CN214427506U - 一种pcb级电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种PCB级电流传感器。包括：磁传感器芯片和PCB板本体，PCB板本体包括依次设置的副边信号层、原边导线层和焊盘层，其中，磁传感器芯片通过针状插脚与副边信号层电连接，并可拆卸地固定在副边信号层上方；原边导线层包括多层电流导线层，不同层电流导线层之间通过针状插脚电连接实现并联。该PCB级电流传感器采用针状插脚来实现磁传感器芯片与副边信号层的电连接，避免了因金属焊点影响磁场的分布，最终影响到电流检测准确率的情况；磁传感器芯片可拆卸的连接在副边信号层的上方，可自由的更换磁传感器芯片的类型，以扩大PCB级电流传感器的适用范围。

Description

一种PCB级电流传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种PCB级电流传感器。

背景技术

电流传感器是在电气绝缘的状态下，利用电流所产生的磁场来检测电流值的一种介于高、低电压之间的界面器件。其主要分为四大类：霍尔(Hall) 电流传感器、各向异性磁阻(AMR)电流传感器、巨磁阻(GMR)电流传感器、隧道结磁(TMR)电流传感器。

现有技术中PCB级电流传感器通常采用SOP封装工艺，例如，现有技术公开的基于PCB级电流传感器，在该方案中，需要将PCB级电流传感器焊接在PCB板本体上。由于在进行电流检测时，焊接的金属焊点会影响磁场分布，进而影响到电流检测的准确性且不易拆卸，另一方面，采用SOP 封装工艺封装的PCB级电流传感器，原边电阻导通内阻较大，导致通入电流是发热量大。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中，进行电流检测时，焊接的金属焊点会影响磁场分布，进而影响到电流检测的准确性且不易拆卸的缺陷，从而提供一种PCB级电流传感器，包括：磁传感器芯片和PCB板本体，所述PCB板本体包括依次设置的副边信号层、原边导线层和焊盘层，其中，

所述磁传感器芯片通过针状插脚与所述副边信号层电连接，并可拆卸地固定在所述副边信号层上方；

所述原边导线层包括多层电流导线层，不同层电流导线层之间通过针状插脚电连接实现并联。

优选地，所述磁传感器芯片通过扣架安装在所述副边信号层上方。

优选地，所述副边信号层包括顶层和接地层，所述磁传感器芯片安装在所述顶层上，其中，所述顶层和所述接地层之间设置有半固化片。

优选地，所述副边信号层与所述原边导线层之间以及所述原边导线层与所述焊盘层之间均设置有半固化片。

优选地，所述多层电流导线层之间设置有半固化片或者内芯板。

优选地，所述顶层、所述接地层、所述电流导线层和所述焊盘层的厚度范围均为2～3盎司。

优选地，所述电流导线层为3层，所述顶层、所述接地层、三层所述电流导线层和所述焊盘层的厚度依次为2盎司、2盎司、3盎司、3盎司、2 盎司和2盎司。

优选地，所述顶层、所述接地层、三层所述电流导线层和所述焊盘层各层之间的半固化片的厚度为0.1mm。

优选地，所述磁传感器芯片包括霍尔芯片、各向异性磁阻芯片、巨磁阻芯片、隧道结磁芯片中的一种或多种。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.在本实用新型提供的PCB级电流传感器中，PCB级电流传感器采用 PCB板主体的导线作为原边导线层，使得PCB级电流传感器的导通内阻得到大幅降低，避免了通入电流时发热量过大。另外，该PCB级电流传感器采用针状插脚来实现磁传感器芯片与副边信号层的电连接，不同层的电流导线层之间也采用针状插脚来进行电连接，避免了因金属焊点影响磁场的分布，最终影响到电流检测准确率的情况；并且不同层的电流导线层之间采用针状插脚实现并联，具有阻抗小、抗雷击电流强的特点。同时，磁传感器芯片可拆卸的连接在副边信号层的上方，可自由的更换磁传感器芯片的类型，以扩大PCB级电流传感器的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型PCB级电流传感器的结构示意图；

图2为本实用新型PCB级电流传感器的俯视图；

图3为本实用新型PCB级电流传感器中PCB板的层结构示意图；

图4为本实用新型PCB级电流传感器经实测所得到的相对精度曲线图；

图5为本实用新型PCB级电流传感器的外形尺寸图。

附图标记：

100、PCB级电流传感器；101、PCB板主体；102、磁传感器芯片；1011、顶层；1012、接地层；1013、第一电流层；1014、第二电流层；1015、第三电流层；1016、焊盘层；201、原边电流导线；202、副边信号线。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供了一种PCB级电流传感器100，用于电流检测，如图1和图2所示，包括磁传感器芯片102和PCB板(印刷电路板)本体101，其中PCB板本体101包括依次设置的副边信号层、原边导线层和焊盘层1016。磁传感器芯片102通过针状插脚(未示出)与副边信号层电连接，并且磁传感器芯片102可拆卸地固定在副边信号层上方；原边导线层包括多层电流导线层，不同层的电流导线层之间通过针状插脚(未示出)电连接以实现电流导线层的并联。

在上述实施例中，PCB级电流传感器100采用PCB板主体的导线作为原边导线层，使得PCB级电流传感器100的导通内阻得到大幅降低，避免了通入电流时发热量过大。另外，本实施例提供的PCB级电流传感器100采用针状插脚来实现磁传感器芯片102与副边信号层的电连接，不同层的电流导线层之间也采用针状插脚来进行电连接，避免了因金属焊点影响磁场的分布，最终影响到电流检测准确率的情况；并且不同层的电流导线层之间采用针状插脚实现并联，具有阻抗小、抗雷击电流强的特点。同时，磁传感器芯片102可拆卸的连接在副边信号层的上方，可自由的更换磁传感器芯片102的类型，以扩大PCB级电流传感器的适用范围。

如图1和图2所示，磁传感器芯片102通过扣架(未示出)安装在副边信号层上方。在一些实施例中，磁传感器芯片102还可通过卡扣的方式可拆卸地连接在副边信号层上方。

副边信号层中的副边信号线202用于为磁传感器芯片102供电与输出。如图3所示，副边信号层包括顶层(TOP层)1011和接地层(GND层)1012，磁传感器芯片102可拆卸地安装在顶层1011上，顶层1011和接地层1012 之间、副边信号层与原边导线层之间、原边导线层与焊盘层1016之间以及多层电流导线层之间设有半固化片，其中半固化片起绝缘顶层1011和接地层1012、副边信号层与原边导线层、原边导线层与焊盘层1016以及多层电流导线层之间的作用，其中半固化片的厚度选择0.1mm为优，当半固化片的厚度小于0.1mm时，绝缘效果不佳；当半固化片的厚度大于0.1mm时， PCB板主体的厚度过大。

如图3所示，多层电流导线层之间还设置有内芯板，其内芯板的厚度为0.30mm。在本实施例中，PCB板主体101包括六层，依次为顶层1011、接地层1012、第一电流层1013、第二电流层1014、第三电流层1015以及焊盘层1016(BOT层)，其中副边信号层包括顶层1011和接地层1012，原边导线层包括第一电流层1013、第二电流层1014和第三电流层1015。顶层1011和接地层1012之间、接地层1012和第一电流层1013之间、第二电流层1014和第三电流层1015之间、三电流层1015和焊盘层1016之间设置有半固化片，第一电流层1013和第二电流层1014之间设置有内芯板。

如图2和图3所示，第一电流层1013、第二电流层1014和第三电流层 1015均包括原边电流导线1015，第一电流层1013、第二电流层1014和第三电流层1015中的原边电流导线201流过被检测的原边电流，由于原边电流导线的内阻小，可以降低PCB级电流传感器100的导通内阻，相对于目前同尺寸的PCB级电流传感器，导通内阻可以由1.2毫欧降低到不大于0.4 毫欧。

如图3所示，顶层1011、接地层1012、各电流导线层和焊盘层1016 的厚度范围均为2～3盎司。在本实施例中，顶层1011、接地层1012、第一电流层1013、第二电流层1014、第三电流层1015以及焊盘层1016的厚度依次为2盎司(oz)、2盎司(oz)、3盎司(oz)、3盎司(oz)、2盎司(oz)和2盎司(oz)。在一些实施例中，顶层1011、接地层1012、第一电流层1013、第二电流层1014、第三电流层1015以及焊盘层1016的厚度也可以为3盎司、3盎司、2盎司、2盎司、3盎司和3盎司，本领域技术人员可根据具体情况进行合理的设置，在此不作限制，即PCB板本体 101的层工艺不限于223322(oz),其他的铜厚度工艺同样适用，且PCB板本体101的层数也不限于六层。

在本实施例提供的PCB级电流传感器100中，如图1和图2所示，原边电流I流入PCB板本体101中的原边电流导线201，由于原边电流I流过原边电流导线201时会产生磁场，磁传感器芯片102检测到原边电流所产生的磁场，经过可编程增益放大器(PGA)转换后，磁场转换成电压信号输出，输出的电压信号和对应的被测电流成正比，从而实现原边电流I的检测与模拟信号输出。其中，磁传感器芯片102可以为霍尔芯片、各向异性磁阻芯片、巨磁阻芯片、隧道结磁芯片中的一种或多种，在此不作限制，优选隧道结磁(TMR)芯片。

如图4所示，本实施例提供的PCB级电流传感器100在实际测试中所得到的传感器相对精度曲线图，根据图4中的数据可知，该PCB级电流传感器100具有良好的精度特性。

目前，有些集成原边电流导线的SOP8封装PCB级电流传感器直接采用铜基板工艺制作，通过Hall(霍尔)或者GMR(巨磁阻)等磁敏器件检测流过原边电流导线的电流；也有些不集成原边电流导线的SOP8封装PCB级电流传感器直接采用铜基板工艺制作，通过Hall(霍尔)或者GMR(巨磁阻)磁敏器件检测流过客户端PCB板原边电流导线的电流。

相对于上述的SOP8封装PCB级电流传感器，本实施例提供的PCB级电流传感器效果更加优良。如图5所示，其为本实施例提供的PCB级电流传感器实际制作出来时的尺寸，图中的尺寸单位为毫米，可得知本实施例提供的PCB级电流传感器100具有较小的尺寸，能够兼容SOP8的封装形式；在一些实施例中，PCB级电流传感器100也可以采用LGA(栅格阵列)封装的形式。且该PCB级电流传感器100相对于采用铜基板封装的集成原边电流导线的SOP8PCB级电流传感器，可以使得原边导线层的导通内阻变的更小——采用铜基板封装的集成原边电流导线的SOP8PCB级电流传感器，其内阻一般在1.2毫欧，通入原边电流时发热量大，而本实施例提供的PCB 级电流传感器100的导通内阻则在0.4毫欧内，当通入原边电流时其发热量更小，约为采用铜基板封装的集成原边电流导线的SOP8PCB级电流传感器通入原边电流时发热量的三分之一。

并且，该PCB级电流传感器100相对于采用铜基板封装的不集成原边电流导线的SOP8PCB级电流传感器，不需要考虑PCB板主体101的厚度、原边电流导线相对于磁传感器芯片102的距离等因素，可以实现在使用时，不需要单独对PCB级电流传感器100进行校准增益，使用时更加方便。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种PCB级电流传感器，其特征在于，包括：磁传感器芯片和PCB板本体，所述PCB板本体包括依次设置的副边信号层、原边导线层和焊盘层，其中，

所述磁传感器芯片通过针状插脚与所述副边信号层电连接，并可拆卸地固定在所述副边信号层上方；

所述原边导线层包括多层电流导线层，不同层电流导线层之间通过针状插脚电连接实现并联。

2.根据权利要求1所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述磁传感器芯片通过扣架安装在所述副边信号层上方。

3.根据权利要求1所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述副边信号层包括顶层和接地层，所述磁传感器芯片安装在所述顶层上，其中，所述顶层和所述接地层之间设置有半固化片。

4.根据权利要求3所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述副边信号层与所述原边导线层之间以及所述原边导线层与所述焊盘层之间均设置有半固化片。

5.根据权利要求4所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述多层电流导线层之间设置有半固化片或者内芯板。

6.根据权利要求4所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述顶层、所述接地层、所述电流导线层和所述焊盘层的厚度范围均为2～3盎司。

7.根据权利要求6所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述电流导线层为3层，所述顶层、所述接地层、三层所述电流导线层和所述焊盘层的厚度依次为2盎司、2盎司、3盎司、3盎司、2盎司和2盎司。

8.根据权利要求7所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述顶层、所述接地层、三层所述电流导线层和所述焊盘层各层之间的半固化片的厚度为0.1mm。

9.根据权利要求1-8任一所述的PCB级电流传感器，其特征在于，所述磁传感器芯片包括霍尔芯片、各向异性磁阻芯片、巨磁阻芯片、隧道结磁芯片中的一种或多种。

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