓋2均為圓柱形與矩形的結(jié)合體，其中上蓋1的中心位置有一個(gè)圓柱體的護(hù)套8，下蓋2的中心位置有一個(gè)中心孔14，微晶環(huán)形鐵芯體5嵌入護(hù)套8中，矩形體的空間中插入PCB板6，上蓋1外壁帶有掛鉤扣手9，下蓋2外壁帶有倒齒10，上蓋1和下蓋2合攏后，掛鉤扣手9剛好掛住倒齒10。

所述的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器的下蓋2底部有定位插頭3，可按線路板方式安裝在交流電機(jī)控制器的電路板上。

所述的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，它對(duì)電流電機(jī)控制器的三相電流圓柱輸出接頭16有如下的限制，即三相電流圓柱輸出接頭16上至少切割出一個(gè)感應(yīng)平面17，安裝時(shí)，所述的三相電流圓柱輸出接頭16上的磁感應(yīng)平面17與霍爾元件13的磁感應(yīng)平面應(yīng)保持平行。

裝配完畢的霍爾元件13，處于微晶環(huán)形鐵芯體5的矩形切口（11）中間位置處，由于三相電流圓柱輸出接頭16的感應(yīng)平面17與霍爾元件13的磁感應(yīng)平面平行，因此霍爾元件13可以檢測到平行芯片表面由于電流變化導(dǎo)致的磁通密度變化，內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)溫度漂移自動(dòng)補(bǔ)償，通過其引腳輸出準(zhǔn)確度很高的線性信號(hào)，該信號(hào)送到單片機(jī)中經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，從而可以可以精確檢測當(dāng)前每一相電流的實(shí)際大小，單片機(jī)通過數(shù)字濾波和工程量變換，可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過串行總線實(shí)現(xiàn)電流數(shù)據(jù)的數(shù)字傳送，具有成本低廉，測量精度高的特點(diǎn)。

綜上所述，本實(shí)用新型所提出的交流電機(jī)控制器用電流數(shù)字傳感器，是一種全新的電流數(shù)字傳感器，其核心之處在于，它采用了系統(tǒng)集成的模塊化結(jié)構(gòu)，電流檢測部件和數(shù)據(jù)處理部件都集中在一個(gè)殼體中，通過單片機(jī)作為核心器件實(shí)施協(xié)調(diào)處理，完全摒棄了傳統(tǒng)的采樣電阻和窗口比較電路，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最省，整體最優(yōu)，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。