用於殘留電流檢測的傳感器、系統和方法
2023-07-13 10:13:16 2
用於殘留電流檢測的傳感器、系統和方法
【專利摘要】實施例涉及用於殘留電流檢測的傳感器、系統和方法。在實施例中，傳感器包括磁芯和穿過芯的孔的多個導體。磁芯包括在芯本身中的間隙，並且與常規方式對照，磁場傳感器與這一間隙鄰近、但是未在這一間隙內布置以便檢測芯中的淨通量。有利地，可以在其中希望檢測AC或者DC電流的應用中使用實施例。
【專利說明】用於殘留電流檢測的傳感器、系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及傳感器，並且具體地涉及用於檢測殘留電流的傳感器，比如磁場傳感器。
【背景技術】
[0002]除了防止更嚴重的事件(比如觸電死亡、電火災和裝備損壞)之外，殘留電流檢測對於防止浪費電力也頗為重要。常規殘留電流傳感器可以包括在軟磁芯周圍纏繞的線圈，而兩個導體經過芯的孔伸展。如果在導體中的電流之和不等於零，換而言之，如果電流在兩個導體之間未被平衡，則淨磁通量存在於芯中。這可能向接地、另一電路或者某個其它點用信號發送電流洩漏。在芯中的淨通量的瞬態可能導致線圈中的感應電動勢(EMF)，該EMF可以由電路檢測，使得可以切斷功率或者採取其它動作以停止電流流動。
[0003]然而這些常規殘留電流傳感器受一些缺點困擾。首先，它們通常僅針對瞬態或者AC電流工作。因此，它們並不適用於其中也希望檢測DC電流的應用。其次，它們一般需要製造起來昂貴的線圈。另外，如果該線圈飽和，則傳感器可能受有限靈敏度和準確度困擾。這可能在希望檢測的電流經常很小(例如在100A系統中約為0.1A的洩漏)時特別重要。
【發明內容】
[0004]實施例涉及殘留電流感測系統和方法。在一個實施例中，一種殘留電流感測系統包括:包括間隙的磁芯，間隙具有由磁芯的相對邊緣限定的寬度，使得磁芯在中心孔周圍非連續；多個電流導體，設置於中心孔內；傳感器封裝，具有比間隙的寬度更大的第一尺度並且布置於間隙以外並且與間隙鄰近，使得寬度和第一尺度同軸並且傳感器封裝跨間隙延伸；以及至少一個傳感器元件，設置於傳感器封裝中並且被配置用於在電流在多個導體中的至少一個導體中流動時感測在磁芯中感應的磁場。
[0005]在另一實施例中，一種檢測殘留電流的方法包括:提供殘留電流感測系統,殘留電流感測系統包括磁芯和傳感器封裝，磁芯包括在其中的間隙，傳感器封裝與間隙相鄰並且跨間隙布置；並且設置於傳感器封裝中的至少一個傳感器元件感測在布置於磁芯中的至少一個導體中的電流流動在磁芯中感應的電流。
[0006]在一個實施例中，一種殘留電流感測系統包括:磁芯，包括限定間隙的第一部分和第二部分，間隙具有由磁芯的相對邊緣限定的寬度，使得磁芯在中心孔周圍非連續；多個電流導體，設置於中心孔內；傳感器封裝，具有比間隙的寬度更大的第一尺度並且包括布置於間隙以外並且與間隙鄰近的第一部分，使得寬度和第一尺度同軸並且傳感器封裝跨間隙延伸，傳感器封裝還包括至少部分布置於間隙內的第二部分；以及至少一個磁場傳感器元件，設置於傳感器封裝的第二部分中並且被配置用於在電流在多個導體中的至少一個導體中流動時感測在磁芯中感應的磁場。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]可以結合附圖考慮本發明的各種實施例的以下具體描述來更完全理解本發明，在附圖中:
[0008]圖1是根據一個實施例的殘留電流傳感器系統的側視截面圖。
[0009]圖2是根據一個實施例的殘留電流傳感器系統的側視截面圖，該殘留電流傳感器系統具有傳感器封裝和磁芯的備選相對定位。
[0010]圖3A是根據一個實施例的殘留電流傳感器系統的側視截面圖，該殘留電流傳感器系統具有傳感器封裝和磁芯的另一相對定位。
[0011]圖3B是根據一個實施例的包括軟磁層的殘留電流傳感器系統的側視截面圖。
[0012]圖3C是根據一個實施例的殘留電流傳感器系統的側視截面圖，該殘留電流傳感器系統包括套管並且具有傳感器封裝和磁芯的另一相對定位。
[0013]圖3D是根據一個實施例的包括兩段式套管的殘留電流傳感器系統的側視截面圖。
[0014]圖4是根據一個實施例的包括兩段式磁芯的殘留電流傳感器系統的側視截面圖。
[0015]儘管本發明可有各種修改和備選形式，但是已經在附圖中通過示例示出並且將具體描述其細節。然而應當理解，意圖並非使本發明限於描述的具體實施例。恰好相反，意圖在於覆蓋落入如所附權利要求限定的本發明的精神實質和範圍內的所有修改、等效和備選。
【具體實施方式】
[0016]實施例涉及用於檢測殘留電流的傳感器系統和方法。在實施例中，傳感器包括磁芯和穿過芯的孔的多個導體。磁芯包括在芯本身中的間隙，並且與常規方式對照，磁場傳感器與這一間隙鄰近、但是未在這一間隙內布置，以便檢測芯中的淨通量。有利地，可以在其中希望檢測AC或者DC電流的應用中使用實施例。
[0017]參照圖1，描繪殘留電流傳感器系統100。傳感器系統100包括磁芯102和穿過芯102中的中心孔106的多個電流導體104。在實施例中，導體104包括銅，例如在各種實施例中在印刷電路板中或者上的銅接線、穿孔銅片金屬或者銅跡線。導體104有利地關於圖1中的y軸對稱地布置，而具體位置至少部分由芯102的幾何形狀限定。在實施例中，導體104可以例如由印刷電路板或者另一電介質、非傳導材料絕緣，但是在圖1中未描繪絕緣。
[0018]芯102也包括由芯102的相對邊緣限定的間隙108，使得芯102在中心孔106周圍非連續。在一個實施例中，芯102可以包括單段式構造和/或如下材料，比如坡莫合金、高導磁率合金(Mumetal)、鐵素體或者具有低矯頑磁性的另一材料，但是可以在其它實施例中使用其它材料。在以下關於圖4更具體討論的另一實施例中，芯102可以包括夾緊、固定或者另外組合併且在其間限定間隙108的至少兩段，比如兩半。印刷電路板(PCB)IlO或者其它結構與芯102鄰近布置，使得磁場傳感器封裝112可以與芯102鄰近裝配，而具體為在封裝112中或者上的磁場傳感器114與間隙108鄰近或者相鄰布置。在實施例中，傳感器封裝112具有與間隙108的寬度X尺度同軸的尺度，比如圖1中的寬度X尺度，並且封裝112的尺度大於寬度，使得封裝112跨間隙108的整個寬度延伸。封裝112可以如圖1中那樣關於間隙108的中心y軸而處於中心，或者封裝112可以偏離中心(例如見圖2)。然而一般而言，封裝112的包括傳感器114的部分布置於間隙108以外，使得傳感器114也布置於間隙108以外。以下參照圖4更具體討論其中封裝112的其它部分至少部分布置於間隙108中的實施例。
[0019]在實施例中，磁場傳感器114包括霍爾效應傳感器元件或者器件，比如豎直霍爾效應傳感器元件或者器件；磁阻(xMR)元件或者器件，比如AMR、GMR、TMR、CMR或者其它xMR元件或者器件；巨型磁阻抗器件；或者另一適當磁場感測元件或者器件。傳感器元件114的具體取向和配置在這一和其它實施例中可以根據實施的磁場傳感器器件類型變化。例如如圖1中描繪的那樣，磁場傳感器114包括豎直霍爾效應傳感器器件或者xMR傳感器器件。在其它實施例中，傳感器114可以旋轉或者其它位置改變，使得可以使用普通霍爾效應傳感器。如本領域技術人員理解的那樣，這僅為一個示例，並且可以在其它實施例中使用其它傳感器和配置。
[0020]然而一般而言，傳感器114相對於芯102 (尤其間隙108)的位置是重要因素，因為傳感器114用於感測芯102中的通量，該通量的路徑受間隙108影響。雜散通量或者在芯102外並且在間隙108的區域周圍離開或延伸的通量線可以依賴於間隙108的寬度以及間隙108的幾何形狀的其它特性。例如芯102的限定間隙108的相對邊緣在各種實施例中可以平行或者非平行、階梯狀、彎曲或者包括一些其它非平坦表面，並且可以在邊緣或者表面的任何方向上具有這些特性。
[0021]因此，在實施例中，傳感器114與間隙108儘可能接近、但是未在間隙108內定位，比如在一些實施例中d少於約0.5mm，例如在一個實施例中約為0.3mm。在一個實施例中，d可以由在封裝112內的模製化合物116的厚度和/或由封裝112和/或芯102的絕緣層限定。例如在實施例中，芯102可以部分或者完全卷包於絕緣箔中，或者薄片可以插入於芯102與封裝112之間。
[0022]封裝112在實施例中包括表面裝配器件(SMD)並且由引線框118耦合到PCB110，裸片120 (比如半導體裸片)耦合到該引線框。封裝112可以在其它實施例中包括某個其它適當配置，比如無引線封裝，如很薄的四方扁平無引線(VQFN)封裝。磁場傳感器114布置於裸片118上，並且在一個實施例中模製化合物116總體包圍磁場傳感器114。
[0023]在實施例中，芯102包括軟磁材料，比如「軟」鐵或者其它適當材料，並且總體是具有矩形或者圓形截面和/或孔的環形形狀，而封裝112耦合到的芯100的表面的至少一部分是平坦的。在其它實施例中，芯102可以具有某個其它形狀和/或封裝112耦合到的表面僅部分平坦或者某個其它配置，該配置使封裝112能夠與相對於間隙108布置的磁場傳感器114耦合。封裝112 (更一般為PCBllO的組件)可以在實施例中通過粘合、機械結合或者附著或者在實施例中通過某個其它適當材料或者工藝耦合到芯102。
[0024]在圖1中包括示例磁通量線。在存儲傳感器114被布置為與間隙108鄰近並且在間隙108以外(比如在一個實施例中在約為0.3mm的距離)時，傳感器114落入芯102的由間隙108從芯102向外轉移的雜散磁場內。一般而言，d可以隨著w伸縮，例如在實施例中根據w/3〈d〈3*w。如果在芯102與封裝112之間使用絕緣，則距離也可以變化，因為絕緣可以在一些實施例中約為0.2mm到約1.5mm厚。雜散磁場略微更弱,但是卻足以用於雜散電流檢測目的。由於更窄間隙108增加這一雜散場的強度，所以在實施例中，間隙108的寬度在實施例中少於約1_，比如在實施例中約為0.5mm到約0.7mm,或者在一個實施例中約為
0.6mm，但是間隙也可以更寬，比如在實施例中上至約5mm。如在包括用於參考的χ-y坐標方格的圖1中布置的那樣，磁場傳感器114布置於芯102的對稱軸上，使得傳感器114對芯102感應的磁場的水平X分量或者Bx敏感。在實踐中，組裝容差可能使傳感器114脫離對稱軸定位，從而在實施例中，系統100可以包括在裸片120上的多個傳感器114。多個傳感器114可以在坐標方格配置中相互間隔開(例如在一個實施例中約為100 μ m)布置於裸片120上，使得選擇在組裝之後與理想對稱軸位置(例如如圖1中的x=0)最接近的特定傳感器114用於在場中使用。可以例如在製造線末端(end-of-line)測試之後禁用其它傳感器114，在線末端測試中標識最佳定位的傳感器114並且在裸片120上的存儲器中或者例如在PCBllO上的EEPROM器件中存儲該最佳定位的傳感器114。
[0025]將磁場傳感器114定位於間隙108附近、但是在間隙108以外相對於常規的在間隙中的傳感器方式而言提供若干優點。首先，如本領域技術人員理解的那樣，系統100比在間隙中的傳感器系統更易於製造，因為更易於與間隙108鄰近而不是在間隙108內布置傳感器114。這也可以提供成本節省。其次，系統100可以比在間隙中的傳感器系統更靈敏，例如因為可以將間隙108製成為更窄，這增加磁場使得實現檢測更高效殘留電流。此外，在間隙中的傳感器系統需要更寬間隙以便在其內容納傳感器。因此，可以通過如圖1中那樣在間隙以外布置傳感器來實現減少空間或者面積要求。
[0026]可以在實施例中提供附加優點的附加配置也是可能的。除非另有指明，這裡全文將使用相同或者相似標號(例如圖1中的芯102和圖2中的芯202)指代附圖中的相同或者相似特徵或者元件。
[0027]參照圖2，描繪另一傳感器系統200，該傳感器系統包括可以在差分和/或梯度度量感測系統中使用的兩個磁場傳感器元件214a和214b。這裡討論的其它實施例也可以用作被配置用於感測磁場的差值和/或空間梯度的差分和/或梯度度量傳感器和系統。第一傳感器兀件214a與圖1中的傳感器114的傳感器兀件相似布置於芯202的對稱軸上，即如在圖2中描繪的那樣布置於x=0處。第二傳感器元件214b被移位如裸片220將在x方向中的一個或者另一方向(即在圖2中的負X方向)上允許的那樣遠。例如傳感器元件214b可以在一個實施例中布置於x=_2_處，但是這一距離可以在其它實施例中變化。在這樣布置時，傳感器元件214a將感測更強Bx場，而傳感器元件214b將感測更弱Bx場。在實施例中，傳感器兀件214a和214b包括豎直霍爾效應傳感器兀件或者適當布置的一些其它磁場傳感器元件。在其它實施例中，傳感器元件214a和214b可以包括在惠斯通電橋配置中布置的xMR傳感器元件。因此，橋配置可以被布置為使得橋的一個元件定位於X=O處而另一個定位於x=-2_處或者某個其它適當點。
[0028]可以確定傳感器元件214a和214b感測的場的差值，從而系統200包括差分感測系統。差分感測系統的優點可以是提高的準確度，因為可以在組合的差分信號中抵消影響兩個或者所有傳感器元件的公共誤差，例如零點、偏移、幹擾和擾動磁場以及其它誤差。
[0029]取代如圖1中那樣的SMD封裝，封裝212在一個實施例中包括引線218，使得封裝212可以更緊密地膠合、粘合或者另外粘附到芯202。引線218可以被確定尺寸並且配置用於在實施例中充分柔性以便吸收在PCB210與芯202之間的移動，由此保持在封裝212中的模製化合物216包圍的傳感器元件214a和214b布置相對於芯202和間隙208 —致。在其它實施例中，圖1的系統100的SMD封裝配置可以被實施為圖2的系統200的一部分並且反之亦然。這同樣對於關於這裡的任何具體實施例討論的其它元件和特徵成立，這些元件和特徵一般可以如本領域技術人員理解的那樣在其它實施例中被實施。
[0030]系統200也包括導體203的交替配置。與圖1中的導體104的圓形、接線式結構對照，在系統200中，導體204包括沿著X軸伸長的條。導體204也關於y軸鏡像對稱。這一對稱性可以減少或者防止與導體204相對於X軸並且因此相對於間隙208的不準確定位相關的在傳感器元件214a和214b周圍的淨通量分布的誤差。在實施例中，導體204在y方向上堆疊而導體104在X方向上堆疊。在其它實施例中，導體104和/或導體204可以用任何數目的不同方式交織，而導體中的不同導體串聯和/或並聯耦合，或者所有導體204和/或導體104可以相互串聯連接，這可以提供更大靈敏度。同樣如先前提到的那樣，可以在其它實施例中實施一個實施例的元件和特徵，使得例如可以在一個實施例中在系統200中實施導體104並且可以在圖1中實施導體204。
[0031]在其它實施例中，傳感器系統200可以包括多於兩個傳感器兀件214a和214b。例如在一個實施例中，傳感器系統200包括用於二階梯度計的三個傳感器元件，每個傳感器元件對Bx磁場分量(比如如果與圖2的系統200相似地布置)敏感，或者如果以另一方式或者在另一軸上布置則對另一磁場分量敏感。為了討論這一示例，將使用與圖2中的系統200的配置相似、但是包括三個傳感器元件的配置。第一傳感器元件Bxl布置於X=O處，並且其它兩個傳感器元件布置於第一傳感器元件的相對側上，與第一傳感器元件等距地間隔，例如Bx2在x=l_並且Bx3在x=-lmm，但是這些尺度可以變化。然後，傳感器系統可以使用來自所有三個傳感器元件的信號以計算總信號，例如2*Bxl -Bx2 -Bx3。這樣的系統可以在實施例中關於受外部擾動更穩健。
[0032]如先前提到的那樣，例如可以在實施例中使用普通霍爾效應傳感器元件或者霍爾板，而不是豎直霍爾效應或者xMR器件。參照圖3A，在其中傳感器元件314a和314b包括霍爾板的實施例中，傳感器兀件314a和314b對By磁場分量敏感，因此關於y軸對稱地布置。例如傳感器元件314a和314b可以在一個實施例中間隔開約0.8mm,從而傳感器元件314a定位於x=0.4mm處並且傳感器元件314b定位於x=_0.4mm處,這些尺度可以在其它實施例中變化。然而一般而言，傳感器元件314a和314b將間隔開與間隙302的寬度w相同或者更大的距離。
[0033]在操作中，系統300可以確定在兩個傳感器信號之間的差值，例如Byl - By2，其中Byl是來自傳感器元件314a的信號，並且By2是來自傳感器元件314b的信號。在實施例(比如圖3A的其中間隙308的寬度w少於約Imm (比如約為0.5mm到約為0.7mm)的實施例衝，Byl - By2針對約為ImA的殘留電流約為I μ T (微特斯拉)。因此，約為20mA到約為30mA的殘留電流可以在實施例中容易可檢測。
[0034]芯302、導體304、孔306、PCB310、封裝312、模製化合物316、引線318和裸片320
可以與本文中關於其它圖和實施例討論的元件相似。如先前提到的那樣，來自本文中討論和/或描繪的一個實施例的元件可以與來自其它實施例的元件組合使用，即使本文中可能未討論或者描繪具體組合。
[0035]圖3B與圖3A相似，但是在圖3B中，系統300還包括在裸片320的第一表面上提供的軟磁層322，比如軟鐵材料，從而裸片320布置於層322與芯302之間。可以如圖3A中那樣、如描繪的那樣或者在其它實施例中根據某個其它配置來布置傳感器元件314a和314b。在實施例中保持裸片320為薄以最小化在層322與傳感器元件314a和313b之間的距離，比如在實施例中少於約200 μ m，例如在一些實施例中少於約100 μ m，而在一些實施例中少於約50 μ m。另外，層322可以在實施例中比傳感器元件314a和314b的間距更寬，比如甚至比裸片320更寬。這可以減少對關於殘留電流的靈敏度和/或對背景場的穩健性的不利影響，這些背景場可以與裸片320相對於層322的定位容差相關。層322可以幫助從背景磁擾動絕緣傳感器元件314a和314b，並且也使系統300更少受到組裝容差。例如在操作中，在導體304中的電流引起的對傳感器元件314a有影響的磁場相對於在紙面上的取向向下指向，而影響傳感器元件314b的磁場向上指向。假設信號為相反符號，例如在傳感器元件314a和314b包括霍爾板傳感器器件時減去豎直By場提供信號的有效倍增。反言之，夕卜部擾動場可以基本上均勻，並且因此可以具有影響傳感器元件314a和314b的相同符號或者方向，因此相互抵消。
[0036]參照圖3C，在另一實施例中，可以通過在芯302周圍或者包圍芯302提供屏蔽磁套管324來減少外部磁場的影響。在實施例中，套管324包括軟磁材料，例如與芯302的材料相同或者相似的材料。在一個實施例中，套管324包括軟磁鐵，而芯302在實施例中包括更高質量和/或更高性能的材料，比如坡莫合金、高導磁率合金、鐵素體或者具有低矯頑磁性的另一材料或者某個其它適當材料。這些材料也可以在其它實施例中使用，包括用於圖3B中的磁層322。
[0037]如描繪的那樣，套管324部分或者完全包圍芯302和傳感器封裝312。在實施例中，在芯302的外表面與套管324的內表面之間的充分分離必須存在以避免套管324短接或者另外影響芯302中的通量。可以選擇沿著芯302的整個周界的最小分離距離，使得在芯302與套管324之間的等效磁阻大於間隙308的等效磁阻。因此，如果間隙308在一個實施例中約為0.5mm寬並且具有約為1mm2的截面面積，並且如果芯302的周界表面約為300mm2，則在芯302與套管324之間的距離應當在一個實施例中大於約15mm(0.5*10/300)。例如在實施例中，套管324和芯302被分離至少約5mm，例如約為15mm。芯302本身可以在實施例中具有在約為5mm到約15mm的範圍內的進入圖3B的繪圖平面中的截面厚度，而套管324可以在實施例中具有在約為1mm到約為25nm的範圍內的也進入繪圖平面中的截面厚度。套管324包括的材料(比如在一個實施例中為片金屬)可以在實施例中在約為0.5mm到約為1.5mm厚的範圍內。比如用於芯302的這些尺度也可以應用於其它實施例。
[0038]在實施例中，傳感器封裝312布置於芯302的孔306內，即芯302定位於封裝312與套管324之間。儘管製造這樣的配置可能比對於其它實施例更複雜，但是優點可以是芯302可以在封裝312布置於該芯內時保護封裝312。然而封裝312和間隙308的相對位置相似，而傳感器元件314a和314b在間隙308沿著x軸的相對側上在裸片320上相互間隔開。封裝312也通過一個或者多個引線318耦合到PCB310，而PCB310和引線318也布置於芯302的孔306內。PCB310在實施例中與導體304之一鄰近布置或者耦合到導體304之一，這些導體可以與關於其它實施例和附圖討論的導體相同或者相似。在這樣定位時，傳感器元件314a和314b比在其它實施例中從導體304間隔開更遠，這可以關於減少導體布置容差對傳感器元件314a和314b感測的磁場的影響而有利。
[0039]在更多另一實施例中，套管324可以包括比如圖3D中描繪的至少兩個部分324a和324b，並且PCB310可以支持套管324以及芯302和封裝312。PCB310可以包括孔326，封裝312可以比如在將部件焊接到PCB310之前布置於該孔中。因此，PCB310可以與典型配置相反並且倒置布置，使得跡線和其它互連被布置於例如引線318可以如圖3D中描繪的那樣焊接到的下表面上。在這一實施例中，假設利用PCB310裝配配置，傳感器封裝312可以耦合到芯302，或者從芯302分離比如約0.5mm或者更少，比如約0.1mm。套管324包括如圖3D中描繪的兩個部分324a和324b。可以有利的是在PCB310的邊緣布置該兩個部分之一(這裡為部分324b)以沿著至少一側提供連續表面。可以在其它實施例中實施包括關於套管部分324a和324b、PCB310、封裝312和/或芯302的一個或者多個相對位置的其它配置。
[0040]如先前提到的那樣，軟磁芯可以可以在實施例中包括「拆分芯」配置。例如可以夾緊、固定或者另外組合至少兩個芯部分，比如兩半或者尺寸和配置不同或者等同的其它段，這可以幫助保持間隙108的尺度一致。參照圖4的系統400，芯402包括兩個這樣的芯部分402a和402b。芯部分402a和402b尺寸不同，使得芯部分402a具有更大豎直截面尺度以及至少沿著一個表面的更大水平截面尺度。芯部分402a和402b有些交織或者重疊，其中部分402b的外底表面403b與部分402a的上底表面403a的至少部分長度相對。在實施例中，在表面403a與403b之間在y方向上的最小分離和在x方向上的最大長度(如圖4中標識)有利於最小化在部分402a和402b的那些表面403a和403b之間的分離的淨效果。芯部分402a和402b的末端也跨間隙308相互相對或者形成間隙408。可以在其它實施例中使用其它配置，使得部分402a和402b可以倒置或者旋轉或者實施其它形狀和相對布局。例如可以裝配芯部分402a和402b為用於圖3D中的套管部分324a和324b，使得至少一個部分裝配到PCB310的側部或者端部。在實施例中，芯部分402a和402b包括相同材料(t匕如軟磁材料)，但是在其它實施例中可以使用不同材料。
[0041]在實施例中，通過在如圖4中的較大箭頭指示的方向上提供壓力來將芯部分402a和402b保持在一起。例如夾具、耦合封裝或者耦合件和/或彈簧元件可以在實施例中用來將芯部分402a和402b保持於它們的相對位置。例如可以使用包括塑料彈簧部分的塑料耦合件和/或可以實施如下彈簧，該彈簧包括鈹銅(BeCu)、鋼鐵、合金或者橡膠或者某種其它適當材料。一般而言，保持芯部分402a和402b的力應當充分強以便維持間隙408的希望的位置關係和幾何形狀，但是未強到足以影響芯402的軟磁材料的結構完整性或者壓迫封裝 412。
[0042]此外，系統400可以包括傳感器封裝412，該傳感器封裝包括至少部分向間隙408中延伸的鰭413或者其它部分。鰭413在實施例中可以被配置用於限定間隙408的寬度，特別是在比如其中組合兩個芯部分402a和402b以形成單個芯402的系統400的實施例中。可以一體地將鰭413形成為封裝412的一部分，由此也用於維持在間隙408與傳感器元件414a和414b之間的空間關係。
[0043]在實施例中，鰭413可以包括與在封裝412的其它部分中形成的模製化合物416相同的材料。例如典型模製化合物材料可以包括高矽填充物含量，它具有低熱膨脹係數，因此可以有益於在間隙408布置於其中時維持該間隙的一致寬度。可以在其它實施例中使用鰭413的其它模製化合物材料或者配置和組成。例如在另一實施例中，鰭413可以包括:封裝412的分離部分，該分離部分包括不同填充物材料；在封裝412上形成的或者耦合到封裝412的件；或者更一般為輔助將封裝412耦合到芯402的鰭。
[0044]導體404、孔406、引線418和裸片420可以與這裡關於其它附圖和實施例討論的相似元件相似。儘管未描繪為系統400的部分，但是其它實施例可以包括耦合到封裝412的PCB以及其它元件和特徵，包括本文中關於其它附圖和實施例討論的元件和特徵。如先前提到的那樣，來自本文中討論和/或描繪的一個實施例的元件可以與來自其它實施例的元件組合使用，即使本文中可能未討論或者描繪具體組合。
[0045]在實施例中，殘留電流感測系統(比如系統100、系統200、系統300和/或系統400)包括至少一個測試導體，使得可以執行系統自測試。例如並且參照系統400，測試導體可以布置於孔406中，並且傳感器系統400的和/或耦合到傳感器系統400的或者另外設置於傳感器封裝412中的電路裝置可以通過測試導體發送已知的測試電流。在一個實施例中，傳感器系統本身可以發出或者生成測試電流，這可以提高準確度，因為在傳感器元件414a和414b與測試電流之間的距離在它們被限定於相同裸片420上時更小。電路裝置然後可以確定傳感器元件414a和414b是否感測到測試電流並且可以提供對應的輸出信號。例如在圖3C的實施例中，可以在PCB310中或者上形成測試導體。可以按照需要施加測試信號，或者測試信號可以周期性地(比如在一個實施例中每100ms)運行。
[0046]本文中已經描述系統、設備和方法的各種實施例。這些實施例是僅通過示例給出的並且未旨在於限制本發明的範圍。另外應當理解可以用各種方式組合已經描述的實施例的各種特徵以產生許多附加實施例。另外，儘管已經描述各種材料、尺度、形狀、配置和位置等用於與公開的實施例使用，但是可以利用除了公開的材料、尺度、形狀、配置和位置等之外的其它材料、尺度、形狀、配置和位置等而未超出本發明的範圍。
[0047]相關領域普通技術人員將認識本發明可以包括比以上描述的任何單獨實施例中所示更少的特徵。本文中描述的實施例不是為了窮盡呈現其中可以組合本發明的各種特徵的方式。因而，實施例並不是特徵的互斥組合；實際上，如本領域普通技術人員理解的那樣，本發明可以包括從不同單獨實施例選擇的不同單獨特徵的組合。另外，除非另有指明，關於一個實施例描述的元件可以在其它實施例中被實施，即使在這樣的實施例中未描述這些元件時。雖然從屬權利要求可以在權利要求書中是指與一個或者多個其它權利要求的具體組合，但是其它實施例也可以包括獨立權利要求與每個其它獨立權利要求的主題內容的組合或者一個或者多個特徵與其它從屬或者獨立權利要求的組合。除非陳述未旨在於具體組合，本文中提出這樣的組合。另外，也旨在於在任何其它獨立權利要求中包括權利要求的特徵，即使未直接使這一權利要求引用該獨立權利要求。
[0048]限制以上文獻的通過引用的任何結合，使得未結合與本文中的明確公開相對的主題內容。還限制以上文獻的通過引用的任何結合，使得在文獻中包括的權利要求未通過引用而結合於此。進而還限制以上文獻的通過引用的任何結合，使得除非本文中明確的包括，在文獻中提供的任何限定未通過引用而結合於此。
[0049]為了解釋用於本發明的權利要求書，除非在權利要求中記載具體措詞「用於……的裝置」或者「用於……的步驟」，明確地旨在於將未援用35U.S.C.的第112節第六段的規定。
【權利要求】
1.一種殘留電流感測系統，包括: 包括間隙的磁芯，所述間隙具有由所述磁芯的相對邊緣限定的寬度，使得所述磁芯在中心孔周圍非連續； 多個電流導體，設置於所述中心孔內； 傳感器封裝，具有比所述間隙的所述寬度更大的第一尺度，並且布置於所述間隙以外並且與所述間隙鄰近，使得所述寬度和所述第一尺度同軸並且所述傳感器封裝跨所述間隙延伸；以及 至少一個傳感器元件，設置於所述傳感器封裝中並且被配置用於在電流在所述多個導體中的至少一個導體中流動時感測在所述磁芯中感應的磁場。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述中心孔由所述磁芯的第一表面限定，並且其中所述傳感器封裝耦合到所述磁芯的第二表面。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器元件包括在所述傳感器封裝中的半導體裸片上布置的第一傳感器元件和第二傳感器元件，並且其中所述殘留電流傳感器系統包括被配置用於確定在第一傳感器元件信號與第二傳感器元件信號之間的差值的電路裝置。
4.根據權利要求3所述的系統，其中所述第一傳感器元件和所述第二傳感器元件在所述半導體裸片上相互間隔開並且被配置用於用作梯度計以感測磁場的空間梯度。
5.根據權利要求3所述的系統，其中所述第一傳感器元件與所述間隙的中心軸對準，並且所述第二傳感器元件在與所述間隙的所述寬度同軸的方向上與所述間隙間隔開，其中所述間隙的所述中心軸與所述間隙的所述寬度垂直。
6.根據權利要求3所述的系統，其中所述第一傳感器元件和所述第二傳感器元件在與所述間隙的所述寬度同軸的方向上布置於所述間隙的相對側上並且與所述間隙的中心軸等距地間隔，其中所述間隙的所述中心軸與所述間隙的所述寬度垂直。
7.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器元件包括在所述傳感器封裝中的半導體裸片上相互間隔開的多個傳感器元件，並且其中所述殘留電流傳感器系統還包括被配置用於選擇所述多個傳感器元件中的在製造所述傳感器系統之後相對於所述間隙具有最優位置的至少一個傳感器元件以用於在操作中使用、並且存儲與所述多個傳感器元件中的選擇的所述至少一個傳感器元件相關的信息的電路裝置。
8.根據權利要求7所述的系統，其中所述多個傳感器元件中的在製造所述傳感器系統之後相對於所述間隙具有最優位置的所述至少一個傳感器元件包括在所述多個傳感器元件之中的與所述間隙的中心軸最接近定位的傳感器元件，所述間隙的所述中心軸與所述間隙的所述寬度垂直。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器元件包括霍爾效應傳感器元件、豎直霍爾效應傳感器元件、巨型磁阻抗元件或者磁阻傳感器元件中的至少一個。
10.根據權利要求1所述的系統，其中所述傳感器封裝包括表面裝配器件(SMD)封裝。
11.根據權利要求1所述的系統，其中所述傳感器封裝包括與在所述傳感器封裝中的半導體裸片平行布置的軟磁層，並且其中在所述軟磁層與所述磁芯之間的距離大於在所述至少一個傳感器元件與所述磁芯之間的距離。
12.根據權利要求1所述的系統，其中所述磁芯包括第一部分和第二部分，其中所述相對邊緣包括所述第一部分的邊緣和所述第二部分的邊緣。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述傳感器封裝還包括鰭部分，並且其中所述傳感器封裝耦合到所述磁芯，使得所述鰭部分至少部分布置於在所述相對邊緣之間的所述間隙內。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述至少一個傳感器元件包括相互間隔開與所述間隙的寬度的至少一半相等的距離並且被配置用於用作差分或者梯度度量傳感器的第一霍爾傳感器兀件和第二霍爾傳感器兀件。
15.根據權利要求1所述的系統，還包括至少部分包圍所述磁芯和所述傳感器封裝的磁套管部分。
16.根據權利要求15所述的系統，還包括通過至少一個引線耦合到所述傳感器封裝的印刷電路板(PCB)。
17.根據權利要求16所述的系統，其中所述PCB在所述傳感器封裝與所述多個導體之間布置於所述磁芯的所述孔內。
18.根據權利要求1所述的系統，還包括:測試導體，設置於所述中心孔內；以及電路裝置，被配置用於通過向所述測試導體提供已知測試電流並且確定所述至少一個傳感器元件是否感測到所述已知測試電流來促進所述殘留電流感測系統的自測試。
19.根據權利要求18所述的系統，其中所述已知測試電流由設置於所述傳感器封裝中的電路發出。
20.根據權利要求18所述的系統，其中所述電路裝置還被配置用於提供輸出信號，所述輸出信號指示是否感測到所述已知測試電流。
21.一種檢測殘留電流的方法，包括: 提供殘留電流感測系統，所述殘留電流感測系統包括磁芯和傳感器封裝，所述磁芯包括在其中的間隙，所述傳感器封裝與所述間隙相鄰並且跨所述間隙布置；並且 設置於所述傳感器封裝中的至少一個傳感器元件感測在布置於所述磁芯中的至少一個導體中的電流流動在所述磁芯中感應的電流。
22.根據權利要求21所述的方法，其中提供殘留電流感測系統還包括由至少兩段形成所述磁芯，所述間隙被限定於所述至少兩段之間。
23.根據權利要求22所述的方法，其中提供殘留電流感測系統還包括在所述間隙中布置所述傳感器封裝的第一部分，其中所述傳感器封裝的第二部分包括所述至少一個傳感器元件。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述至少一個傳感器元件包括霍爾效應傳感器元件、豎直霍爾效應傳感器元件、巨型磁阻抗元件或者磁阻傳感器元件中的至少一個傳感器元件。
25.根據權利要求21所述的方法，還包括通過向布置於所述磁芯中的測試導體施加已知電流並且確定所述至少一個傳感器元件是否感測到所述已知電流在所述磁芯中感應的磁場來實施自測試。
26.根據權利要求25所述的方法，其中實施自測試還包括提供與所述至少一個傳感器元件是否感測到所述已知電流在所述磁芯中感應的磁場相關的輸出信號。
27.一種殘留電流感測系統，包括:磁芯，包括限定間隙的第一部分和第二部分，所述間隙具有由所述磁芯的相對邊緣限定的寬度，使得所述磁芯在中心孔周圍非連續； 多個電流導體，設置於所述中心孔內；傳感器封裝，具有比所述間隙的所述寬度更大的第一尺度並且包括布置於所述間隙以外並且與所述間隙鄰近的第一部分，使得所述寬度和所述第一尺度同軸並且所述傳感器封裝跨所述間隙延伸，所述傳感器封裝還包括至少部分布置於所述間隙內的第二部分；以及至少一個磁場傳感器元件，設置於所述傳感器封裝的所述第二部分中並且被配置用於在電流在所述多個 導體中的至少一個導體中流動時感測在所述磁芯中感應的磁場。
【文檔編號】G01R19/00GK104049129SQ201410096383
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】U·奧塞勒克納 申請人:英飛凌科技股份有限公司