本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電流傳感器。

背景技術(shù)：

由于磁電阻元件具有高靈敏度和高精度，以磁電阻元件為敏感元件的電流傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。

然而，以磁電阻元件為敏感元件的電流傳感器存在兩個問題：

第一，對于小電流的測量，需要設(shè)置額外的磁芯，由于磁芯具有磁滯，溫度特性差，且易飽和，會大大降低電流傳感器的精度，并且，磁芯的價格較高，體積較大。

第二，由于磁電阻元件的靈敏度很高，對以磁電阻元件為敏感元件的電流傳感器的抗干擾能力的要求非常高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提出一種靈敏度高、精度高、尺寸小、成本低以及抗干擾能力強的電流傳感器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種電流傳感器，包括pcb線路板、磁性傳感芯片、電流導(dǎo)線和屏蔽層；所述pcb線路板設(shè)置于所述屏蔽層內(nèi)；至少部分的所述電流導(dǎo)線設(shè)置于所述屏蔽層內(nèi)，并固定于所述pcb線路板上；所述磁性傳感芯片固定于所述pcb線路板上，且磁性傳感芯片位于電流導(dǎo)線的中心線上。

作為一種可選的實施方式，所述磁性傳感芯片的磁場敏感方向與電流導(dǎo)線中心線方向平行或垂直。

作為一種可選的實施方式，所述磁性傳感芯片與所述電流導(dǎo)線分別位于所述pcb線路板的兩側(cè)。

作為一種可選的實施方式，所述磁性傳感芯片的個數(shù)設(shè)置為一個。

作為一種可選的實施方式，所述磁性傳感芯片包括磁敏感元件，所述磁敏感元件為各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件。

作為一種可選的實施方式，所述巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件為納米級厚度的多層膜結(jié)構(gòu)。

作為一種可選的實施方式，所述屏蔽層設(shè)置為至少一層，為金屬材料。

作為一種可選的實施方式，所述電流導(dǎo)線為u形電流導(dǎo)線，所述u形電流導(dǎo)線的兩臂的末端位于屏蔽層的外部。

作為一種可選的實施方式，所述電流導(dǎo)線兩臂的末端還設(shè)置有固定孔，用于通過連接件連接電流導(dǎo)線與待測電流導(dǎo)線的接線端子，以及固定電流傳感器。

作為一種可選的實施方式，所述電流傳感器還包括電源輸入端和信號輸出端，所述電源輸入端為磁性傳感芯片供電，磁性傳感芯片將探測到的電流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中的磁信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并通過所述信號輸出端輸出所述電壓信號。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明提供一種電流傳感器，包括pcb線路板、磁性傳感芯片、電流導(dǎo)線和屏蔽層；所述pcb線路板設(shè)置于所述屏蔽層內(nèi)；至少部分的所述電流導(dǎo)線設(shè)置于所述屏蔽層內(nèi)，并固定于所述pcb線路板上；所述磁性傳感芯片固定于所述pcb線路板上，且磁性傳感芯片位于電流導(dǎo)線的中心線上。本發(fā)明提供的電流傳感器靈敏度高、精度高、尺寸小、成本低且抗干擾能力強。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中提出的電流傳感器的一個具體示例的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中提出的電流傳感器的一個具體示例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中提出的電流傳感器的另一個具體示例的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中提出的電流傳感器的另一個具體示例的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中推挽半橋結(jié)構(gòu)的電連接示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例中推挽半橋結(jié)構(gòu)隨外場變化的輸出曲線示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中推挽全橋結(jié)構(gòu)的電連接示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例中推挽全橋結(jié)構(gòu)隨外場變化的輸出曲線示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例中梯度半橋的物理位置擺放示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例中梯度全橋的物理位置擺放示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例中梯度半橋的電連接示意圖；

圖12為本發(fā)明實施例中梯度全橋的電連接示意圖；

圖13為本發(fā)明實施例中提出的電流傳感器在外磁場干擾下測得的磁場分布圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

本發(fā)明實施例提供一種電流傳感器，圖1-圖2為本發(fā)明實施例提供的電流傳感器的正面和側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1和圖2所示，該電流傳感器包括pcb線路板1、磁性傳感芯片2、電流導(dǎo)線3和屏蔽層4；pcb線路板1設(shè)置于屏蔽層4內(nèi)；至少部分的電流導(dǎo)線3設(shè)置于屏蔽層4內(nèi)并固定于pcb線路板1上；磁性傳感芯片2固定于pcb線路板上，且磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3的中心線上。本發(fā)明提供的電流傳感器靈敏度高、精度高、尺寸小、成本低且抗干擾能力強。

上述磁性傳感芯片2的個數(shù)設(shè)置為一個，以焊接的方式固定于pcb線路板1上，與電流導(dǎo)線3分別位于pcb線路板1的兩側(cè)。該磁性傳感芯片2包括磁敏感元件，磁敏感元件可以是各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件；上述巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件為納米級厚度的多層膜結(jié)構(gòu)，使得電流傳感器的尺寸小、靈敏度高，同時大大降低了成本。

在一較佳實施例中，如圖1所示，上述電流導(dǎo)線3為u形電流導(dǎo)線，該電流導(dǎo)線3的兩臂的末端位于屏蔽層4的外部，便于待測電流流經(jīng)電流導(dǎo)線3。磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3兩臂之間的一段電流導(dǎo)線處，并且處于電流導(dǎo)線3兩臂之間的一段電流導(dǎo)線內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間；以電流導(dǎo)線3中心線方向為y軸方向，以磁性傳感芯片2所在平面內(nèi)與y軸垂直的方向為x軸方向，以垂直于磁性傳感芯片2所在平面的方向為z軸方向，磁性傳感芯片2的中心線位于電流導(dǎo)線3的中心線上，該磁性傳感芯片2的磁場敏感方向與電流導(dǎo)線3中心線方向平行，即平行于y軸，如圖1右方箭頭所示。

上述磁性傳感芯片2的結(jié)構(gòu)為推挽半橋或推挽全橋，使用時都要通入穩(wěn)恒電壓或電流。

推挽半橋結(jié)構(gòu)由兩個物理性質(zhì)相同的磁電阻串聯(lián)而成，如圖5所示，磁電阻21和磁電阻22串聯(lián)起來，采用推挽半橋結(jié)構(gòu)的電路為三端口式，三個端口vbias、gnd以及vout通過輸入輸出端接入電路，vbias和gnd之間通入穩(wěn)恒電壓或電流；推挽半橋結(jié)構(gòu)隨外磁場變化的輸出曲線示意圖如圖6所示，兩個橋臂的磁場敏感方向相反，在受到同一個外磁場作用時，一個橋臂的阻值增大，一個橋臂的阻值減小，外磁場的變化導(dǎo)致輸出電壓(端口vout與端口vbias(或端口gnd)之間的電壓)的變化。

圖7是推挽全橋結(jié)構(gòu)的電連接示意圖，由四個物理性質(zhì)相同的磁電阻連接構(gòu)成，磁電阻23、24串聯(lián)，磁電阻25、26串聯(lián)，串聯(lián)的兩個電阻對再并聯(lián)，端口vbias和gnd之間通入穩(wěn)恒電壓或電流；推挽全橋結(jié)構(gòu)隨外磁場變化的輸出曲線示意圖如圖8所示，推挽全橋的磁電阻23、26的磁場敏感方向相同，磁電阻24、25的磁場敏感方向相同，磁電阻23、24的磁場敏感方向相反，在同一外磁場的作用下，磁電阻23、26阻值變大的同時磁電阻24、25的阻值減小(或者磁電阻23、26阻值減小的同時磁電阻24、25阻值增大)，從而輸出端v+和v-之間產(chǎn)生電勢差，即輸出電壓。

本發(fā)明實施例提供的電流傳感器的屏蔽層4為金屬材料，屏蔽層4的層數(shù)設(shè)置為兩層，如圖1和圖2所示，包括內(nèi)屏蔽層41和外屏蔽層42，內(nèi)屏蔽層41設(shè)置在外屏蔽層42內(nèi)，其中內(nèi)屏蔽層41為u形結(jié)構(gòu)，外屏蔽層42采用底部開口的結(jié)構(gòu)。

在實際應(yīng)用中，當(dāng)內(nèi)屏蔽層41的厚度不大于1.5mm，外屏蔽層42的厚度不小于2mm，且內(nèi)屏蔽層41與外屏蔽層42之間的間距不小于1mm時，可顯著提高本發(fā)明實施例提出的電流傳感器的抗干擾能力。

進一步地，本發(fā)明實施例提供的電流傳感器，還包括電源輸入端和信號輸出端，所述電源輸入端為磁性傳感芯片2供電，磁性傳感芯片2將探測到的電流導(dǎo)線3產(chǎn)生的磁場中的磁信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并通過信號輸出端輸出該電壓信號；可選地，上述電源輸入端和信號輸出端通過pcb線路板1連接至磁性傳感芯片2，連接的方式可以是引線或插針，但不局限于此。

進一步地，本發(fā)明實施例提供的電流傳感器，其中的電流導(dǎo)線3兩臂的末端還設(shè)置有固定孔5，用于通過連接件連接電流導(dǎo)線3與待測電流導(dǎo)線的接線端子，以及固定電流傳感器；可選地，上述連接件可以是螺絲。

進一步地，本發(fā)明實施例提供的電流傳感器還包括支架，為絕緣材料，用于固定pcb線路板1、電流導(dǎo)線3和屏蔽層4。

本發(fā)明實施例提供的電流傳感器，將外磁場的干擾降到千分之一以下，顯著提高了電流傳感器的抗干擾能力，從而大幅提高了電流傳感器的測量精度。圖13給出了本發(fā)明實施例提出的電流傳感器在外磁場干擾下測得的磁場分布圖，其中干擾的外磁場的磁感應(yīng)強度為5gs，方向沿y軸方向；以電流導(dǎo)線3兩臂之間的一段電流導(dǎo)線內(nèi)側(cè)為y軸0點，橫軸表示磁性傳感芯片2位于y軸的不同位置，縱軸表示在磁性傳感芯片2位于y軸不同位置時所測得的外磁場。從圖13可以得出，磁性傳感芯片2在y軸的不同位置，電流傳感器所測得的外磁場的大小不同，隨著y值的增大，電流傳感器感應(yīng)到的外磁場越來越?。划?dāng)磁性傳感芯片2與y軸0點的距離大于9.5mm時，電流傳感器所測得的外磁場的大小在0.005gs以下，證明了電流傳感器將外磁場的干擾降到千分之一以下。

作為上述實施例的可替換方式，磁性傳感芯片2的放置方式還可以是，如圖3和圖4所示，磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3的中心線上，且磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3兩臂之間；以電流導(dǎo)線3中心線方向為y軸方向，以磁性傳感芯片2所在平面與y軸垂直的方向為x軸方向，以垂直于磁性傳感芯片2所在平面的方向為z軸方向，磁性傳感芯片2的磁場敏感方向與電流導(dǎo)線3中心線方向垂直，即平行于x軸，如圖3上方箭頭所示。

當(dāng)磁性傳感芯片2以上述方式設(shè)置，即磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3的中心線上，且磁性傳感芯片2位于電流導(dǎo)線3兩臂之間時，磁性傳感芯片2的結(jié)構(gòu)為梯度半橋或梯度全橋。

梯度半橋的物理位置擺放如圖9所示，該梯度半橋的電連接方式與前述推挽半橋的電連接方式相同，如圖11所示，磁性傳感芯片2的磁場敏感方向與x軸平行(如圖9右方箭頭所示)，外磁場沿著x軸方向(外磁場為一梯度場，該梯度場方向如圖9下方箭頭所示)，磁電阻201、202的位置不同，在端口vbias和gnd之間輸入穩(wěn)恒電壓。在沒有外磁場作用的情況下，無論磁電阻201、202位于均勻場的任何位置，其阻值都相同，無輸出；當(dāng)外磁場施加于磁電阻201、202時，由于外磁場為一梯度場，則位于該梯度場分布方向(即x軸方向)上位置不同的磁電阻201、202的阻值不同，故產(chǎn)生輸出。

梯度全橋的物理位置擺放如圖10所示，該梯度全橋的電連接方式與前述推挽全橋的電連接方式相同，如圖12所示，磁性傳感芯片2的磁場敏感方向與x軸平行(如圖10右方箭頭所示)，外磁場沿著x軸方向(外磁場為一梯度場，該梯度場方向如圖10下方箭頭所示)，磁電阻203、206的位置相同，磁電阻204、205的位置相同，在端口vbias和gnd之間輸入穩(wěn)恒電壓。在沒有外磁場作用的情況下，磁電阻203、204、205、206的阻值相同，輸出端沒有電勢差，無輸出；當(dāng)外磁場施加于磁電阻203、204、205、206上時，由于該磁場是梯度場，沿著梯度場方向的場強大小不同，則沿著梯度方向位置相同的磁電阻203、206的電阻值變化相同，磁電阻204、205的電阻值變化相同，磁電阻203、204(磁電阻205、206)的電阻值變化不同，則梯度全橋的輸出端v+和v-之間具有輸出電壓vout。

作為上述實施例的可替換方式，將電流導(dǎo)線3兩臂的末端作為待測電流的輸入輸出端，直接接入待測電流。

作為上述實施例的可替換方式，屏蔽層4的層數(shù)還可以為一層或多層，圖3-圖4示出了屏蔽層4為一層的電流傳感器的正面和側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。