本发明专利技术公布了一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器,包括Z轴梯度计和引线框初级线圈，所述Z轴梯度计为一种磁电阻Z轴梯度传感器，包括衬底、位于衬底上分开梯度特征间距的两个长条形软磁通量集中器、以及位于所述软磁通量集中器上、下表面上且与长轴中心线等距的磁电阻传感单元串，所述磁电阻传感单元磁场敏感方向垂直于所述长轴中心线且电连接成梯度传感器电桥，所述引线框初级线圈包括位于所述Z轴梯度计上方或下方的长条形电流检测带，所述检测电流方向平行于所述长轴中心线方向，本发明专利技术能够实现5-50A电流测量，并具有低功耗、小尺寸、集成度高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器。
技术介绍
电流传感器是磁性传感器的一个典型的应用，其原理在于将检测电流通过初级线圈，并在其中产生检测磁场，而后通过磁性传感器感应磁场强度，并转变成电压信号输出，从而建立检测电流和输出电压信号之间的关系。而集成电流传感器在于将磁性传感器、初级线圈集成并封装成一个电流传感器芯片，目前有两种典型集成电流传感器，图1为NVE公司AAV003集成电流传感器I，其测量电流可达5A，其磁性传感器2为GMR类型，且形成全桥梯度传感器，其初级线圈3为U形，其中初级线圈3包含的两个直长条31和32，且构成全桥的两组磁电阻传感器单元桥臂22和21分别位于直长条31和32的下方位置；如图2所示，桥臂RO和Rl对应于直长条31，桥臂R3和R4对应于直长条32，直长条31在RO和Rl位置附近产生的磁场为Hxl，直长条32在R3和R4位置附近的磁场为Hx2，且两者具有相反的磁场方向，大小相同；GMR磁电阻传感单元RO，Rl，R3，R4具有相同的X磁场敏感方向，电桥连接结构如图3所示，为一种典型的全桥差分结构，两个输出信号端分别为V+和V-。图4为另一种类型的集成电流传感器，infineon公司TL14970集成电流传感器4，其测量电流在-50A到+50A范围内，包括hall梯度传感器5，条带状初级线圈6，以及陶瓷隔离板7，用于隔离Hall梯度传感器5以及条带状初级线圈6，以及信号输出接口 8，其中条带状初级线圈6和信号输出接口 8 一样都是引线框材料，此外，Hall梯度传感器5直接位于条带状初级线圈6的上方，图5为引线框初级线圈集成电流传感器平面位置结构图，Hall传感器单元RO和Rl分别对称位于初级线圈6的中线9两侧，初级线圈6中的电流在RO位置和Rl位置所产生的Z向磁场分量分别为Hzl和Hz2，其大小相同方向相反，其差分连接结构如图6所示，半桥结构的中间输出信号为Vout。比较两种情况可以看出，相对于U形初级线圈需要两条相反电流的直导线来实现差分磁场，条带状初级线圈具有更大的宽度，而且采用的为引线框材料，因此能够通过更大的电流，因此值得推广。相对于Hall和GMR传感器，TMR传感器具有更高磁场灵敏度更低功耗以及尺寸小等优点，因此采用TMR传感器完全可以制备出具有更高精度的集成电流传感器，另一方面，通过采用引线框直条带状初级线圈，可以实现更高幅度电流的测量，结合两者的优点完全可以实现一款具有高精度以及更大电流范围的新型集成电流传感器。
技术实现思路
因此，本文提出了一种结合高灵敏度、低功耗TMR磁电阻传感器和引线框电流的集成电流传感器，按照以下方式解决:一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器，包括Z轴梯度计和引线框初级线圈，其中所述Z轴梯度计为一种磁电阻Z轴梯度传感器，包含衬底、位于衬底上的分开梯度特征间距为Lg的两个长条形软磁通量集中器Al和B1、以及位于所述软磁通量集中器Al和BI上表面或下表面上且处于与软磁通量集中器长轴中心线等距的Yl和Y2两个侧位置处的磁电阻传感单元串，其中磁电阻传感单元的磁场敏感方向垂直于所述长轴中心线且电连接成梯度传感器电桥，所述引线框初级线圈包括位于所述Z轴梯度计正上方或者正下方的长条形电流检测带，所述两个软磁通量集中器Al和BI对称地位于所述长条形电流检测带平行于所述长轴中心线的带中心线两侧，所述长条形电流检测带的检测电流方向平行于所述长轴中心线方向。优选地，还包括次级线圈，所述次级线圈包括两个串联的具有相反缠绕方向的子线圈，任一所述子线圈均包括两个对称位于所述软磁通量集中器长轴中心线两侧且反馈电流方向相反的两个直导线。优选地，所述子线圈位于所述衬底与所述Z轴梯度计之间，或者位于所述Z轴梯度计的磁电阻传感单元与软磁通量集中器之间。优选地，所述磁电阻传感单元为GMR、TMR或者AMR磁电阻传感单元。优选地，所述梯度传感器电桥为全桥、半桥或者准桥结构。优选地，所述次级线圈中的所述反馈电流在所述磁电阻传感单元串处所产生的反馈磁场方向和所述引线框初级线圈中的所述检测电流在所述磁电阻传感单元串处所产生的检测磁场方向相反。优选地，还包括信号处理电路，所述集成电流传感器包括所述Z轴梯度计和所述引线框初级线圈时，所述Z轴梯度计信号输出端与所述信号处理电路相连，所述信号处理电路根据所述Z轴梯度计测量的检测磁场梯度来确定所述检测电流的值。优选地，还包括信号处理电路，所述集成电流传感器包括所述Z轴梯度计、所述引线框初级线圈和所述次级线圈时，所述信号处理电路为负反馈电路，包括信号放大器、电源控制器和反馈电流采集器，所述Z轴梯度计信号输出端与所述信号放大器相连，在所述引线框初级线圈输入检测电流，所述检测电流在所述Z轴梯度计处产生检测磁场，经信号放大器进行信号放大后，作为反馈信号输入到与所述次级线圈相连的所述电源控制器，所述电源控制器调节所述次级线圈中的所述反馈电流，从而使得磁电阻传感单元处检测磁场和反馈磁场相抵消，所述Z轴梯度计处输出信号为0，所述反馈电流采集器与所述电源控制器相连，根据所述反馈电流的值来确定所述检测电流的值。优选地，所述信号处理电路可以为ASIC芯片。优选地，封装时，所述引线框初级线圈和所述Z轴梯度计封装在一起，或者将所述引线框初级线圈、所述Z轴梯度计和所述次级线圈、所述ASIC芯片封装在一起。优选地，所述集成电流传感器在封装之后，还可以包含软磁屏蔽器，所述软磁屏蔽器位于所述Z轴梯度计上方。优选地，所述检测电流幅值范围在5-50A范围内。优选地，所述软磁通量集中器为选自Co、Fe和Ni中的一种或几种元素组成的软磁I=I O优选地，所述次级线圈材料为Au、Cu、Ag或者Al。【附图说明】图1为U形初级线圈集成电流传感器三维结构图；图2为U形初级线圈集成电流传感器平面结构图；图3为U形初级线圈集成电流传感器磁阻梯度传感器全桥电连接图；图4为引线框初级线圈集成电流传感器三维结构图；图5为引线框初级线圈集成电流传感器平面结构图；图6为引线框初级线圈集成电流传感器磁阻梯度传感器半桥电连接图；图7为Z轴磁电阻梯度传感器结构图；图8为Z分量外磁场测量原理图；图9为Z轴磁电阻梯度计全桥结构电连接图；图10为Z轴梯度计和引线框初级线圈集成电流传感器结构图；图11为Z轴梯度计对引线框初级线圈电流磁场测试原理图；图12为Z轴梯度计和引线框初级线圈以及次级线圈集成电流传感器结构图；图13为Z轴梯度计对引线框初级线圈和次级线圈电流磁场测试原理图；图14为集成电流传感器信号处理图；图15为带ASIC信号处理电路的集成电流传感器；图16为集成电流传感器的封装结构图。相对于Z轴Hall梯度传感器，在先前专利中，已经提出了一种磁电阻Z轴梯度传感器芯片(申请号2014102384186)，如图7所示，包括衬底10、位于衬底之上的两个分开梯度特征间距为Lg的长条形软磁通量集中器Al和BI，所述长条形软磁通量集中器长轴为Y方向，短轴为X方向，所述磁电阻传感单元串分别位于长条形软磁通量集中器Al和BI上表面或者下表面，且距离软磁通量集中器长轴中心线11具有相同距离的Yl，Y2两个位置处，其中对Z轴外磁场分量测量原理如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用Z轴磁电阻梯度计和引线框电流的集成电流传感器,其特征在于，包括Z轴梯度计和引线框初级线圈，其中,所述Z轴梯度计为一种磁电阻Z轴梯度传感器，包含衬底、位于衬底上的分开梯度特征间距为Lg的两个长条形软磁通量集中器A1和B1、以及位于所述软磁通量集中器上表面或下表面上且处于与软磁通量集中器长轴中心线等距的两个侧位置处的磁电阻传感单元串，其中磁电阻传感单元的磁场敏感方向垂直于所述软磁通量集中器长轴中心线且电连接成梯度传感器电桥，所述引线框初级线圈包括位于所述Z轴梯度计正上方或者正下方的长条形电流检测带，所述两个软磁通量集中器A1和B1对称地位于所述长条形电流检测带平行于所述软磁通量集中器长轴中心线的带中心线两侧，所述长条形电流检测带的检测电流方向平行于所述软磁通量集中器长轴中心线方向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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