本發(fā)明涉及一種基于磁敏傳感元件(優(yōu)選地配置為梯度傳感器)檢測電流傳感器無錯運行的裝置及方法，該裝置包括電流傳感器測量平面內(nèi)形成的母排或?qū)w環(huán)，特別是用于安全相關(guān)領(lǐng)域中(優(yōu)選為電力驅(qū)動的電力電子器件中，例如電動汽車中)電流傳感器的早期故障檢測。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)披露了各種檢查或檢測磁敏電流傳感器錯誤測量的方法，但此類方法要么是用多個電流傳感器冗余工作，要么需要斷電的主電流通路或至少一個斷電的感應(yīng)導(dǎo)體環(huán)經(jīng)歷確信度測試階段。其他測量系統(tǒng)是基于鐵磁芯上采用附加繞組，非常占用空間，運行緩慢，通常需要主電流導(dǎo)體通過鐵磁芯實現(xiàn)機械饋通，如此主電流很難不受影響。簡單的分流測量系統(tǒng)中，缺少電流隔離，分流處會產(chǎn)生額外的能量損失。

2、例如，專利文獻de?102012215946?a1中，引導(dǎo)待測電流通過(歐姆)分流電阻器，測量所產(chǎn)生的電壓降。并聯(lián)的第二電阻器產(chǎn)生額外的限定電流，可用于測試差動電流。使用分流電阻器會導(dǎo)致額外的損耗，例如熱量形式的損耗，這對于相應(yīng)的高強電流來說可能會出現(xiàn)問題。由于缺少電流隔離，這種測量系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮到所有可能出現(xiàn)的電壓和電流。

3、例如，專利文獻us2012/0319473a1公開了一種用于測量載流導(dǎo)體引起磁場的電流傳感器，其中電流經(jīng)過的導(dǎo)體裹有磁芯材料，磁芯材料上附有附加繞組以及實際的電流測量線圈來感應(yīng)測試電流。這意味著電流傳感器本身不能輕易拆分。此外，測試?yán)@組中產(chǎn)生測試磁場的尺寸必須足夠大，才能可靠檢測到差動電流。這意味著電流測量的設(shè)計僅僅是針對高強電流，非常欠缺靈敏度，因此外加的測試電流量也必須足夠高才能實現(xiàn)可靠檢測。

4、此外，專利文獻wo?2006/042839a1公開了一種外部磁場測量方法，該方法使用了磁阻傳感器、發(fā)生器模塊以及控制單元，發(fā)生器模塊用于在包含磁阻傳感器的區(qū)域中生成附加磁場，控制單元第一步控制發(fā)生器模塊來施加使磁阻傳感器飽和的第一附加磁場脈沖值(第一極性和強度)，第二步施加使傳感器不飽和的第二附加磁場值，然后通過磁阻傳感器測量電阻即可確定待測外部磁場值。優(yōu)選地，第一步是在每次測量外部磁場之前原位進行，以便系統(tǒng)又準(zhǔn)確地校正任何傳感器靈敏度漂移。

5、此外，專利文獻ep1327891b1描述了一種磁場傳感器和電流計，結(jié)構(gòu)為基板上相對于主基板平面的斜壁或豎壁，優(yōu)選地配置為產(chǎn)生不同角度、不同方向磁敏層的溝槽或隆起。這樣配備的磁場傳感器隨后用在電流傳感器中，從而利用磁場傳感器所在位置導(dǎo)體中電流的磁效應(yīng)來確定電流強度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是尋求一種新穎方法通過磁敏感應(yīng)來檢測電流傳感器無錯運行，借此可以在待感應(yīng)母排或?qū)w壞中定期或在不間斷電流流動期間(原位)自發(fā)檢查磁敏測量的主電流通路，而不會影響、篡改或甚至?xí)簳r中斷待感應(yīng)母排或?qū)w環(huán)中的測量電流。此外，本發(fā)明應(yīng)提供一種通過磁感應(yīng)來檢查電流傳感器無錯運行的方法，允許早期檢測故障現(xiàn)象。

2、為了達成上述目的，本發(fā)明提出一種基于磁敏傳感元件(優(yōu)選地配置為梯度傳感器)來檢測電流傳感器錯誤運行的裝置，該裝置包括電流傳感器測量平面內(nèi)形成的感應(yīng)母排或?qū)w環(huán)，電流傳感器至少在測量區(qū)域內(nèi)能感應(yīng)母排或?qū)w環(huán)，其特征在于，電流傳感器待感應(yīng)的母排或?qū)w環(huán)的空間附近布置有測試導(dǎo)體環(huán)，該測試導(dǎo)體環(huán)布置于感應(yīng)母排或?qū)w環(huán)測量平面的平行平面內(nèi)，并適配于母排或?qū)w環(huán)預(yù)定的主電流通路，從而能夠磁敏感應(yīng)電流傳感器測量區(qū)域內(nèi)引入測試導(dǎo)體環(huán)的調(diào)制測試電流連同主電流通路的電流。

3、本發(fā)明上下文中，“磁敏電流測量(magnetic-field-sensitive?currentmeasurement)”或“磁敏電流傳感器(magnetic-field-sensitive?current?sensor)”旨在表示電流測量是基于外部磁場變化時材料電阻的變化，尤其包括各向異性磁阻效應(yīng)(amr效應(yīng))、巨磁阻效應(yīng)(gmr效應(yīng))、龐磁阻效應(yīng)(cmr效應(yīng))、磁隧道電阻(tms效應(yīng))和平面霍爾效應(yīng)。

4、有利地，測試導(dǎo)體環(huán)連接到測試電流發(fā)生器，用于生成調(diào)制或脈沖測試電流。優(yōu)選地，測試導(dǎo)體環(huán)和測試電流發(fā)生器與主電流通路上的導(dǎo)體環(huán)或母排完全電流隔離。

5、有利地，測試導(dǎo)體環(huán)配置為電流傳感器下方與導(dǎo)體環(huán)/母排的預(yù)定主電流通路平行的測試導(dǎo)體軌跡。

6、優(yōu)選地，測試導(dǎo)體環(huán)作為測試導(dǎo)體層平行于導(dǎo)體環(huán)的預(yù)定測量平面且其測試導(dǎo)體軌跡平行于導(dǎo)體環(huán)的預(yù)定主電流通路，采取多層薄膜技術(shù)集成于電流傳感器的傳感器電路板上。然而，測試導(dǎo)體環(huán)也可有利地實現(xiàn)為電流傳感器的磁敏傳感元件芯片上的一層或多層平行于預(yù)定主電流通路的導(dǎo)電架。

7、某一優(yōu)選實施例中，測試導(dǎo)體環(huán)配置為一種螺旋形狀，具有多個與電流傳感器所感應(yīng)的母排/導(dǎo)體環(huán)的預(yù)定主電流通路平行的導(dǎo)體軌跡段。測試導(dǎo)體環(huán)也可作為雙螺旋附接到電流傳感器載體電路板的不同層中。

8、有利地，測試電流發(fā)生器是用于生成限定電流脈沖的脈沖發(fā)生器。優(yōu)選地，測試電流發(fā)生器具有至少一個產(chǎn)生脈沖的開關(guān)晶體管、脈沖長度限制器和電流限制器。此外，測試電流發(fā)生器可以具有串聯(lián)電容器作為脈沖長度限制器以及固定電阻器作為電流限制器。

9、特別優(yōu)選地，開關(guān)晶體管由單極晶體管、雙極晶體管、晶閘管或光電開關(guān)元件中至少一種元件形成。有利地，測試電流發(fā)生器包括脈沖發(fā)生器，用于生成方波脈沖、鋸齒波脈沖或正弦脈沖的單脈沖或者其相同或不同脈沖形狀復(fù)現(xiàn)的脈沖序列。額外地，測試電流發(fā)生器也可配置為生成自由定義的脈沖序列，以便進行訓(xùn)練，進而優(yōu)選地使用模式識別算法來進行評估。

10、本發(fā)明裝置涉及基于磁敏效應(yīng)的電流傳感器，優(yōu)選為梯度傳感器，但亦可通用于任意磁傳感器，因為所用磁敏傳感元件的類型對于本發(fā)明的功能而言無關(guān)緊要。這意味著本發(fā)明測試原理可以利用amr傳感器、cmr傳感器、emr傳感器、gmr傳感器、tmr傳感器(統(tǒng)稱為xmr電流傳感器)以及基于霍爾效應(yīng)的傳感器來實現(xiàn)。

11、為了達成上述目的，本發(fā)明還提出一種基于感應(yīng)電流測量的導(dǎo)體環(huán)或母排上磁敏效應(yīng)來檢測電流傳感器錯誤運行的方法，該方法包括以下步驟：

12、a.提供附加的可感應(yīng)測試導(dǎo)體環(huán)，布置于母排或?qū)w環(huán)附近供電流傳感器磁敏感應(yīng)，用于施加調(diào)制測試電流；

13、b.借助電流傳感器檢測第一測量值，以在所感應(yīng)的母排或?qū)w環(huán)的預(yù)定測量區(qū)域內(nèi)進行連續(xù)電流測量與監(jiān)控；

14、c.借助測試電流發(fā)生器生成調(diào)制測試電流；

15、d.將調(diào)制測試電流限時引入測試導(dǎo)體環(huán)；

16、e.通過借助電流傳感器測量電流來檢測第二測量值，同時將測試導(dǎo)體環(huán)中測試電流的磁場與電流傳感器磁敏感應(yīng)的母排或?qū)w環(huán)中的電流相疊加；

17、f.根據(jù)第一測量值和第二測量值，確定并評估差動電流以檢測差動電流與測試電流引入信號波形的偏差。

18、優(yōu)選地，所述方法的測試電流提供為單脈沖。然而，測試電流也可提供為定義的脈沖序列。

19、這里有利的是，測試電流提供為方波脈沖、鋸齒波脈沖或正弦脈沖或者上述相同或不同脈沖復(fù)現(xiàn)的脈沖序列。然而，測試電流也可以生成為自由定義的脈沖序列，必要時進行訓(xùn)練以便使用模式識別算法進行評估。

20、本發(fā)明基本構(gòu)思在于：通過在傳統(tǒng)xmr電流傳感器下額外附接的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作為平面導(dǎo)體環(huán)，由測試電流發(fā)生器暫時施加調(diào)制測試電流，例如單脈沖或定義的脈沖序列，在xmr電流傳感器上疊加定義的限時磁場作為母排主電流通路中待測電流引起磁場的額外偏移，可作磁場調(diào)制進行檢測，其中在有測試電流和無測試電流的情況下從至少兩個相繼記錄的電流測量值中分離出偏移部分，并與測試電流發(fā)生器發(fā)出的測試電流曲線進行比較。

21、本發(fā)明xmr電流傳感器測試方法的應(yīng)用領(lǐng)域不受限制，范圍從車輛驅(qū)動的電子控制器件到飛機、輪船和航空中的電力電子器件，再到監(jiān)控快充器或變頻器。借助上述方法，能夠快速準(zhǔn)確地滿足高級安全要求，從簡單的內(nèi)置自測試(built-in?self-test，bist)到有源器件運行期間復(fù)雜的測試序列，因此可適用于所有應(yīng)用領(lǐng)域來確保功能正常安全(例如sil等級和asil等級、故障安全、個人防護等)。

22、本發(fā)明裝置及基本方法能夠?qū)崿F(xiàn)利用磁感應(yīng)來檢查電流傳感器的無錯運行，而不會影響或篡改待感應(yīng)導(dǎo)體環(huán)中的測量電流，也無需中斷測試即可在早期階段識別磁敏電流傳感器的故障。