一种基于磁场检测的双通道电流传感器结构的制作方法

本实用新型涉及电流传感器技术领域，具体为一种基于磁场检测的双通道电流传感器结构。

背景技术：

霍尔效应定义了霍尔传感器中磁场和感应电压之间的关系：当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁力线的两个方向上产生电势差。霍尔器件通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量各种参数，例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换，可测量压力、质量、液位、流速、流量等。同时霍尔器件输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。

传统的电流检测集成电路核心结构如图1所示，待测电流it如实线箭头所示方向（也可以反向，此时磁力线方向相应反向）通过异形导体10，磁力线方向如虚线箭头所示。异形导体上有u型凹槽，具有增强凹槽区域磁场强度的作用。该异形导体所形成的磁场如图中x与点所示，其中x表示磁力线进入平面，点表示磁力线穿出平面。霍尔器件11位于导体上方，具体位置如图所示。待测电流(it)流经异形导体所产生的磁场被霍尔器件11所感应，从而完成电流检测功能；

通过检测磁场来完成电流检测广泛应用在各种电流传感领域，应用该原理设计的电流传感器芯片具有体积小、易于使用等优势。但很多电流检测应用中，电流检测通道较多，从而产生在单颗芯片中进一步提高电流传感器检测通道数目的需求。而另一方面，由于每个通道的电流均会产生相应的磁场，如果单颗电流传感器集成一条以上的检测通道，则会发生不同通道之间的磁场干扰，从而降低检测精度，导致电流检测的失败。

技术实现要素：

为了解决现有相邻通道的磁场产生干扰，检测精度低的问题，本实用新型提供了一种基于磁场检测的双通道电流传感器结构，其能够有效地抑制相邻通道的磁干扰，提高检测精度。

其技术方案是这样的：一种基于磁场检测的双通道电流传感器结构，其包括带u形凹槽的导体，其特征在于，所述导体包括两个且对称布置，一个所述导体内侧的u形凹槽开口内垂直映射到上层位置处设置有一个第一内侧霍尔器件、外侧垂直映射到上层位置处设置有第一外侧霍尔器件，另一个所述导体内侧的u形凹槽开口内垂直映射到上层位置处设置有一个第二内侧霍尔器件、外侧垂直映射到上层位置处设置有第二外侧霍尔器件，所述第一内侧霍尔器件到所述第二内侧霍尔器件、第二外侧霍尔器件的直线距离相等，所述第二内侧霍尔器件到所述第一内侧霍尔器件、第一外侧霍尔器件的直线距离相等。

其进一步特征在于，所述导体对称结构，所述第一内侧霍尔器件、第二内侧霍尔器件位于所述导体的u形凹槽重心处且处于所述导体自身的对称线上；

所述第一外侧霍尔器件和/或所述第二外侧霍尔器件包括以所述导体自身的对称线对称布置的两个；

u形凹槽外侧的所述导体处为圆弧面；

所述导体为包括u形部和两侧对称布置的左右对称任意多边形的异形导体。

所述两个异形导体可以呈现轴对称放置，也可以呈现中心对称放置。

采用本实用新型的结构后，两个导体上的电流分别产生磁场，通过霍尔器件检测到磁场强度计算，增强待测磁场信号，提高了信噪比，有效的消除了两个导体产生的磁场干扰，提高了检测精度。

附图说明

图1为现有技术原理图；

图2为实施例一中一个导体通过电流后产生的磁场分布图；

图3为实施例一中另一个导体通过电流后产生的磁场分布图；

图4为实施例二中导体与霍尔器件结构示意图；

图5为实施例三导体与霍尔器件结构示意图；

图6为实施例四中导体与霍尔器件结构示意图。

具体实施方式

实施例一：见图2，图3所示，一种基于磁场检测的双通道电流传感器结构，其包括两个对称布置的导体20和24，导体20和24自身为对称结构，一个导体20内侧的u形凹槽开口内垂直映射到上层位置处设置有一个第一内侧霍尔器件21、外侧垂直映射到上层位置处设置有两个第一外侧霍尔器件22和23,第一外侧霍尔器件22和23以导体20自身对称线对称布置，另一个导体24内侧的u形凹槽开口内垂直映射到上层位置处设置有一个第二内侧霍尔器件25、外侧垂直映射到上层位置处设置有两个第二外侧霍尔器件26和27，第一内侧霍尔器件21到两个第二外侧霍尔器件26和27的直线距离相等，第二内侧霍尔器件25到两个第一外侧霍尔器件22和23的直线距离相等，两个导体20和24内分别通过待测电流it，待测电流方向可以是正反任意方向。

由于两个电流it分别流经两个导体20和24所产生的磁场可以互相叠加，这里首先描述电流it流经异形导体20的情况。待测电流it如实线箭头所示方向（也可以反向，此时磁力线方向相应反向）通过导体20，磁力线方向如虚线箭头所示。导体20上有u型凹槽，具有增强凹槽区域磁场强度的作用。该导体20所形成的磁场如图中x与点所示，其中x表示磁力线进入平面，点表示磁力线穿出平面。第一内侧霍尔器件21位于u形凹槽开口内垂直映射到上层位置处，两个第一外侧霍尔器件22和23位于u形凹槽开口外侧垂直映射到上层位置处，具体位置如图所示，第一内侧霍尔器件21磁场强度最大，第一外侧霍尔器件22和23磁场强度比较小，且由待测电流it引起的磁场方向与第一内侧霍尔器件21位置处相反；第一内侧霍尔器件21、第一外侧霍尔器件22和23到第二内侧霍尔器件25的直线距离相等，同时第二内侧霍尔器件25、第二外侧霍尔器件26和27到第一内侧霍尔器件21的直线距离相等。

图2中，待测的有用磁场信号可以看成差模信号，待测电流it导致第一内侧霍尔器件21、第一外侧霍尔器件22和23感应的磁场强度用hta、htb、htc表示。同时在图3中，另一通道电流对霍尔器件第一内侧霍尔器件21、第一外侧霍尔器件22和23的干扰磁场强度相等，因为干扰源在第一内侧霍尔器件21、第一外侧霍尔器件22和23位置处的磁场具有统一方向，所以另一通道电流所产生的感应磁场对第一内侧和外侧霍尔器件的作用可以看成共模信号，另一通道电流导致霍尔器件感应的磁场强度用hna、hnb、hnc表示。

同一通道的三个霍尔器件的总磁场强度（待测电流和干扰磁场）分别使用ha、hb、hc表示，则通过公式计算出待处理的磁场强度y：

y=2*ha-hb-hc

=2*(hta+hna)-(htb+hnb)-(htc+hnc)

=(2*hta-htb-htc)+(2*hna-hnb-hnc)

=yt+yn(yt与yn分别为it、in对霍尔器件的影响)

其中：

yt=2*hta-htb-htc(1)

yn=2*hna-hnb-hnc(2)

由于hna、hnb、hnc近似相等，所以根据公式(2)，yn近似为零。从而有效地消除了另一通道待测电流所产生的感应磁场对于待测电流磁场信号的干扰。

另一方面，根据公式(1)，由于第一外侧霍尔器件22、23所感应的磁场强度htb、htc与第一内侧霍尔器件21所感应的磁场强度hta方向相反，所以yt的绝对值大于hta的绝对值，从而有效增强了待测磁场信号，也就提高了信噪比。

第一内侧霍尔器件21、第二内侧霍尔器件25均应放置在导体的u形凹槽的中心处，并处于导体的自身的对称线上。

见图4所示，导体20、24可以采用图示结构，其感应磁场的形状均近似于圆形；当然也可以采用其他结构，只要产生的磁场满足条件即可。假设每个通道的两个霍尔器件所感应的待测电流感应磁场强度为hta、htb，干扰磁场强度为hna、hnb，则待处理的磁场强度y为：

y=hta-htb+hna-hnb

由于另一通道的干扰磁场强度在霍尔器件位置上方向相同，大小相等。通过以上算法即可以去除另一通道的干扰。

见图6所示，两个异形导体可以是斜向的中心对称放置，此时仍应保证第一内侧霍尔器件21与第二内侧与外侧霍尔器件25、26、27的直线距离分别相等的关系成立。此时上述算法关系依然成立，同样可以去除另一通道的干扰。