CN106353556B - 电流传感器及电流感应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流传感器及电流感应方法。其中该电流传感器，用于感应一对导体中携带的电流，并且包括：第一绕组、第二绕组和第三绕组；该第二绕组，位于该对导体中的第一导体和第二导体之间，其中，第二导体携带的电流与该第一导体携带的电流大小相等且方向相反；该第一绕组，位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧；该第三绕组，位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧。其中，该第一绕组和该第三绕组在第一绕线方向上绕线，该第一绕线方向相反于该第二绕组的第二绕线方向。以上的电流传感器及电流感应方法，可以抵消均匀磁场或者线性梯度磁场的影响。

Description

电流传感器及电流感应方法
技术领域
本发明一般涉及感应一个或多个平面导体中携带的电流，例如涉及一种电流传感器及电流感应方法。
背景技术
WPTS(Wireless Power Transfer Systems，无线电力传输***)作为一种方便的无需电缆或连接器的电力传送方式，越来越普遍。WPTS当前在产业中的发展可以分为两个主要的类别：MI(Magnetic Induction，磁感应)***和MR(Magnetic Resonance，磁谐振)***。该两类***均包括：发射单元，有时称为PTU(Power Transmitting Unit，电力发射单元)，和接收单元，有时称为PRU(Power Receiving Unit，电力接收单元)。一般地，PTU用来无线地对其他设备或应用中的移动设备进行充电，诸如智能手机、便携式音乐播放器、平板电脑和笔记本电脑。移动设备可以包括：PRU。
感应式WPTS一般通过使用频率变化来操作在分配的大约一百至几百KHz(千赫兹)的频率范围内，其中该频率变化作为电力潮流(power flow)控制机制。MI WPTS操作在短距离上(一般大致限制为电力发射线圈的直径)。在MI WPTS中，磁场自电力发射线圈呈指数式衰减，并且没有来自线圈的辐射。
谐振WPTS一般通过使用已调谐好的接收天线网和输入电压调节来操作在单个谐振频率，从而调节输出电力。在一般应用中，MR WPTS操作在6.78MHz(兆赫兹)的频率处。由于使用已调谐好的接收天线，所以可感知的电力转移可以出现在大于电力发射线圈直径的距离范围内。
伴随WPTS引入商业产品中，形成了使用MR/MI***的各种不同的电力传输方式。一些工业协会正致力于发展国际标准，用于基于无线电力传输的消费产品，该些工业协会例如为WPC(Wireless Power Consortium，无线充电联盟)和AFA(AirFuel Alliance)。这些标准例如可包括：经由设备的接收线圈和电力整流电路来在PRU处产生的整流电流量、电压量和/或功率量的规范。一些标准也对无线接收器处的整流电流的均匀性设置约束(constraint)或者对无线电力发射器发射的电力的均匀性设置约束。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电流传感器及电流感应方法，可以抵消均匀磁场或者线性梯度磁场的影响。
本发明提供了一种电流传感器，用于感应一对导体中携带的电流，该电流传感器包括：第一绕组、第二绕组和第三绕组；
该第二绕组，位于该对导体中的第一导体和第二导体之间，其中，该第二导体携带的电流与该第一导体携带的电流大小相等且方向相反；
该第一绕组，位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧；
该第三绕组，位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧。
其中，该第一绕组和该第三绕组在第一绕线方向上绕线，该第一绕线方向相反于该第二绕组的第二绕线方向。
其中，该对导体、该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组均为平面的。
其中，该对导体形成于印刷电路板或者集成电路上。
其中，该第二绕组的面积等于该第一绕组的面积与该第三绕组的面积之和。
其中，进一步包括：无线电力发射线圈，连接至该对导体。
其中，进一步包括：电流感应电路，至少连接至该第一绕组。
其中，该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组形成单个的连续的导电路径。
其中，进一步包括：至少一个额外的第一绕组、至少一个额外的第二绕组和至少一个额外的第三绕组；
其中，该至少一个额外的第二绕组位于该第一导体和该第二导体之间；
该至少一个额外的第一绕组位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧；
该至少一个额外的第三绕组位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧。
其中，该第一绕组和该至少一个额外的第一绕组形成多个第一绕组，该第二绕组和该至少一个额外的第二绕组形成多个第二绕组，以及该第三绕组和该至少一个额外的第三绕组形成多个第三绕组，并且该多个第一绕组、该多个第二绕组和该多个第三绕组形成单个的连续的导电路径。
其中，该单个的连续的导电路径的第一部分形成于第一平面上，且该单个的连续的导电路径的第二部分形成于第二平面上。
其中，该对导体形成于第三平面上。
其中，该多个第一绕组、该多个第二绕组和该多个第三绕组由印刷电路板或集成电路上的两个导电平面形成。
本发明提供了一种电流感应方法，用于感应流过一对导体的电流，该方法包括：
磁感应第一绕组中的第一电流；
磁感应第二绕组中的第二电流；以及
磁感应第三绕组中的第三电流；
其中，该第二绕组，位于该对导体中的第一导体和第二导体之间，该第一绕组位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧，该第三绕组位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧；
其中，该第二导体携带的电流与该第一导体携带的电流大小相等且方向相反。
其中，进一步包括：将该第一电流、该第二电流和该第三电流相加以得到信号电流，该信号电流与流进该对导体的电流成比例。
其中，该第二绕组的面积等于该第一绕组的面积加上该第三绕组的面积。
其中，该对导体、该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组均为平面的。
其中，进一步包括：
使用第一导电平面来传送该电流通过该对导体；以及
使用至少一个额外的导电平面来传送感应的电流通过该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组。
其中，进一步包括：使用该电流来驱动无线电力发射线圈。
其中，进一步包括：根据自该第一电流、该第二电流和该第三电流之和确定的值，调整该电流的幅度。
本发明提供了一种电流传感器，包括：
第一平面绕组，具有第一面积且形成于导体的第一侧；
第二平面绕组，具有等于该第一面积的第二面积且形成于该导体的第二侧；以及
导电通孔，将该第一平面绕组的第一部分连接至该第一平面绕组的第二部分，其中该第一部分位于第一导电平面，该第二部分位于第二导体平面。
其中，该第一平面绕组的第一绕线方向相反于该第二平面绕组的第二绕线方向。
其中，该导***于印刷电路板或者集成电路的第三平面上。
其中，该第一平面绕组和该第二平面绕组形成单个的连续的导电路径。
本发明实施例的有益效果是：
以上的电流传感器，将第二绕组设置在一对导体之间，第一绕组和第三绕组分别设置在该对两导体的两侧，从而使得该电流传感器可以抵消均匀磁场或者线性梯度磁场的影响。
附图说明
在附图中，各图中相同的标记表示相同或相似的元件。出于简化目的，在附图中并没有标记出每个元件。关于附图所做的方向参考仅是说明目的，不意味着限制描述的装置的方向和配置。附图并不必然地按比例绘制，而是将重点放在说明其中描述的技术和设备的各个方面。
图1描绘了根据一些实施例的无线电力发射器中的一些元件；
图2示意了根据一些实施例的平面双线圈电流传感器；
图3描绘了根据一些实施例的多平面(multi-level)多线圈电流传感器；
图4描绘了根据一些实施例的多平面多线圈电流传感器；
图5描绘了根据一些实施例的多平面多线圈电流传感器，用于一对携带电流的导体；
图6示意了根据一些实施例的一对携带电流的导体附近的磁场；
图7示意了根据一些实施例的均匀磁场的抵消(cancellation)，该均匀磁场用于多线圈电流传感器；以及
图8示意了根据一些实施例的线性梯度磁场的抵消，该线性梯度磁场用于多线圈电流传感器。
具体实施方式
在本申请说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”、“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包括(含)但不限定于”。另外，“耦接”一词在此为包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接至该第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
本发明涉及通过使用平面感应线圈来感应一个或多个平面导体携带的初级电流。平面感应线圈(也称为“传感器”)可以包括：多个绕组，分布在一个或多个平面导体附近，并且用于响应穿过传感器的大致均匀的或者具有大致线性梯度的时变磁场而产生可忽略的电流。平面导体可以是集成电路的一部分或者是PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)上的导电线路(trace)，该平面导体用于携带时变电流并且在其附近产生时变磁场。在一些实现中，平面导体可以携带交流电(AC)至用于无线电力传输的发射线圈。传感器的绕组可以装配得靠近该一个或多个平面导体并且用于感应该一个或多个平面导体产生的时变磁场。绕组可以产生与流进一个或多个平面导体的初级电流成比例的次级电流。
一些电路应用对传送至电路中元件或者电路中元件发射的的电力量和/或电力的均匀性(uniformity)要求严格的约束。例如，可以对无线发射器发射的电力或信号电力量和/或均匀性设置约束。对于无线电力传送，已建立的标准(诸如AF(AirFuel)共振标准)可能在无线电力发射器发射的总电力和/或电力的均匀性方面施加限制。例如，可以将发射的电力的均匀性限制为均方根幅度变化(amplitude variation)，且该幅度变化不超过平均输出的±5％。其他应用可以施加不同的约束，该不同的约束涉及电路内流动的电力。例如，在一些情形中，出于加热或者电路损害考量，对电力或电流施加限制。
发明人意识到并且理解，一些电路可能需要自稳定(active stabilization)来控制传送至电路元件的电力量或者电路元件发射的电力量，这些电路诸如为无线电力传输电路或者其他的平面组合电路(planar fabricated circuit)。例如并参考图1，无线电力发射器100中的无线电力发射线圈130发射的电力可能需要自稳定。发明人也意识到并且理解，电流驱动器的驱动幅度和流入负载的实际电流量之间可能为非线性关系，其中该电流驱动器用于向电路元件(如电力发射线圈130)供应电流。相应地，发明人意识到并且理解，在负载的位置处或者附近，有助于感应传送入负载的电流量或电力量，例如，在一个或多个用于传送电流至负载的导体处。
在一些情形中，导体携带的电流量可能太大而不能通过电阻型传感器来感应。在一些实现中，传统的电流感应器对于特定应用，可能会表现出太多的电力损失、太大的体积和/或太复杂。尽管一些电流传感器具有高度的准确性，但是这些电流传感器可能需要先进的微制造技术来实现，并且对于某些应用，这些电流传感器具有过度的成本。
因此，发明人构思出了一种低成本的、平面的、电流感应线圈，该电流感应线圈可装配至一个或多个导体附近，并且用于感应流入该一个或多个导体的时变电流。该电流感应线圈可以用于产生能从背景时变磁场中忽略的电流，该背景时变磁场在空间中大致均匀分布或者具有大致的线性梯度(linear gradient)。当初级时变电流流过一个或多个导体时，在该一个或多个导体的附近产生时变磁场。因此，该时变磁场可以在电流感应线圈中感应出次级电流，其中，该次级电流与流入该一个或多个导体中的初级电流量成比例。接着，可以处理(如整流)该次级电流，并将处理后的次级电流反馈至驱动器，该驱动器用于提供流入该一个或多个导体的该初级电流。
再次参考图1，描绘了无线电力发射器100的一个示例。无线电力发射器100可以是薄轮廓(low-profile)电子设备，可以放置在任何方便的位置(如笔记体电脑上、平板电脑上、工作台平面上、床头柜上，交通工具中等)，并且无线地发射电力至无线接收设备，其中该无线接收设备放置得靠近(如在大约50mm的范围内)该无线电力发射器100。根据一些实施例，无线电力接收设备可以提供反馈信号给该无线电力发射器100，以供该无线电力发射器100识别接收设备处是否需要更多或更少的电力。
根据一些实施例，无线电力发射器100可以包括：电路板105。其中，该电路板105可以包括：该无线电力发射器100的一个或多个电子元件，诸如至少一个电力转换器120、处理器140(或者其他控制电路)以及发射线圈130。电力转换器120可以转换来自电力源的电力以产生振荡电流，该振荡电流应用至发射线圈130。在一些实施例中，电力源可以为外部电力源，如传统的住宅或商业AC(交流)电线源，诸如但不限制为60Hz、100～127V AC。电线电力源的其他示例包括：60Hz、220～240V AC，50Hz、100～127V AC以及50Hz、220～240V AC。在一些实现中，电力源可以是来自交通工具(如汽车、铁路或飞机的电子***电源)的DC(Direct Current，直流)电力源。电力转换器120可以通过电力插座110和/或延长线接收电力，例如，该延长线***传统的住宅或商业AC电源插座或者交通工具的DC电源插座。在一些实现中，无线电力发射器可以包括：电池(未示出)，该电池可以连接至电力转换器和/或处理器140以不间断地提供电力。在一些实施例中，电力转换器120可以包括：开关式电力电源和滤波电路，用于将来自电力源的电力转换为应用至发射线圈130的振荡电流。该振荡电流可以振荡于遵循无线电力传输标准的固定频率处，或者在遵循其他无线电力传输标准的频率范围内变化。例如，振荡电流可以在大约6.78MHz的频率处振荡，但是在一些情形中可以使用其他的频率。在一些实施例中，电力转换器120可以包括：反相器和一个或多个阻抗匹配网络，以有利于电力转换器120和电力发射线圈130之间的电力传输。
发射线圈130可以包括：导电线圈，具有中央开口区域135。该电力发射线圈130可以具有任何合适的形状，例如正方形、长方形、多边形、圆形、椭圆形，等等。该电力发射线圈130可以包括：一个或多个导电绕组(winding)，并且该电力发射线圈130可以通过两个导体125连接至电力转换器120。该绕组可以图案化为一个或多个导电电流环。例如，绕组可以由PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)中的一个或多个导电(如铜)平面(conductivelevel)形成。对于微尺度的无线电力应用，绕组(例如用于信号传送)可以由集成电路的一个或多个金属化平面(metallization level)形成。振荡电流(应用至无线电力发射器100的发射线圈130)在该发射线圈130附近产生振荡磁场，该振荡磁场贯穿无线电力发射器100的附件且于设计的充电区域(未示出)中具有最大值，其中，该充电区域一般位于发射线圈130的开口区域135的上方或靠近该开口区域135。
根据一些实施例，无线电力发射器100可以包括：用于MR无线电力传输的电力转换器120和电力发射线圈130。在一些实施例中，无线电力发射器100可以包括：用于MI无线电力传输的电力转换器120和电力发射线圈130。
根据一些实施例，无线电力发射器100可以进一步包括：能够通信的处理器140和信号收发器150。例如，该处理器140可以包括：微控制器、微处理器、DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、模拟电路、逻辑电路或者他们的组合。处理器140可以同至少一个存储设备145通信，该存储设备145存储了可由处理器140执行的机器可读指令，从而使得无线电力发射器100适用于执行电力传送相关的操作。其中，存储设备145可以包括：RAM(Random-Access Memory，随机访问存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、闪存、缓存或者其他任何合适的存储器。处理器140可以与电力转换器120通信。例如，处理器140可以通过一个或多个电连接件来连接至该电力转换器120，其中电力和数据可以通过该一个或多个电连接件来传输。处理器140通过协调电力转换器120和收发器150的操作、发送数据至电力转换器120和收发器150，以及处理来自电力转换器120和收发器150的数据，从而管理无线电力发射器100的控制。
在一些实施例中，收发器150可以包括：RF(radio-frequency，射频)发射器，用于发射数据信号至外部设备或者从外部设备接收数据信号，其中，该外部设备例如为由无线电力发射器对其充电或对其供能的设备。例如，收发器150可以用于Wi-Fi或蓝牙通信，但是收发器150不仅限制于这些通信协议。在一些实现中，收发器150可以用于有线通信，例如通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)。在一些实现中，收发器150可以包括：独立的发射和接收芯片或电路。在一些实施例中，收发器150可以与无线电力传输使用相同的磁耦合链路来发送数据至无线电力接收设备，以及接收来自无线电力接收设备的数据。这些的通信过程包括但不限制于：带内通信、负载调制、或者反向散射调制(backscattermodulation)。通过与被充电设备进行通信，可以接收来自该被充电的设备的反馈信号并且无线电力发射器使用该反馈信号来调整发射线圈130发射的电力量。
根据一些实施例，在一个或多个连接至负载的导体125的上方，有助于感应流入发射线圈130(或者其他实施例中的其他负载)的电流量。图2绘示了电流感应线圈200(也称为“电流传感器”或者“传感器”)的一个实施例，可以用于感应流过导体125的电流。在一些情形中(例如，当用于感应传送至电力发射线圈的电流时)，该电流感应线圈的尺寸可以小于10X10毫米。在一些实现中，传感器的尺寸可以小至10X10微米(例如，当用于感应流过集成电路中的导体的电流时)。
在一些实现中，电流感应线圈200可以包括：位于导体125第一侧的第一绕组220以及位于导体125第二侧的第二绕组230。对于图2描绘的实施例，第一绕组220、导体125和第二绕组230可以是共平面的并且由PCB上的相同导电平面或者集成电路中的相同金属化平面形成。第一绕组220可以具有第一头部212和第二头部214，其中可以自该第一头部212和第二头部214侦测到(如使用跨阻放大器)第一电流。第二绕组230具有第一头部216和第二头部218，其中，可以自该第一头部216和第二头部218侦测到第二电流。在一些实施例中，第一电流和第二电流可以相加以产生次级电流。
在一些实现中，第一绕组220的面积和形状可以与第二绕组230的面积和形状大致相同。绕组可以具有任何合适的形状而不一定是矩形。第一绕组220和第二绕组230距离导体125的距离可以大致相同，但是不需要彼此直接相对设置。例如，一个绕组可以位于另一绕组的上游，但是优选的是两个绕组极为靠近。
当在操作中时，流过导体125的时变电流在导体的两侧分别产生时变磁场B1和B2。在图中描绘了时变磁场自导体呈放射状地衰减。该磁场也存在绕组外部，但是没有绘示以简化示图。在线圈所在平面中，磁场可以在±y方向上衰减，并且沿x方向大致均匀。导体125两侧的磁场幅度大致相等。由于穿过第一绕组220和第二绕组230的时变磁场的变化，所以该时变磁场将在第一绕组220中感应出第一电流以及在第二绕组230中感应出第二电流，其中该第一电流可以在第一头部212和第二头部214处侦测到，该第二电流可以在第一头部216和第二头部218处侦测到。
根据一些实施例，差分侦测可以用来处理该两个绕组的电流，但是在其他实施例中可以使用其他处理技术。例如，第一绕组220的第一头部212可以应用至差分放大器的第一信号输入端，并且第二绕组230的第一头部216可以应用至差分放大器的第二信号输入端。第一和第二绕组的第二头部均接地。在此方式中，由于电流在该两个绕组中以相反方向流动，因此通过差分放大器可以有效地将第一绕组220中产生的第一电流和第二绕组230中产生的第二电流相加。进一步地，通过差分放大器可以消除针对两个绕组的共同噪声。由于第一绕组220和第二绕组230的面积可以大致相等，因此以相同的方向穿过该两个绕组的时变均匀磁场将在每个绕组中产生共同的电流信号，其中通过差分放大器可以有效地消除该共同的电流信号。如果电流感应线圈200占据小的面积(如1cm2或更小)，那么该电流感应线圈200可以拒绝掉大多数的背景磁场，其中该背景磁场在感应线圈的区域范围内大致均匀，但是在更大的区域范围内非均匀。
图3描绘了电流感应线圈300的替代实施例。在本实施例中，第一绕组320和第二绕组330可以由单个导电路径形成而不是两个独立的导电路径。通过使用PCB或集成电路中的两个以上的导电平面来形成该单个导电路径。例如，导电路径的第一部分可以从第一头部312开始，穿过导体125并继续至导电通孔(conductive via)328。在导电通孔328处，导电路径可以垂直地进行至第二平面，完成第一绕组320，穿过导体125并继续至第二头部314。导体125可以在第三平面被图案化，其中该第三平面可以位于用于形成电流传感器的该第一平面和第二平面的上方、之间(如图示)或者下方。
根据一些实施例，电流感应线圈300中的第一绕组320和第二绕组330的面积和形状以及相距导体125的距离可以大致相同。由于绕组方向被倒转，因此均匀的时变磁场在电流感应线圈300中产生可忽略的次级电流，其中该均匀的时变磁场产生穿过该两个绕组的大致相等的通量。但是，流过导体125的时变电流产生的磁场将在每个绕组中感应出电流；该每个绕组中感应出的电流被相加以提供次级电流信号；该次级电流信号可以在绕组的头部312和314处侦测到。
尽管图2和图3描绘了感应单个导体125上的电流的实施例，但是如果携带相同电流的第二导***于导体125附近，那么可能危害(compromised)传感器的准确性。例如再次参考图1，导体125可以彼此隔开并且携带大致相同的至/来自功率发射线圈130的电流量。根据一些实施例，图4描绘了电流感应线圈400用于感应以相反方向流过一对导体125的电流。
用于一对导体的电流传感器可以包括：位于第一导体第一侧上的第一绕组420，位于该两个导体之间的第二绕组430以及位于第二导体相异于(opposite)第二绕组430的一侧上的第三绕组440。在一些实施例中，第一绕组420、第二绕组430和第三绕组430可以由独立的绕组形成，如图2所示，从而使得这些绕组和导体125可以从单个平面被图案化。在其他一些实施例中，这些绕组可以形成为连接的绕组，如图4所示。根据一些实施例，第二绕组430的面积与第一和第三绕组420和440的面积之和大致相等。根据一些实施例，该些绕组可以具有任何合适的形状并且放置得使这些绕组在每个导体125的任一侧拦截大致相等的磁通量。
在一些实现中，第一绕组420、第二绕组430和第三绕组440可以形成为单个的连续的导电路径。例如，电流传感器的第一头部412可以从第一导电平面被图案化。该导电路径自头部412延伸，穿过该对导体125，并且延伸至导电通孔328，以大致形成每个绕组的一半。在导电通孔328处，导电路径可以垂直地继续进行至第二平面；于第二平面，导电路径穿过该两个导体125并且延伸至第二头部414，从而形成完整的绕组。该对导体125可以从单个平面被图案化，该单个平面可以位于用于形成电流线圈400的导电平面的上方，之间或者下方。
当操作时，流过该对导体125的电流将产生时变磁场，如图所示。通过时变磁场B1、B2和B3来配置(交替反转)绕组，使得第一绕组420产生的第一电流加上第二绕组430产生的第二电流，再加上第三绕组440产生的第三电流。
根据一些实施例，可以使用电流感应电路460来侦测到由第一、第二和第三电流之和产生的全部次级电流，其中该电流感应电路460可以包括：跨阻放大器和整流器，用于产生与感应的电流量成比例的输出电压。在一些实施例中，数字化该产生的电压，如使用ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)。在一些情形中，电流感应电路460的输出可以反馈至用于电力发射线圈130的电力转换器120和/或驱动电路，以及该输出可用来调整传送至电力发射线圈130的电力量或电流量。在此种方式中，可以稳定电力线圈130发射的电力量。
尽管图3和图4描绘了具有单个导电通孔328的线圈，但是在一些实施例中可以使用额外的导电通孔。例如，可以在第二绕组330或第三绕组440中使第二导电通孔，从而使得线圈头部312、314或412、414可以位于相同的平面上。
根据一些实施例，图5描绘了多绕组的电流感应线圈500。该电流传感器可以用于感应流入一对导体125的电流并且提供更强的次级电流。多个绕组的传感器可以包括：多个第一绕组520，多个第二绕组530和多个第三绕组540。第一绕组520位于第一导体的第一侧，第二绕组530位于两个导体125之间，以及第三绕组540位于第二导体的相异于第二绕组530的一侧。***的绕组的方向与第二绕组530的方向相反。根据一些实现，第一绕组520的总面积加上第三绕组540的总面积大致等于第二绕组530的总面积。绕组可以被塑形并且位于使得在每个导体125的任一侧大致拦截相同通量的位置。相比单个绕组，使用多个绕组来增加电流传感器的次级电流量。
在一些实施例中，如图5所示，可以由单个连续的导电路径来形成多个绕组的电流感应线圈500。部分的导电路径可以形成在第一平面上，以及部分的导电路径可以形成在第二平面上，但是在一些实现中可以使用额外的平面。例如，导电路径的第一部分(图示中的黑色线指示)可以形成在第一导电平面上(如PCB的第一铜平面或者集成电路的第一金属化平面)。导电路径的第二部分550(图中浅色线指示)可以形成在第二导电平面上。导电通孔328可以连接第一导电平面和第二导电平面之间的导电路径。该对导体125可以运行在用于形成导电路径的第一部分和第二部分的平面之间、上方或下方。
布置图4和图5所示的传感器以使得每个绕组中产生的电流相加以在传感器头部412，414或者512，514产生次级电流，其中因为时变磁场B1、B2和B3而在每个绕组中产生电流，而时变磁场B1、B2和B3的产生则是因为电流流入导体125。电流感应电路460可以连接至上述头部以侦测电流信号。
图6图形化地描绘了如何由时变磁场产生信号，其中通过将电流流入一对导体125来产生该时变磁场。图6中的图形表示磁场分布(magnetic field profile)610的即时快照，其中通过将电流I1，I2流入一对导体来产生该磁场分布610。对于描绘的实施例，|I2|＝|I1|。磁场为z定向的并且具有表示为y函数的幅度依赖(amplitude dependence)。在该即时快照中，磁场的幅度在两个导体125的左方和右方为正，在两个导体125之间为负。例如，第一阴影区域620对应穿过电流传感器中的第一绕组420的磁通量。第二阴影区域630对应穿过第二绕组430的磁通量，以及第三阴影区域640对应穿过第三绕组440的磁通量。由于第二绕组430与第一绕组420和第三绕组440的方向相反，因此从穿过第一和第三绕组的正磁通量中减去穿过第二绕组的负磁通量，从而电流感应线圈400可以将该三个磁通量和导致的感应电流有效地相加。
图7图形化地示意了图4和图5的电流传感器如何本质上排斥均匀磁场。当均匀的时变磁场(如由导体125的位置处的电力发射线圈130产生)以相同方向流过每个绕组时，因为第二绕组与第一和第三绕组的方向相反并且第一和第三绕组的面积之和大致等于第二绕组的面积，所以将在传感器中产生可忽略的总的次级电流。可从图7中所见，穿过第一和第三绕组的总通量(阴影区域720和740所指示)可以大致等于穿过第二绕组的通量(阴影区域730所指示)。因为第二绕组430相反于第一和第三绕组，所以从穿过第一和第三绕组的通量中减去穿过第二绕组的通量。如此，通过电流感应线圈400的净通量大致为0并且该均匀磁场产生可忽略的次级电流。
需要注意的是，如果磁场仅在沿y方向的幅度中均匀，那么可以抵消“均匀”磁场。磁场的幅度可以具有沿x方向的任意分布并且仍然被图4和图5所示的电流感应线圈排斥。
图8的图形示意了幅度上具有线性梯度的磁场如何也产生可忽略的电流，该可忽略的电流通过图4和图5的电流传感器，其中第一绕组的面积和第三绕组的面积之和大致等于第二绕组的面积。从阴影区域820，830和840可以理解穿过电流感应线圈的净通量为0，其中阴影区域820，830和840分别表示穿过第一、第二和第三绕组的磁通量。即使磁场的幅度可以呈现沿x方向的任意分布，但是对于沿y方向的线性梯度，可以忽略净通量和线圈中感应的次级电流。
此中描述的设备和技术的各个方面可单独地使用，在组合中使用，或在前文描述的实施例中没有具体讨论的多中布置中使用，因此该各个方面在其应用上不限于在前文描述中阐述或者在附图中图示的部件细节和布置。在一个实施例中描述的方面与其他实施例中所描述的方面可以采用任何方式来组合。
权利要求书中修饰权利要求的例如“第一”、“第二”、“第三”等的序数词的使用并非单独地意味着任何优先权、优先级或者一个元件的顺序早于另一个元件，或执行方法的动作的时间顺序。而是，除非特别阐明，否则此类序数词仅用作区分具有某一名称的一个权利要求元件与具有相同名称的另一元件(但没有使用序数词)的标签。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种电流传感器，用于感应一对导体中携带的电流，其特征在于，该电流传感器包括：第一绕组、第二绕组和第三绕组；
该第二绕组，位于该对导体中的第一导体和第二导体之间，其中，该第二导体携带的电流与该第一导体携带的电流大小相等且方向相反；
该第一绕组，位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧；以及
该第三绕组，位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧；
其中，该第二绕组的面积等于该第一绕组的面积与该第三绕组的面积之和。
2.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，该第一绕组和该第三绕组在第一绕线方向上绕线，该第一绕线方向相反于该第二绕组的第二绕线方向。
3.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，该对导体、该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组均为平面的。
4.如权利要求3所述的电流传感器，其特征在于，该对导体形成于印刷电路板或者集成电路上。
5.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，进一步包括：无线电力发射线圈，连接至该对导体。
6.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，进一步包括：电流感应电路，至少连接至该第一绕组。
7.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组形成单个的连续的导电路径。
8.如权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，进一步包括：至少一个额外的第一绕组、至少一个额外的第二绕组和至少一个额外的第三绕组；
其中，该至少一个额外的第二绕组位于该第一导体和该第二导体之间；
该至少一个额外的第一绕组位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧；
该至少一个额外的第三绕组位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧。
9.如权利要求8所述的电流传感器，其特征在于，该第一绕组和该至少一个额外的第一绕组形成多个第一绕组，该第二绕组和该至少一个额外的第二绕组形成多个第二绕组，以及该第三绕组和该至少一个额外的第三绕组形成多个第三绕组，并且该多个第一绕组、该多个第二绕组和该多个第三绕组形成单个的连续的导电路径。
10.如权利要求7或9所述的电流传感器，其特征在于，该单个的连续的导电路径的第一部分形成于第一平面上，且该单个的连续的导电路径的第二部分形成于第二平面上。
11.如权利要求10所述的电流传感器，其特征在于，该对导体形成于第三平面上。
12.如权利要求9所述的电流传感器，其特征在于，该多个第一绕组、该多个第二绕组和该多个第三绕组由印刷电路板或集成电路上的两个导电平面形成。
13.一种电流感应方法，用于感应流过一对导体的电流，其特征在于，该方法包括：
磁感应第一绕组中的第一电流；
磁感应第二绕组中的第二电流；以及
磁感应第三绕组中的第三电流；
其中，该第二绕组，位于该对导体中的第一导体和第二导体之间，该第一绕组位于该第一导体的相异于该第二绕组的一侧，该第三绕组位于该第二导体的相异于该第二绕组的一侧；
其中，该第二导体携带的电流与该第一导体携带的电流大小相等且方向相反；
其中，该第二绕组的面积等于该第一绕组的面积加上该第三绕组的面积。
14.如权利要求13所述的电流感应方法，其特征在于，进一步包括：
将该第一电流、该第二电流和该第三电流相加以得到信号电流，该信号电流与流进该对导体的电流成比例。
15.如权利要求13所述的电流感应方法，其特征在于，该对导体、该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组均为平面的。
16.如权利要求13所述的电流感应方法，其特征在于，进一步包括：
使用第一导电平面来传送该电流通过该对导体；以及
使用至少一个额外的导电平面来传送感应的电流通过该第一绕组、该第二绕组和该第三绕组。
17.如权利要求13所述的电流感应方法，其特征在于，进一步包括：使用流过该对导体的电流来驱动无线电力发射线圈。
18.如权利要求13所述的电流感应方法，其特征在于，进一步包括：根据自该第一电流、该第二电流和该第三电流之和确定的值，调整流过该对导体的电流的幅度。
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