CN218068046U - 无磁芯闭环电流检测封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构。所述无磁芯闭环电流检测封装结构，包括：原边框架、载板、反馈线圈以及检测芯片，用于动态检测所述原边框架中的电流；主霍尔传感器，所述主霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构内侧，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场；副霍尔传感器，所述副霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构外侧，与所述主霍尔传感器水平方向一定距离处，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场并消除误差。本实用新型所要解决的技术问题是如何缩小电流检测模块的体积和提高霍尔传感器的稳定性和抗外磁干扰能力，提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构。

Description

无磁芯闭环电流检测封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种无磁芯闭环电流检测封装结构。

背景技术

现有技术中，闭环电量检测器通常包括原边电路、聚磁环(磁芯)、霍尔传感器、反馈线圈、放大器等组成；采用的闭环电流检测模块具有体积大，稳定性差，抗外磁干扰能力弱等缺点。如何缩小霍尔传感器的体积，提高霍尔传感器的稳定性同时降低成本，成为了电流检测领域亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何缩小电流检测模块的体积和提高霍尔传感器的稳定性和抗外磁干扰能力，提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构。

本实用新型提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构，包括：原边框架，所述原边框架包括一U型结构，电流经过所述原边框架产生磁场；载板，设置在所述原边框架表面，用于隔离原边框架和反馈线圈；反馈线圈，所述反馈线圈为无磁芯线圈，设置在所述载板上方，用于产生与所述原边框架相反的磁场；检测芯片，所述检测芯片设置在所述原边框架与反馈线圈之间，通过调控所述反馈线圈的电流产生平衡原边框架的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架中的电流；主霍尔传感器，所述主霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构内侧，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场；副霍尔传感器，所述副霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构外侧，与所述主霍尔传感器水平方向一定距离处，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场并消除误差。

可选的，所述主霍尔传感器和副霍尔传感器均采用包括锑化姻霍尔传感器、砷化镓霍尔传感器其中的一种。

可选的，所述主霍尔传感器设置在反馈线圈中心的位置处；所述副霍尔传感器设置在反馈线圈覆盖的位置处。

可选的，所述主霍尔传感器设置在反馈线圈中心的位置处；所述副霍尔传感器设置在反馈线圈外侧距离反馈线圈中心一定位置处。

可选的，所述主霍尔传感器和副霍尔传感器设置并固定在所述载板的上方或下方。

可选的，所述主霍尔传感器中心到原边框架U型结构内边缘距离为0-1mm；所述副霍尔传感器中心到原边框架U型结构外边缘距离为0-0.5mm。

可选的，所述主、副霍尔传感器与检测芯片的电路连接关系包括：主霍尔传感器与副霍尔传感器分别包括两输入端和两输出端；主霍尔传感器与副霍尔传感器两输入端并联接检测芯片；主霍尔传感器与副霍尔传感器两输出端串联接检测芯片。

可选的，所述无磁芯闭环电流检测模块结构还包括副边框架，所述副边框架与所述检测芯片、反馈线圈电连接，所述副边框架设置在所述载板下方。

本实用新型通过提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构，缩小了电流检测模块的体积，提高了霍尔传感器的检测精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型具体实施方式的技术方案，下面将对实用新型具体实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些具体实施方式，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为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构的剖面示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的部分电路示意图；

图4为本实用新型霍尔传感器位置示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的无磁芯闭环电流检测封装结构做详细说明。

本实用新型所要解决的技术问题是如何缩小电流检测模块的体积和提高霍尔传感器的检测精度和可靠性，提供一种无磁芯闭环电流检测封装结构。

图1为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构示意图。

其中，虚线部分为反馈线圈104位置处，为了清楚的显示所述无磁芯闭环电流检测封装结构，将所述反馈线圈104做透视处理，仅为展示内部结构所需。

参考图1所示的无磁芯闭环电流检测封装结构示意图，所述无磁芯闭环电流检测封装结构，包括：原边框架101，所述原边框架101包括一U型结构102，电流经过所述原边框架101产生磁场；载板103，设置在所述原边框架101表面，用于隔离原边框架101和反馈线圈104；反馈线圈104，所述反馈线圈104为无磁芯线圈，设置在所述载板103上方，用于产生与所述原边框架101相反的磁场；检测芯片(未示出)，所述检测芯片设置在所述原边框架101与反馈线圈104之间，通过调控所述反馈线圈104的电流产生平衡原边框架101的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架101中的电流；主霍尔传感器106，所述主霍尔传感器106设置在所述原边框架101U型结构102内侧，用于动态监测所述原边框架101与反馈线圈104之间的磁场；副霍尔传感器107，所述副霍尔传感器107设置在所述原边框架U型102结构外侧，与所述主霍尔传感器106水平方向一定距离处，用于动态监测所述原边框架101与反馈线圈104之间的磁场并消除误差。

所述无磁芯闭环电流检测模块结构还包括副边框架108，所述副边框架108与所述检测芯片、反馈线圈104电连接，所述副边框架108设置在所述载板103下方。进一步，所述载板103上方还包括线圈定位结构(未示出)，用于固定反馈线圈104。

图2为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构的剖面示意图。为了进一步说明所述无磁芯闭环电流检测封装结构，请参阅图2所示。

在本实施例中，所述主霍尔传感器106设置在反馈线圈104中心的位置处；所述副霍尔传感器107设置在反馈线圈104覆盖的位置处。虚线OO’所示位置为反馈线圈104的中轴线，即所述主霍尔传感器106也设置在虚线OO’上。

进一步，所述主霍尔传感器106的下方包括一垫块109，所述垫块109将主霍尔传感器106的高度抬高，接近所述反馈线圈104的中心，以减小主霍尔传感器106的误差。

为了提高霍尔传感器测量的准确性，应尽量将其放置在电流密度最高磁场最强处。因此，主霍尔传感器106的敏感面应位于反馈线圈104的孔内，即位于反馈线圈104下端面以上；若主霍尔传感器106的敏感面应位于反馈线圈104下端面以下，距离反馈线圈104的下端面也应不超过一个霍尔器件高度值。

在本实用新型的其他实施例中，所述主霍尔传感器设置在反馈线圈中心的位置处；所述副霍尔传感器设置在反馈线圈外侧距离反馈线圈中心一定位置处。

进一步，在本实施例中，所述主霍尔传感器106中心到原边框架U型结构102内边缘距离为0-1mm；所述副霍尔传感器107中心到原边框架U型结构102外边缘距离为0-0.5mm。

在本实施例中，所述载板103的厚度为0.03mm-0.25mm。

在本实施例中，所述主霍尔传感器106和副霍尔传感器107设置并固定在所述载板103的上方；在本实用新型的其他实施例中，所述主霍尔传感器106和副霍尔传感器107也可以设置并固定在所述载板103的下方。

进一步，所述主霍尔传感器106和副霍尔传感器107均采用包括锑化姻霍尔传感器、砷化镓霍尔传感器其中的一种。

图3为本实用新型一实施例提供的部分电路示意图。

为了说明所述主、副霍尔传感器与检测芯片的电路连接关系，请参考图3所示，包括：主霍尔传感器与副霍尔传感器分别包括两输入端和两输出端；主霍尔传感器与副霍尔传感器两输入端并联接检测芯片；主霍尔传感器与副霍尔传感器两输出端串联接检测芯片。在本实施例中，主副霍尔传感器的1、3同端并联接检测芯片处hall_1、hall_3端；主副霍尔传感器的2、4异端串联接检测芯片处hall_1、hall_3端。

其中，R1、R2为差分反馈取样电阻，分别用于粗调和精调；VOUT为检测芯片输出端，VCC为检测芯片供电端，VREF为参考基准端，CND为接地公共端。

在本实施例中，所述检测芯片采用TI公司DRV411、Senko公司SL411等集成电路IC。

图4为本实用新型霍尔传感器位置示意图。

参考图4所示，除上述实施例所述的霍尔传感器位置之外，所述副霍尔传感器还可以设置在反馈线圈底部41、框架外弧旁42、框架外43位置处；所述主霍尔传感器设置在反馈线圈104中心的位置40处。其中，框架外43位置处距离框架外弧8mm-9mm。

副霍尔传感器设置在三种不同位置都具有差分功能。在本实施例中，通过在原边框架额定电流为10A，外部磁场为22.5Gs的条件下进行试验，比较主霍尔传感器设置在40位置处，副霍尔传感器分别设置在反馈线圈底部41、框架外弧旁42、框架外43位置处的输出电压值，并对主霍尔传感器的输出电压值V_主OUT和副霍尔传感器的输出电压值V_副OUT做差，得到的差分电压分别为-13mV，90mV，107mV。

进一步，处于反馈线圈底部41位置处的副霍尔传感器受反馈线圈磁场和框架磁场影响；处于框架外弧旁42位置处的副霍尔传感器受框架外弧边磁场和微小反馈线圈磁场影响；处于框架外43位置处的副霍尔传感器几乎不受反馈线圈和框架磁场影响。

由于主、副霍尔传感器均受到原边框架电流变化带来磁场影响，其中主霍尔传感器位于反馈线圈的中心位置，反馈线圈产生的磁场对主霍尔传感器进行补偿；而副霍尔传感器距离反馈线圈中心较远，受反馈线圈产生的磁场影响可以忽略，因此反馈线圈不能同时对副霍尔传感器进行补偿，故选择副霍尔传感器的设置位置时需要避免反馈线圈磁场影响。此外，还需结合后期封装的工艺难度，进行综合考虑。

图5为本实用新型一实施例提供的无磁芯闭环电流检测封装结构的剖面示意图。

请参考图5所示，在本实施例中，所述无磁芯闭环电流检测封装结构与本实用新型第一实施例的区别在于，所述主霍尔传感器和副霍尔传感器设置并固定在所述载板的下方。所述反馈线圈104直接设置在所述载板103上，无需采用线圈定位结构固定反馈线圈104；所述主霍尔传感器106与副霍尔传感器107设置并固定在所述载板103的下方，分别位于原边框架101与副边框架108的空隙处。

上述技术方案针对闭环电量检测霍尔传感器元件采用差分结构，在无磁芯电量检测结构中具有良好的表现，可以缩小电量检测器体积，简化结构减少发热源，利于更小型芯片级封装集成化，降低成本。

本实用新型还提供一种电流检测方法，采用上述任意一种无磁芯闭环电流检测封装结构，包括：采用无磁芯闭环电流检测封装结构获得主霍尔传感器的输出电压值V_主OUT和副霍尔传感器的输出电压值V_副OUT；计算差分电压，V_差分OUT＝V_主OUT-V_副OUT＝k*(B_主磁-(-B_副磁))，其中，k为霍尔线性系数，B_主磁为主霍尔传感器敏感方向上的磁场强度，B_副磁为副霍尔传感器敏感方向上的磁场强度。

由于主、副霍尔传感器敏感方向上的磁场均由感应原边框架中的电流产生，因此位于原边框架两侧的所述主霍尔传感器与副霍尔传感器的感应磁场方向相反，输出电压相反。

进一步，由于所述主霍尔传感器与副霍尔传感器的感应磁场方向相反，输出电压相反，故：V_差分OUT＝V_主OUT-V_副OUT＝k*(B_主磁-(-B_副磁))＝k*(B_主磁+B_副磁)；式中k表示霍尔感应磁场与输出电压系数，这里称为霍尔线性系数；此处V＝k*B，属于霍尔器件的自身特性。

即因原边电流同时在框架喉部内外边缘处产生相反磁场经过差分后实则相叠加，提高测量稳定性；V_差分OUT＝V_主OUT-V_副OUT＝k*(B_主磁-(-B_副磁))；

如果两霍尔上方均有一个同源杂磁B_杂磁*sinθ，θ表示杂磁方向与霍尔敏感方向夹角，则V_差分OUT＝k*((B_主磁+B_杂磁*sinθ)-(-B_副磁+B_杂磁*sinθ))；

整理变换得出V_差分OUT＝k*(B_主磁+B_副磁)；即B_杂磁*sinθ已经被两霍尔差分去除。

因此，可以通过V_差分OUT＝V_主OUT-V_副OUT对主副霍尔传感器的输出电压值进行差分，V_差分OUT为消除杂磁干扰后的电压值。

上述技术方案针对闭环电量检测霍尔传感器元件采用差分结构，在无磁芯电量检测结构中具有良好的表现，可以缩小电量检测器体积，简化结构减少发热源，利于更小型芯片级封装集成化，降低成本；上述电流检测方法通过采用主霍尔传感器与副霍尔传感器进行差分，抑制电量检测过程中的外磁干扰，提高检测稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，包括：

原边框架，所述原边框架包括一U型结构，电流经过所述原边框架产生磁场；

载板，设置在所述原边框架表面，用于隔离原边框架和反馈线圈；

反馈线圈，所述反馈线圈为无磁芯线圈，设置在所述载板上方，用于产生与所述原边框架相反的磁场；

检测芯片，所述检测芯片设置在所述原边框架与反馈线圈之间，通过调控所述反馈线圈的电流产生平衡原边框架的磁场的感应磁场，动态检测所述原边框架中的电流；

主霍尔传感器，所述主霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构内侧，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场；

副霍尔传感器，所述副霍尔传感器设置在所述原边框架U型结构外侧，与所述主霍尔传感器水平方向一定距离处，用于动态监测所述原边框架与反馈线圈之间的磁场并消除误差。

2.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主霍尔传感器和副霍尔传感器均采用包括锑化姻霍尔传感器、砷化镓霍尔传感器其中的一种。

3.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主霍尔传感器设置在反馈线圈中心的位置处；所述副霍尔传感器设置在反馈线圈覆盖的位置处。

4.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主霍尔传感器设置在反馈线圈中心的位置处；所述副霍尔传感器设置在反馈线圈外侧距离反馈线圈中心一定位置处。

5.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主霍尔传感器和副霍尔传感器设置并固定在所述载板的上方或下方。

6.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主霍尔传感器中心到原边框架U型结构内边缘距离为0-1mm；所述副霍尔传感器中心到原边框架U型结构外边缘距离为0-0.5mm。

7.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述主、副霍尔传感器与检测芯片的电路连接关系包括：

主霍尔传感器与副霍尔传感器分别包括两输入端和两输出端；

主霍尔传感器与副霍尔传感器两输入端并联接检测芯片；

主霍尔传感器与副霍尔传感器两输出端串联接检测芯片。

8.根据权利要求1所述的无磁芯闭环电流检测封装结构，其特征在于，所述无磁芯闭环电流检测模块结构还包括副边框架，所述副边框架与所述检测芯片、反馈线圈电连接，所述副边框架设置在所述载板下方。

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