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专利名称：用于汽车电器的小电流霍尔传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电流测量技术，特别涉及一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置。
背景技术：
目前有多种技术可以用来测量电流，主要包括基于欧姆定律的分流测量法和以测量被测电流所产生的磁场为基础的霍尔测量法。前一种方法需要接入被测电路，从而导致较高的能量损失，并且对被测电路也会产生影响，因此在汽车中目前比较普遍采用的是通过间接测量电流的副产品-磁场的霍尔电流传感器。霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的，其包括两种类型，即直测式电流传感器和磁平衡式电流传感器。在直测式电流传感器中，铁心将电流产生的磁场聚集感应到的霍尔元件上从而产生一个电压信号输出，该信号经功率放大器放大后被直接输出。磁平衡式电流传感器也称为补偿式传感器，主回路中的被测电流在铁心气隙处产生的磁场被缠绕在铁心上的次级线圈内的电流产生的磁场所补偿，从而使霍尔元件处于检测零磁通的工作状态。随着汽车智能化程度的不断提高，安装在汽车中的传感器数量也在增加。在汽车用电负载中，诸如空调、音响、车窗升降控制器、座椅加热器、风扇马达之类的电器数量众多，因此虽然工作在小电流下，但是总体能耗仍然占了相当大的比重，而且这类用电设备的安装空间比较局促。上面提及的直测式电流传感器和磁平衡式电流传感器都需要利用铁心来聚集磁场。然而，铁心的引入势必会使能耗增加，提高了材料成本，并且也不利于传感器的小型化。因此需要一种能克服上述缺点的用于汽车电器的霍尔电流测量装置。

实用新型内容本实用新型的一个目的是提供一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置，其具有结构紧凑、能耗低的优点。上述目的可以由下述技术方案实现。一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置，包括印刷电路板；在所述印刷电路板第一表面上形成的螺旋形布线；霍尔元件，其设置在所述印刷电路板上与所述螺旋形布线对应的位置；以及放大电路，其设置在所述印刷电路板第二表面上并与所述霍尔元件耦合。优选地，在上述小电流霍尔传感装置中，所述印刷电路板在与螺旋形布线中心对应的区域内开设通孔，所述霍尔元件被设置在所述通孔内。优选地，在上述小电流霍尔传感装置中，所述螺旋形布线由4-8个半径各异的同心圆串联而成。更为优选地，所述螺旋形布线的厚度为0.5毫米-2毫米，宽度为10mil-250mil，所述霍尔元件的磁敏感区域平行于所述同心圆平面并且在水平方向上与所述同心圆的圆心偏离5毫米-10毫米。优选地，在上述小电流霍尔传感装置中，所述霍尔元件为单轴霍尔片。上述目的还可以由下述技术方案实现。一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置，包括固定在一起的第一和第二印刷电路板；在所述第一印刷电路板的表面上形成的螺旋形布线；霍尔元件，其设置在所述第二印刷电路板的表面上与所述螺旋形布线对应的位置；以及放大电路，其设置在所述第二印刷电路板的表面上并与所述霍尔元件耦合。优选地，在上述小电流霍尔传感装置中，所述第一和第二印刷电路板的四周开设有定位孔。按照本实用新型的实施例，通过采用螺旋形布线代替铁心来提高待测电流的磁场强度，减少了材料的耗费。另外，由于无需考虑铁心饱和、涡流损耗和磁滞损耗等诸多问题， 因此在本实用新型的实施例中，可以采用结构简单的磁场检测电路。从结合附图的以下详细说明中，将会使本实用新型的上述和其它目的及优点更加
完全清楚。

图1为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置中的螺旋形布线的示意图。图2为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置中的磁场检测电路的原理图。图3为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置的示意图。图4为按照本实用新型另一个实施例的小电流霍尔传感装置的示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述具体实施方式
来阐述本实用性。但是需要理解的是，这些具体实施方式
仅仅是示例性的，对于本实用新型的精神和保护范围并无限制作用。在本说明书中，“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。另外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元或数值之用。还需要指出的是，为阐述方便，附图中各单元并不一定按照它们实际的比例绘制， 而且附图中各单元的尺寸以及它们之间的比例不构成对本实用新型保护范围的限定。图1为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置中的螺旋形布线的示意图。如图1所示，在印刷电路板100上形成螺旋形布线110。由于汽车电器的工作电流一般在1-30安倍的范围内，因此在本实施例中，将螺旋形布线的厚度设定为0. 5毫米-2毫米，宽度为10mil-250mil。为了进一步提高导通电流的能力，可以在布线110上镀金属锡。螺旋形布线110实际上是由多个半径各异的同心圆串联而成，圆心和最外部同心圆上设置连接焊盘以使被测电流通过布线而产生磁场。值得指出的是，螺旋形布线110也可以采用其它形状，例如包括但不限于方形、三角形等。与长直导线相比，这种螺旋形布线的磁场分布特点是，圈内磁场强度被增强，而圈外磁场强度被大大衰减。发明人经过研究发现，实际上磁场强度最大的位置往往并非在布线的中心(在图1所示的实施例中为同心圆的圆心处)，而是在略微偏离中心或圆心的位置上。在上述设定的布线厚度和宽度范围内，该磁场最强位置大约偏离圆心5-10毫米。因此， 在本实用新型的实施例中，考虑将霍尔元件的磁敏感区域平行于同心圆平面设置并且与圆心有一定的偏离，优选地是在水平方向上偏离5-10毫米。虽然随着同心圆数量的增加，圈内磁场强度也将增大，但是考虑到电流承载能力以及材料成本等因素，在本实施例中将同心圆的数量确定为4-8个。如图1所示，可选地，可以在印刷电路板100的四周设置定位孔120，在将该印刷电路板与布置有磁场检测电路的另一块印刷电路板固定在一起时，这有利于使霍尔元件与螺旋形布线110精确地对准。图2为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置中的磁场检测电路的原理图。参见图2，磁场检测电路20包括霍尔元件210、差分放大器220以及电阻器Rl和 R2。考虑到小型化的要求，这里的霍尔元件210可以采用单轴霍尔片，其磁敏感区域如上所述平行于同心圆平面并且与圆心有一定的偏离。该霍尔片包括三个引脚，即接地引脚G、恒压输入引脚V+和输出引脚OUT。如图2所示，恒压源Vs与霍尔元件210的恒压输入引脚V+和差分放大器220的参考电压端相连以提供基准电压。差分放大器220的正相输入端接地，反相输入端经电阻器Rl与霍尔元件210的输出引脚相连，可变电阻去R2连接在反相输入端与输出端之间，通过改变电阻器R2的阻值可以调整差分放大器210的放大倍数。图3为按照本实用新型一个实施例的小电流霍尔传感装置的示意图。在本实施例中，小电流霍尔传感装置的各元件被组装在一块印刷电路板上，图3的示意图为沿垂直于印刷电路板表面方向剖取的剖面示意图。参见图3，本实施例的小电流霍尔传感装置30包括印刷电路板310、设置在印刷电路板310上表面的螺旋形布线320、设置在印刷电路板310下表面的霍尔元件330和放大电路(未画出)。螺旋形布线320可采用图1所示的形式，由多个半径各异的同心圆串联而成。另一方面，在印刷电路板310的与螺旋形布线320中心对应的区域开设通孔310a，以使螺旋形布线320的中心区域与霍尔元件330之间不存在遮挡物，从而提高检测的灵敏度。 霍尔元件330例如可以采用单轴霍尔片，如图3所示，其可以设置在通孔310a内以更为靠近螺旋形布线320，并且磁敏感区域如上所述平行于同心圆平面并且与圆心有一定的偏离。[0043]图4为按照本实用新型另一个实施例的小电流霍尔传感装置的示意图。在本实施例中，小电流霍尔传感装置的各元件被组装在两块印刷电路板上，图4的示意图为沿垂直于印刷电路板表面方向剖取的剖面示意图。参见图4，本实施例的小电流霍尔传感装置40包括印刷电路板410a和410b、设置在印刷电路板410a表面上的螺旋形布线420、设置在印刷电路板410b表面上的霍尔元件 430和放大电路(未画出)。螺旋形布线420也如图1所示，由多个半径各异的同心圆串联而成。按照下列方式将印刷电路板410a和410b固定在一起印刷电路板410a形成螺旋形布线的表面与印刷电路板410b设置霍尔元件430的表面互相面对。霍尔元件430同样可采用单轴霍尔片，其磁敏感区域如上所述平行于同心圆平面并且与圆心有一定的偏离。为了使霍尔元件430的磁敏感区域对准到所希望的位置，在印刷电路板410a和410b的四周开设有多个定位孔440，从而在将印刷电路板410a和410b固定在一起时起参考对准的作用。由于可以在不背离本实用新型基本特征的精神下，以各种形式实施本实用新型， 因此本实施方式是说明性的而不是限制性的，由于本实用新型的范围由所附权利要求定义，而不是由说明书定义，因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化，或这种权利要求边界和界限的等同物因而被权利要求包涵。
权利要求1.一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置，其特征在于，包括 印刷电路板；在所述印刷电路板第一表面上形成的螺旋形布线；霍尔元件，其设置在所述印刷电路板上与所述螺旋形布线对应的位置；以及放大电路，其设置在所述印刷电路板第二表面上并与所述霍尔元件耦合。
2.如权利要求1所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述印刷电路板在与螺旋形布线中心对应的区域内开设通孔，所述霍尔元件被设置在所述通孔内。
3.如权利要求1所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述螺旋形布线由4-8个半径各异的同心圆串联而成。
4.如权利要求3所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述螺旋形布线的厚度为0.5毫米-2毫米，宽度为10mil-250mil，所述霍尔元件的磁敏感区域平行于所述同心圆平面并且在水平方向上与所述同心圆的圆心偏离5毫米-10毫米。
5.如权利要求1所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述霍尔元件为单轴霍尔片。
6.一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置，其特征在于，包括 固定在一起的第一和第二印刷电路板；在所述第一印刷电路板的表面上形成的螺旋形布线；霍尔元件，其设置在所述第二印刷电路板的表面上与所述螺旋形布线对应的位置；以及放大电路，其设置在所述第二印刷电路板的表面上并与所述霍尔元件耦合。
7.如权利要求6所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述第一和第二印刷电路板的四周开设有定位孔。
8.如权利要求6所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述螺旋形布线由4-8个半径各异的同心圆串联而成。
9.如权利要求8所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述螺旋形布线的厚度为0.5毫米-2毫米，宽度为10mil-250mil，所述霍尔元件的磁敏感区域平行于所述同心圆平面并且在水平方向上与所述同心圆的圆心偏离5毫米-10毫米。
10.如权利要求6所述的小电流霍尔传感装置，其中，所述霍尔元件为单轴霍尔片。
专利摘要本实用新型涉及电流测量技术，特别涉及一种用于汽车电器的小电流霍尔传感装置。按照本实用新型的用于汽车电器的小电流霍尔传感装置包括印刷电路板；在所述印刷电路板第一表面上形成的螺旋形布线；霍尔元件，其设置在所述印刷电路板上与所述螺旋形布线对应的位置；以及放大电路，其设置在所述印刷电路板第二表面上并与所述霍尔元件耦合。按照本实用新型实施例的小电流霍尔传感装置通过采用螺旋形布线代替铁心来提高待测电流的磁场强度，减少了材料的耗费。另外，由于无需考虑铁心饱和、涡流损耗和磁滞损耗等诸多问题，因此在本实用新型的实施例中，可以采用结构简单的磁场检测电路。
文档编号G01R33/07GK202305633SQ201120371049
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者张崇生, 杨凯, 邓恒, 郝飞 申请人:上海汽车集团股份有限公司