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

背景技術(shù)：

霍爾效應(yīng)定義了磁場和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，當(dāng)電流通過一個位于磁場中的導(dǎo)體的時候，磁場會對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在垂直于導(dǎo)體與磁感線的兩個方向上產(chǎn)生電勢差。磁傳感器通過檢測磁場變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監(jiān)視和測量各種參數(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，可測量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等。同時磁傳感器輸出量直接與電控單元接口，可實現(xiàn)自動檢測。

傳統(tǒng)的電流檢測集成電路核心結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中11是待測電流it的傳輸導(dǎo)體，根據(jù)麥克斯韋磁場理論電流經(jīng)過導(dǎo)體會產(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，電信號經(jīng)過放大器12放大，輸出給下一級電路處理。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然簡單但是存在著抗干擾性差的問題，特別是當(dāng)檢測電路附近出現(xiàn)帶電導(dǎo)線(產(chǎn)生感應(yīng)磁場)或永磁體時，磁傳感器無法分辨待測電流it產(chǎn)生的感應(yīng)磁場與干擾磁場。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于磁場檢測的電流測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題。

其技術(shù)方案如下：一種基于磁場檢測的電流測量方法，其特征在于，導(dǎo)體通入待測電流it為下層，帶四個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中待測電流it通過導(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)過算法計算得出待處理磁通量b的同時衰減外部干擾源所產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致的干擾信號，根據(jù)待處理磁通量b求出待測電流it的大小。

其進(jìn)一步特征在于，

計算待處理磁通量b的推導(dǎo)公式如下：待測電流it對四個磁傳感器的感應(yīng)磁通量分別用bta、btb、btc、btd表示，干擾源對磁傳感器的感應(yīng)磁通量用bna、bnb、bnc、bnd表示，四個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。

一種基于磁場檢測的電流傳感系統(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，四個磁傳感器會同時感應(yīng)到待測電流it磁場，通過計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)體磁場分布圖；

圖5為歸一化處理曲線圖。

具體實施方式

見圖2至圖5所示：一種基于磁場檢測的電流傳感系統(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。測量方法如下：待測電流it通過特殊形狀的導(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強(qiáng)度，u型槽內(nèi)磁場強(qiáng)度明顯大于其他地方。在待測電流it流經(jīng)導(dǎo)體11所形成的磁場中，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)的磁通量都相對較小，近似看做零，由于待測電流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，所以待測電流流經(jīng)導(dǎo)體所形成的磁場信號可以看成差模信號，待測電流it對四個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，其形成的磁場在四個磁傳感器位置磁力線方向均一致，可以看成共模信號。干擾電流源in所形成的磁場對第二磁傳感器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相對較小。同樣，干擾電流源in對四個磁傳感器的作用可以看成共模信號，因為干擾源在四個磁傳感器上的磁力線具有統(tǒng)一方向，干擾電流源in對四個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。四個磁傳感器的總磁通量使用ba、bb、bc、bd，則通過公式計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對磁傳感器的影響)

待處理磁通量b產(chǎn)生的感應(yīng)電信號通過后級電路處理就能實時監(jiān)控待測電流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，實際運用中l(wèi)1遠(yuǎn)大于lab，現(xiàn)在考慮較為極端的情況l1＝lab，此時干擾較強(qiáng)。

通過歸一化的計算，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lcd越大則bn越小，系統(tǒng)的信噪比號越好。當(dāng)bn足夠小時，磁通量b基本只受bt影響，bt與待測電流it成正比。待處理的磁通量會在磁傳感器上產(chǎn)生感應(yīng)電信號，通過采集電信號即可得出待測電流it幅值。

該系統(tǒng)使用特殊形狀導(dǎo)體與多個磁傳感器形成的特殊結(jié)構(gòu)，通過對多個磁傳感器感應(yīng)信號進(jìn)行運算，有效衰減了外部磁干擾對待測電流信號的影響，提高了系統(tǒng)信噪比，在集成電路設(shè)計中具有巨大實用價值。