本發(fā)明涉及電流傳感器領(lǐng)域，具體為一種基于磁場(chǎng)檢測(cè)的電流測(cè)量方法及電流傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

霍爾效應(yīng)定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的作用力，從而在垂直于導(dǎo)體與磁感線的兩個(gè)方向上產(chǎn)生電勢(shì)差。磁傳感器通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量各種參數(shù)，例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換，可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等。同時(shí)磁傳感器輸出量直接與電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。

傳統(tǒng)的電流檢測(cè)集成電路核心結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中11是待測(cè)電流it的傳輸導(dǎo)體，根據(jù)麥克斯韋磁場(chǎng)理論電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生旋渦磁力線，磁力線如b所示。磁傳感器10感應(yīng)磁力線，并產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器12放大，輸出給下一級(jí)電路處理。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單但是存在著抗干擾性差的問(wèn)題，特別是當(dāng)檢測(cè)電路附近出現(xiàn)帶電導(dǎo)線(產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng))或永磁體時(shí)，磁傳感器無(wú)法分辨待測(cè)電流it產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)與干擾磁場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于磁場(chǎng)檢測(cè)的電流測(cè)量方法及電流傳感系統(tǒng)，其能夠有效解決傳統(tǒng)方法中抗干擾性差的問(wèn)題。

其技術(shù)方案如下：一種基于磁場(chǎng)檢測(cè)的電流測(cè)量方法，其特征在于，導(dǎo)體通入待測(cè)電流it為下層，帶四個(gè)磁傳感器的硅片件放置于導(dǎo)體上方為上層，第一磁傳感器位于所述導(dǎo)體上的u形凹槽前端的開(kāi)口垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器件于所述u形凹槽開(kāi)口反方向垂直映射到上層的位置，第三磁傳感器位于所述第一磁傳感器一側(cè)且位于所述導(dǎo)體正上方垂直映射到上層的位置，第四磁傳感器位于所述第一磁傳感器另一側(cè)且位于所述u形凹槽開(kāi)口反方向垂直映射到上層的位置或者導(dǎo)體正上方垂直映射到上層的位置，設(shè)b為待處理磁通量，bt為待處理磁通量b中待測(cè)電流it通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生部分，bn為待處理磁通量中外部干擾源in產(chǎn)生部分，經(jīng)過(guò)算法計(jì)算得出待處理磁通量b的同時(shí)衰減外部干擾源所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致的干擾信號(hào)，根據(jù)待處理磁通量b求出待測(cè)電流it的大小。

其進(jìn)一步特征在于，

計(jì)算待處理磁通量b的推導(dǎo)公式如下：待測(cè)電流it對(duì)四個(gè)磁傳感器的感應(yīng)磁通量分別用bta、btb、btc、btd表示，干擾源對(duì)磁傳感器的感應(yīng)磁通量用bna、bnb、bnc、bnd表示，四個(gè)磁傳感器的總磁通量分別用ba、bb、bc、bd表示，則b＝ba+bb-(bc+bd)

＝(bta+bna)+(btb+bnb)–(btc+bnc)–(btd+bnd)

＝bta+bna+bnb-bnc-bnd(btb、btc、btd遠(yuǎn)小于bta)

≈bta+(bna+bnb-bnc-bnd)

＝bt+bn。

一種基于磁場(chǎng)檢測(cè)的電流傳感系統(tǒng)，其特征在于，其包括處于下層的帶u形凹槽的導(dǎo)體和處于上層的帶有四個(gè)磁傳感器的硅片，第一磁傳感器位于所述導(dǎo)體上的u形凹槽前端的開(kāi)口垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器位于所述u形凹槽開(kāi)口反方向垂直映射到上層的位置，第三磁傳感器位于所述第一磁傳感器一側(cè)且位于所述導(dǎo)體正上方垂直映射到上層的位置，第四磁傳感器位于所述第一磁傳感器另一側(cè)且位于所述u形凹槽開(kāi)口反方向垂直映射到第二層的位置或者導(dǎo)體正上方垂直映射到上層的位置。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法后，四個(gè)磁傳感器會(huì)同時(shí)感應(yīng)到待測(cè)電流it磁場(chǎng)，通過(guò)計(jì)算并有效消除外部干擾，提高了效率，增加了信噪比，提高了抗干擾能力。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)原理圖；

圖2為本發(fā)明原理圖；

圖3為圖2左視圖；

圖4為導(dǎo)體磁場(chǎng)分布圖；

圖5為歸一化處理曲線圖。

具體實(shí)施方式

見(jiàn)圖2至圖5所示：一種基于磁場(chǎng)檢測(cè)的電流傳感系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩層如圖3所示，下層包括帶u形凹槽的導(dǎo)體11，上層為帶四個(gè)磁傳感器的硅片20，第一磁傳感器10a位于導(dǎo)體11上的u形凹槽前端的開(kāi)口垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器10b位于u形凹槽開(kāi)口反方垂直向映射到上層的位置，第三磁傳感器10c位于第一磁傳感器10a一側(cè)且位于導(dǎo)體11正上方垂直映射到上層的位置，第四磁傳感器10d位于第一磁傳感器10a另一側(cè)且位于u形凹槽開(kāi)口反方向垂直映射到上層的位置或者導(dǎo)體11正上方垂直映射到上層的位置。測(cè)量方法如下：待測(cè)電流it通過(guò)特殊形狀的導(dǎo)體11，導(dǎo)體11上有u形凹槽，具有增強(qiáng)凹槽區(qū)域磁通量的作用，如圖4所示，圖中使用灰度表示磁場(chǎng)強(qiáng)度，u型槽內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度明顯大于其他地方。在待測(cè)電流it流經(jīng)導(dǎo)體11所形成的磁場(chǎng)中，第一磁傳感器10a感應(yīng)到磁通量最大，第二磁傳感器10b、第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d感應(yīng)的磁通量都相對(duì)較小，近似看做零，由于待測(cè)電流it流經(jīng)導(dǎo)體11所形成的磁力線在磁傳感器第一磁傳感器10a、第二磁傳感器10b上的方向相反，所以待測(cè)電流流經(jīng)導(dǎo)體所形成的磁場(chǎng)信號(hào)可以看成差模信號(hào)，待測(cè)電流it對(duì)四個(gè)磁傳感器的磁通量用bta、btb、btc、btd表示。根據(jù)本發(fā)明描述的算法，外部干擾源在芯片外部的任何方向形成的干擾磁場(chǎng)均可得到有效的衰減，其中外部干擾源可以是通電導(dǎo)體也可以是永磁體，但衰減的效果隨干擾源與磁傳感器位置方向不同而存在差異。以其中衰減效果最差的情況為例(參考圖2中外部干擾源的位置)：外部干擾源in處于芯片外部，其形成的磁場(chǎng)在四個(gè)磁傳感器位置磁力線方向均一致，可以看成共模信號(hào)。干擾電流源in所形成的磁場(chǎng)對(duì)第二磁傳感器10b、第四磁傳感器10d的影響比較大，第一磁傳感器10a、第三磁傳感器10c相對(duì)較小。同樣，干擾電流源in對(duì)四個(gè)磁傳感器的作用可以看成共模信號(hào)，因?yàn)楦蓴_源在四個(gè)磁傳感器上的磁力線具有統(tǒng)一方向，干擾電流源in對(duì)四個(gè)磁傳感器的磁通量分別用bna、bnb、bnc、bnd表示。把第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d投影到縱軸上，用點(diǎn)p2、p3代替，則p1、p2距離用lab表示，p2、p3的距離使用lcd表示，干擾源與最近的磁傳感器距離為l1。四個(gè)磁傳感器的總磁通量使用ba、bb、bc、bd，則通過(guò)公式計(jì)算出待處理的磁通量b：

b＝ba+bb-(bc+bd)

＝(bta+bna)+(btb+bnb)–(btc+bnc)–(btd+bnd)

＝bta+bna+bnb-bnc-bnd(btb、btc、btd遠(yuǎn)小于bta)

≈bta+(bna+bnb-bnc-bnd)

＝bt+bn(bt與bn分別為it、in對(duì)磁傳感器的影響)

待處理磁通量b產(chǎn)生的感應(yīng)電信號(hào)通過(guò)后級(jí)電路處理就能實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)電流it。ba、bb、bc、bd強(qiáng)度與lab、lcd有關(guān)，由于通電導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)磁通量大小與距離成反比，bn為：

由于算法申明的結(jié)構(gòu)是封裝在芯片中的，實(shí)際運(yùn)用中l(wèi)1遠(yuǎn)大于lab，現(xiàn)在考慮較為極端的情況l1＝lab，此時(shí)干擾較強(qiáng)。

通過(guò)歸一化的計(jì)算，bn與lab、lcd有關(guān)系近似圖5，由圖5可以看出隨著lcd的增加函數(shù)單調(diào)遞減，也就是說(shuō)lcd越大則bn越小，系統(tǒng)的信噪比號(hào)越好。當(dāng)bn足夠小時(shí)，磁通量b基本只受bt影響，bt與待測(cè)電流it成正比。待處理的磁通量會(huì)在磁傳感器上產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)，通過(guò)采集電信號(hào)即可得出待測(cè)電流it幅值。

該系統(tǒng)使用特殊形狀導(dǎo)體與多個(gè)磁傳感器形成的特殊結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)多個(gè)磁傳感器感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，有效衰減了外部磁干擾對(duì)待測(cè)電流信號(hào)的影響，提高了系統(tǒng)信噪比，在集成電路設(shè)計(jì)中具有巨大實(shí)用價(jià)值。