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Dokumentenidentifikation DE602004005750T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001692527
Titel STROMSENSOR MIT VERRINGERTER EMPFINDLICHKEIT GEGENÜBER MAGNETISCHEN STREUFELDERN
Anmelder ABB Entrelec, Villeurbanne, FR
Erfinder NOEL, Sebastien, F-69230 ST GENIS LAVAL, FR
Vertreter Glawe, Delfs, Moll, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004005750
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 24.11.2004
EP-Aktenzeichen 048055289
WO-Anmeldetag 24.11.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/FR2004/002999
WO-Veröffentlichungsnummer 2005066642
WO-Veröffentlichungsdatum 21.07.2005
EP-Offenlegungsdatum 23.08.2006
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G01R 15/20(2006.01)A, F, I, 20060725, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor zur Messung der Größe des in einem Leiter fließenden Stroms.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Stromsensor vom Typ ohne Magnetkern, mit einem Träger, der um den vom zu messenden Strom durchflossenen Leiter herum positionierbar ist, mehreren magnetfeldempfindlichen Komponenten, die auf dem Träger derart angeordnet sind, dass sie um den Leiter herum verteilt sind, und einer Verarbeitungsschaltung, die ein Ausgangssignal der magnetfeldempfindlichen Komponenten empfängt. Jede magnetfeldempfindliche Komponente weist mindestens einen ersten und einen zweiten Anschluss auf. Die ersten Anschlüsse aller magnetfeldempfindlichen Komponenten sind über jeweilige Summierwiderstände an einen Summierpunkt angeschlossen, der mit einer ersten Eingangsklemme der Verarbeitungsschaltung verbunden ist. Die zweiten Anschlüsse aller magnetfeldempfindlichen Komponenten sind mit einer zweiten Eingangsklemme der Verarbeitungsschaltung verbunden. Die magnetfeldempfindlichen Komponenten können beispielsweise Hall-Effekt-Sonden, Magnetowiderstände oder andere Elemente sein, die ein elektrisches Signal erzeugen können, wenn sie in einem magnetischen Feld angeordnet sind. Sensoren von diesem Typ sind beispielsweise durch die Dokumente EP 1030 183 A1 und US-A-4 625 166 bekannt.

Stromsensoren ohne Magnetkern weisen gegenüber Stromsensoren mit Magnetkern zahlreiche Vorteile auf. So sind die Stromsensoren ohne Magnetkern viel leichter als Stromsensoren mit Magnetkern, insbesondere aufgrund des fehlenden Magnetkerns.

Ferner haben sie, bedingt durch die fehlende Sättigung eines Magnetkerns, ein viel größeres Einsatzgebiet, sowohl was die maximale Frequenz als auch den maximalen Wert der Stromstärke betrifft, die sie messen können. Ferner bieten die Stromsensoren ohne Magnetkern den Vorteil, dass sie sich nicht erhitzen, wodurch sie viel kompakter sein können. Diese Stromsensoren sind außerdem in der Lage, momentane Überströme in dem von dem zu messenden Strom durchflossenen Leiter zerstörungsfrei zu messen. Dies wird durch die Tatsache bedingt, dass die magnetfeldempfindlichen Komponenten in der Lage sind, größere Magnetfelder zu messen, die von dem in dem Leiter fließenden Strom mit hoher Stromstärke erzeugt werden, und dass die elektronische Verarbeitungsschaltung, die am Ausgang der Komponenten angeordnet ist, sättigen kann, ohne dabei zerstört zu werden.

Stromsensoren ohne Magnetkern haben jedoch den Nachteil, dass sie gegenüber magnetischen Streufeldern oder nicht homogenen Magnetfeldern und gegenüber Veränderungen des Magnetfelds empfindlich sind.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist demnach, einen Stromsensor der in der Einleitung definierten Art zu bieten, der gegenüber magnetischen Streufeldern oder nicht homogenen Magnetfeldern und gegenüber Veränderungen des Magnetfelds weniger empfindlich ist.

Zu diesen Zweck betrifft die Erfindung einen Stromsensor zur Messung der Größe eines in einen Leiter fließenden Stroms, mit einem Träger, der um den vom zu messenden Strom durchflossenen Leiter herum positionierbar ist, mehreren magnetfeldempfindlichen Komponenten, die auf dem Träger derart angeordnet sind, dass sie um den Leiter herum verteilt sind, und einer Verarbeitungsschaltung, die ein Ausgangssignal der magnetfeldempfindlichen Komponenten empfängt, wobei jede magnetfeldempfindliche Komponente mindestens einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei die ersten Anschlüsse aller magnetfeldempfindlichen Komponenten über jeweilige Summierwiderstände an einen Summierpunkt angeschlossen sind, der mit einer ersten Eingangsklemme der Verarbeitungsschaltung verbunden ist, und wobei die zweiten Anschlösse aller magnetfeldempfindlichen Komponenten mit einer zweiten Eingangsklemme der Verarbeitungsschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Summierwiderstände an einen ersten Leiter angeschlossen sind, der mit dem Summierpunkt verbunden ist, dass alle zweiten Anschlüsse der magnetfeldempfindlichen Komponenten an einen zweiten Leiter angeschlossen sind, der mit einer zweiten Eingangsklemme der Verarbeitungsschaltung verbunden ist, dass der Träger aus einer gedruckten Schaltung besteht und dass der erste und zweite Leiter von einer ersten bzw. zweiten Leiterbahn der gedruckten Schaltung gebildet werden, die derart zickzackförmig auf der gedruckten Schaltung angeordnet sind, dass sie eine Litze oder ein Geflecht bilden.

Der Stromsensor entsprechend der Erfindung kann außerdem eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

  • – Die gedruckte Schaltung weist zwei bedruckte Flächen auf, und die Leiterbahnen verlaufen auf beiden Flächen der gedruckten Schaltung,
  • – jede erste und zweite Leiterbahn bildet eine geschlossene Schleife um eine Öffnung herum, die in der gedruckten Schaltung für den Durchtritt des von dem zu messenden Strom durchflossenen Leiters vorgesehen ist;
  • – jeder Summierwiderstand weist zwei Anschlüsse auf, die mit dem nächstgelegenen ersten Anschluss der entsprechenden magnetfeldempfindlichen Komponente bzw. mit der nächstgelegenen Stelle der ersten Leiterbahn verbunden sind;
  • – die gedruckte Schaltung trägt auf mindestens einer ihrer beiden Flächen eine Massefläche, welche die Leiterbahnen der gedruckten Schaltung eng umschließt;
  • – die Massefläche bildet eine geschlossene Schleife um die Öffnung herum;
  • – die zweite Leiterbahn ist mit der Massefläche an einem Punkt derselben verbunden, der an die erste Leiterbahn angrenzt, und der Summierpunkt, mit dem die erste Leiterbahn verbunden ist, liegt angrenzend an den Punkt der Massefläche, mit dem die zweite Leiterbahn verbunden ist;
  • – die magnetfeldempfindlichen Komponenten sind Hall-Effekt-Sonden;
  • – jede Hall-Effekt-Sonde weist einen dritten und vierten Anschluss auf, wobei die dritten Anschlüsse aller Hall-Effekt-Sonden mit einer dritten Leiterbahn der gedruckten Schaltung verbunden sind, die an einem Punkt an ein erstes Festpotential angeschlossen ist und die derart zickzackförmig auf der gedruckten Schaltung verläuft, dass sie mit der ersten und zweiten Leiterbahn eine Litze oder ein Geflecht bildet;
  • – die dritte Leiterbahn bildet eine geschlossene Schleife um die Öffnung herum;
  • – der zweite und vierte Anschluss der Hall-Effekt-Sonden sind gemeinsam mit der zweiten Leiterbahn der gedruckten Schaltung verbunden, die ihrerseits an ein zweites Festpotential oder Massepotential angeschlossen sind;
  • – der Punkt mit dem ersten Festpotential, mit dem die dritte Leiterbahn verbunden ist, ist auf der gedruckten Schaltung neben dem Summierpunkt und dem mit der Massefläche verbundenen Punkt angeordnet.

Die vorliegende Erfindung ist besser anhand der nachfolgenden Beschreibung zu verstehen, die sich als nicht beschränkendes Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Ansicht einen Stromsensor entsprechend der Erfindung, der um eine Sammelleiterschiene herum angeordnet ist, die von einem zu messenden Strom durchflossen ist;

2 in einem vereinfachten Schaltbild den Stromsensor der 1;

3 in einer perspektivischen Ansicht einen Teil einer gedruckten Schaltung mit einer zickzackförmig verlaufenden Leiterbahn;

4 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung, weshalb der Stromsensor der Erfindung gegenüber magnetischen Streufeldern weniger empfindlich ist;

5 eine Ansicht der Vorderseite der gedruckten Schaltung eines Stromsensors entsprechend der Erfindung;

6 eine Ansicht der Rückseite der gedruckten Schaltung des Stromsensors;

7 eine Ansicht der Leiterbahnen der Vorderseite und der Rückseite der gedruckten Schaltung der 5 und 6 gleichzeitig, wobei das Substrat der gedruckten Schaltung als transparent und ohne Massefläche angenommen wird;

8 in vergrößertem Maßstab einen Teil der gedruckten Schaltung der 7 in dem Bereich, der mit einer der magnetfeldempfindlichen Komponenten bestückt ist.

Unter Bezugnahme zunächst auf 1 ist ein Stromsensor 1 entsprechend der Erfindung zu sehen mit einem Gehäuse 2 aus einem Isoliermaterial, das die (in der 1 nicht dargestellten) aktiven Elemente und/oder Funktionselemente des Stromsensors enthält.

Das Gehäuse 2 ist parallelepipedförmig, mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen 2a und 2b, allgemein rechteckig oder rechtwinklig mit abgerundeten Ecken. Das Gehäuse 2 weist eine breite mittige Öffnung 3 auf, die es von der Fläche 2a bis zur Fläche 2b durchsetzt und dank deren der Stromsensor 1 um den von einen zu messenden Strom I durchflossenen elektrischen Leiter 4 herum angeordnet werden kann. In 1 ist der Leiter 4 von einer Sammelleiterschiene gebildet, beispielsweise drei Schienen 4a, 4b und 4c. Die Anzahl der Leiterschienen kann natürlich kleiner als drei oder größer als drei sein, solange sie innerhalb der von den Abmessungen der Öffnung 3 des Gehäuses 2 gestatteten Grenzen bleibt. Ferner könnte die Sammelleiterschiene 4 durch ein oder mehrere elektrische(s) Kabel ersetzt werden, durch das bzw. die ein zu messender Strom fließt.

Wie in 1 veranschaulicht, weist das Gehäuse 2 vier Löcher 5 auf, die das Gehäuse 2 von der Fläche 2a bis zur Fläche 2b durchsetzen zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben, welche bekanntermaßen (siehe beispielsweise das Dokument FR-A-2 793 884) die Befestigung des Stromsensors 1 auf einen entsprechenden Träger stehend oder liegend entweder direkt oder indirekt über Montagelemente ermöglichen.

Unter Bezugnahme auf das Schaltbild der 2 lässt sich nun erkennen, dass der Stromsensor 1 mehrere magnetfeldempfindliche Komponenten 6 aufweist, deren Ausgangssignale jeweils über Summierwiderstände 7 an einen Summierpunkt 8 gesendet werden, der seinerseits mit einem ersten Eingang 9a einer Verarbeitungsschaltung 9 elektrisch verbunden ist, deren Ausgang 10 den Ausgang des Stromsensors 1 bilden kann.

Die magnetfeldempfindlichen Komponenten 6 können beispielsweise von Hall-Effekt-Sonden gebildet sein. Die Sonden 6 werden von einem (in 2 nicht dargestellten) Träger getragen, derart, dass sie um den Leiter 4, der von dem zu messenden Strom durchflossen wird, herum verteilt sind.

Der oben genannte Träger besteht aus einer gedruckten Schaltung 11, die in den 5 bis 8 anhand eines konkreten Beispiels dargestellt ist und später im Detail beschrieben wird. Für den Augenblick genügt es die Feststellung, dass die gedruckte Schaltung 11 in ihrer Mitte eine Öffnung 12 aufweist, die in ihrer Form und ihren Abmessungen der Öffnung 3 des Gehäuses 2 entspricht.

In dem Schaltbild der 2 sind der Übersichtlichkeit dieser Figur halber nur vier Sonden 6 dargestellt, aber es versteht sich von selbst, dass sich die Erfindung nicht auf einen Sensor mit vier Sonden 6 oder vier magnetfeldempfindlichen Komponenten beschränkt. Der Sensor 1 könnte beispielsweise vierzehn Hall-Effekt-Sonden umfassen, wie in den 5 bis 7 angegeben, in denen die Sonden zwar nicht dargestellt sind, ihre Positionen in der gedruckten Schaltung 11 jedoch jeweils mit den Bezugszeichen P1 bis P14 angegeben sind.

Wie in 2 veranschaulicht, weist jede Sonde 6 vier Anschlüsse 6a bis 6d auf. Alle Anschlüsse 6a, welche die notwendigen Ausgangssignale der Sonden 6 liefern, sind über die Widerstände 7 an einen ersten Leiter 13 angeschlossen, der seinerseits mit dem oben genannten Summierpunkt 8 verbunden ist. Die beiden Anschlüsse 6b und 6d jeder Sonde 6 sind miteinander sowie mit einem zweiten Leiter 14 verbunden, der allen Sonden 6 gemeinsam ist und der seinerseits vorzugsweise an einem einzigen Punkt mit der Masse 15 verbunden ist, wie mit 16 in 2 angegeben. Die andere Klemme 9b der Verarbeitungsschaltung 9, die von einem Operationsverstärker gebildet sein kann, ist auch mit der Masse 15 verbunden, wie in 2 veranschaulicht. Alle Anschlüsse 6c der Sonden 6 sind schließlich mit einem dritten Leiter 17 verbunden, der seinerseits mit einem Punkt 18 verbunden ist. Der Punkt 18 ist an einem ersten Festpotential von beispielsweise +5 V, während die Masse 15 an einem zweiten Festpotential ist, das als Referenzpotential für die Strommessung dient.

Um den Stromsensor 1 gegenüber magnetischen Streufeldern und Veränderungen des Magnetfelds weniger empfindlich zu machen, sind drei Leiter 13, 14 und 17 miteinander verdrillt oder verflochten, wie nun in Bezug auf die 3 und 5 bis 8 beschrieben wird.

Die gedruckte Schaltung 11 weist ein Substrat 19 (3, 7 und 8) auf, das von einem plättchen- oder blattförmigen Material aus einem isolierenden Kunststoff gebildet ist, der gegebenenfalls durch Fasern, beispielsweise Glasfasern, verstärkt ist. Auf beiden Seiten des Substrats 19 sind mit Hilfe der bekannten Photoätztechniken Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer, gebildet.

Jeder der drei oben genannten Leiter 13, 14 und 17 besteht insbesondere aus einer Leiterbahn, die in den 7 und 8 mit denselben Bezugszeichen 13, 14 und 17 bezeichnet ist und zickzackförmig verläuft, wie in 3 im Hinblick auf die Leiterbahn 13 veranschaulicht. In 3, die in vergrößertem Maßstab einen kleinen Teil der gedruckten Schaltung 11 darstellt, ist der Übersichtlichkeit der Zeichnung halber nur die Leiterbahn 13 dargestellt. Laut Darstellung besteht die Bahn 13 in den Bereichen der gedruckten Schaltung 11, die sich zwischen den Steckplätzen der Hall-Effekt-Sonden 6 befinden, aus einer Folge von Leitersegmenten, die abwechselnd mit 13a und 13b bezeichnet sind. Die Segmente 13a, beispielsweise die ungeradzahligen Segmente, befinden sich an der Vorderseite 11a der gedruckten Schaltung 11 (3 und 5), während sich die geradzahligen Segmente 13b an der Rückseite 11b der gedruckten Schaltung 11 (3 und 6) befinden. Die Segmente 13a sind mit den Segmenten 13b über Leiterdurchführungen 21 in Reihe verbunden.

Auf ähnliche Weise sind die Leiterbahnen 14 und 17 gebildet von Segmenten 14a und 17a, die sich auf der Vorderseite 11a der gedruckten Schaltung 11 (5) befinden, und von Segmenten 14b und 17b, die sich auf der Rückseite 11b der gedruckten Schaltung 11 (6) befinden und die mit den Segmenten 14a bzw. 17a über Leiterdurchführungen ähnlich wie die Leiterdurchführungen 21 in Reihe verbunden sind, wie in 8 zu sehen ist.

Vorzugsweise ist jedes Segment 14a der Leiterbahn 14, die mit der Masse 15 verbunden ist, zwischen einem Segment 13a der Leiterbahn 13 und einen Segment 17a der Leiterbahn 17 angeordnet, wie in den 5 und 8 deutlich zu sehen ist. Ebenso ist jedes Segment 14b der Leiterbahn 14 zwischen einem Segment 13b der Leiterbahn 13 und einem Segment 17b der Leiterbahn 17 angeordnet, wie in den 6 und 8 zu sehen ist.

In 7 sind die Segmente 13a, 14a und 17a der Leiterbahnen 13, 14 und 17 mit fetten schwarzen Linien dargestellt, während die Segmente 13b, 14b und 17b der Leiterbahnen 13, 14 und 17 mit grauen Linien dargestellt sind, als ob sie durch das Substrat 19 der gedruckten Schaltung 11 durchscheinend zu sehen wären.

Auf diese Weise ergibt sich bei den drei Leiterbahnen 13, 14 und 17 eine verdrillte Struktur, die den Stromsensor 1 weniger empfindlich, wenn nicht sogar unempfindlich gegenüber den Veränderungen des magnetischen Streufelds macht. Der zickzackförmige Verlauf der verdrillten Leiterbahnen lässt sich wie in 4 im Hinblick auf die Leiterbahnen 13 und 14 veranschaulicht gestalten (eine ähnliche Gestaltung ließe sich bei den Bahnen 14 und 17 realisieren). Wenn der Stromsensor in einem „strengen", d.h. in einem nicht homogenen, magnetischen Umfeld angeordnet wird, beispielsweise wenn die Leiterschiene(n) der Sammelschiene 4 einen Winkel oder eine Biegung bildet bzw. bilden und wenn der Sensor 1 in der Nähe des Winkels angeordnet wird oder auch wenn der Sensor 1 in der Nähe eines Störleiters angeordnet wird, der an die vom dem zu messenden Strom durchflossene Sammelschiene 4 angrenzt, induzieren die von dem Störleiter oder den nicht homogenen Flusslinien, die den Sensor 1 durchqueren, erzeugten Veränderungen des magnetischen Flusses elektrische Spannungen in den Leiterverbindungen, welche die Hall-Effekt-Sonden 6 verbinden. Diese Spannungen stören die von den Hall-Effekt-Sonden 6 gelieferten Signale, und der Sensor liefert somit falsche Informationen.

Wie in 4 dargestellt, werden jedoch dank der verdrillten Struktur der Leiterbahnen 13, 14 und 17 die Veränderungen d&PHgr;/dt des magnetischen Flusses, der zwei aufeinanderfolgende Schleifen oder Windungen 22 und 23 der Litze versorgt, in der ersten Windung 22 eine positive Spannung 24 und in der zweiten Windung 23 eine negative Spannung 25 induzieren, da diese letzte den Fluss in gegenüber der ersten Windung umgekehrter Richtung erkennt. Wenn die beiden Windungen 22 und 23 dieselbe Fläche haben, haben die Spannungen 24 und 25 zwar denselben absoluten Wert, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, so dass sie sich aufleben. Somit lässt sich erkennen, dass es dadurch, dass in den von den Leiterbahnen 13 und 14 und von den Leiterbahnen 14 und 17 gebildeten Litzen eine gerade Anzahl von Windungen vorgesehen wird, möglich ist, dass sich die elektrischen Störströme, die durch die Veränderungen des magnetischen Streufelds oder nicht homogenen Magnetfelds in den elektrischen Verbindungen, welche die Hall-Effekt-Sonden 6 verbinden, induziert werden, aufleben können. Dasselbe Ergebnis ließe sich erzielen, wenn die Leiterbahnen 13, 14 und 17 zickzackförmig verliefen, derart, dass sich eine verdrillte Struktur ergäbe, wobei die Ausgestaltung jedoch etwas komplexer wäre und eine größere Anzahl von Leiterdurchführungen 21 benötigen würde.

Für den Fall, dass die Öffnung 3 des Gehäuses 2 des Sensors 1, und folglich auch die Öffnung 12 der gedruckten Schaltung 11, eine geschlossene Kontur hat, bildet jede der drei Leiterbahnen 13, 14 und 17 vorzugsweise eine geschlossene Schleife, die somit kurzgeschlossen ist, wie in den 2 und 5 bis 7 zu sehen ist. Wenn die von den Leiterbahnen 13, 14 und 17 gebildeten Schleifen offen wären, würden die Veränderungen des magnetischen Flusses zwischen den Enden der offenen Schleife, die von jeder Leiterbahn 13, 14 oder 17 gebildet ist, eine elektromotorische Kraft erzeugen. Dies würde einen Messfehler hervorrufen, da die Sonden 6 entlang der Leiterbahnen verteilt sind.

Die gedruckte Schaltung 11 trägt vorzugsweise auf jeder ihrer beiden Flächen 11a und 11b eine Massefläche 15a bzw. 15b, beispielsweise aus Kupfer, welche die Leiterbahnen der gedruckten Schaltung eng umgibt. Die beiden Masseflächen 15a und 15b sind in den 5 und 6 über breite schwarze Flächen dargestellt und in 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Die beiden Masseflächen 15a und 15b sind elektrisch über mindestens eine (nicht dargestellte) Leiterdurchführung miteinander verbunden, die in dem Substrat 19 der gedruckten Schaltung 11 auf ähnliche Weise angeordnet ist wie die Leiterdurchführungen 21, die in 3 veranschaulicht sind.

Vorzugsweise bildet mindestens eine der beiden Masseflächen 15a und 15b, bzw. bilden vorzugsweise beide Masseflächen aus ähnlichen Gründen, wie weiter oben im Hinblick auf die Leiterbahnen 13, 14 und 17 angegeben, eine geschlossene Schleife. Auf diese Weise ist es möglich, die in der Massefläche induzierten Störspannungen auszugleichen.

Vorzugsweise ist die zweite Leiterbahn 14 mit der Massefläche 15 an einem einzigen Punkt 16 (7) dieser letzten verbunden, der an die erste Leiterbahn 13 angrenzt, und der Summierpunkt 8, mit dem die Leiterbahn 13 verbunden ist, grenzt an den oben genannten Punkt 16 an. Ebenso ist der Punkt 18 mit dem ersten Festpotential (+5V), mit dem die Leiterbahn 17 verbunden ist, auf der gedruckten Schaltung 11 neben dem Summierpunkt 8 und dem mit der Massefläche 15 verbundenen Punkt 16 angeordnet. Dank dieser Anordnungen wird verhindert, dass eventuelle Spannungen, die lokal in den Leiterbahnen und/oder in der Massefläche der gedruckten Schaltung 11 induziert werden, zu den von den Hall-Effekt-Sonden 6 gelieferten Signalen hinzutreten und folglich die Strommessung stören.

Jeder Summierwiderstand 7 weist schließlich seine zwei Anschlüsse auf, die mit dem nächstgelegenen Anschluss 6a der entsprechenden Hall-Effekt-Sonde 6 bzw. mit der nächstgelegenen Stelle der Leiterbahn 13 verbunden sind. Dies geht klar aus 8 hervor, die in vergrößertem Maßstab einen Teil der gedruckten Schaltung 11 zeigt, die einer der Hall-Effekt-Sonden zugehörig ist, insbesondere derjenigen, die sich in der Position P7 befindet. In 8 sind die leitenden Bereiche 26a bis 26d der gedruckten Schaltung 11 diejenigen Bereiche, an welche die Anschlüsse 6a bis 6d der Hall-Effekt-Sonde 6 angelötet sind, der sich in der Position P7 befindet, während die leitenden Bereiche 27a und 27b der gedruckten Schaltung 11 diejenigen Bereiche sind, an denen die beiden Anschlüsse des entsprechenden Summierwiderstands 7 angelötet sind. Wie aus 8 auch hervorgeht, sind die Anschlüsse 6b bis 6d der Hall-Effekt-Sonde 6 an der nächstgelegenen Stelle der Leiterbahnen 14 und 17 angeschlossen, da sich die leitenden Bereiche 26b und 26d, die für den Anschluss der Anschlüsse 6b und 6d dienen, auf der Bahn 14 befinden und sich der leitende Bereich 26c, der für den Anschluss des Anschlusses 6c dient, auf der Bahn 17 befindet.

Es gibt Hall-Effekt-Sonden, deren Gehäuse nur drei Verbindungsanschlüsse oder Verbindungsklemmen aufweist. Die gedruckte Schaltung 11 kann vorteilhafterweise ferner an den Steckplätzen P'1 bis P'14, die jeweils an die Steckplätze P1 bis P14 angrenzen, leitende Bereiche 26'a, 26'b und 26'c (8) aufweisen, an denen die Anschlüsse der Sonden mit drei Anschlüssen angelötet sein können.

Es versteht sich von selbst, dass die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung lediglich als nicht beschränkendes und nur zur Orientierung dienendes Beispiel vorgeschlagen wird und dass der Fachmann leicht zahlreiche Änderungen daran vornehmen kann, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Wenngleich die Erfindung im Hinblick auf einen Sensor mit Hall-Effekt-Sonden beschrieben wurde, könnten diese somit durch andere magnetfeldempfindliche Elemente ersetzt werden, wie beispielsweise durch Magnetowiderstände.

Wenngleich es vorteilhaft ist, wenn die Leiterbahnen 13, 14 und 17 und die Massefläche 15 geschlossene (kurzgeschlossene) Schleifen bilden, welche die Öffnung 12 der gedruckten Schaltung 11 vollständig umgeben (dies ist der Fall bei einem Stromsensor 11, dessen Gehäuse 2 eine Öffnung 3 mit einer geschlossenen Kontur trägt), würde man den Rahmen der Erfindung auch nicht verlassen, wenn die Leiterbahnen 13, 14 und 17 und die Massefläche 15 keine geschlossene Schleife bildeten, wie dies der Fall wäre, wenn das Gehäuse des Stromsensors eine Öffnung mit nicht geschlossener Kontur aufweist, damit der Sensor durch eine relativ zu der Längsrichtung des Leiters quergerichtete Verschiebung bequem auf den Leiter 4 aufgesteckt werden kann, ohne dass dieser abgeklemmt werden muss.

Es wäre auch denkbar, den Stromsensor aus zwei Teilen zu realisieren, die voneinander trennbar sind, um die Anbringung des Sensors um einen von einem zu messenden Strom durchflossenen Leiter herum zu ermöglichen, wobei dann Mittel für die mechanische Verbindung der beiden Teile des Stromsensors vorgesehen sind, sowie weitere Mittel, um die entsprechenden elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Teilen des Stromsensors zu bewirken, wenn sie zusammengefügt werden, um geschlossene Schleifen für die Leiterbahnen 13, 14 und 17 herzustellen, welche die magnetfeldempfindlichen Komponenten 6 verbinden.

Wenngleich die litzenförmige Struktur der Leiter oder der oben beschriebenen Leiterbahnen 13, 14 und 17 dadurch erhalten wird, dass eine gedruckte Schaltung 11 mit zwei bedruckten Flächen 11a und 11b verwendet wird, könnten der zickzackförmige Verlauf der Leiterbahnen und die litzen- oder geflechtförmige Struktur auch bei Verwendung einer nur einseitig gedruckten Schaltung erreicht werden. In diesem Fall ist jede Leiterbahn 13, 14 oder 17 zum Teil (jedes zweite Leitersegment) durch Steckbrücken (von Fachleuten auch als „Straps" bezeichnet) gebildet, die Leitersegmente anderer Leiterbahnen überlagern.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante könnten der zickzackförmige Verlauf der Leiterbahnen und die litzen- oder geflechtförmige Struktur ferner durch Verwendung einer Mehrschichtleiterplatte erreicht werden, die zumindest auf einer Außenfläche eines Mehrschichtsubstrats und auf zumindest einer Zwischenschicht desselben Leiterbahnen aufweist.


Anspruch[de]
Stromsensor zur Messung der Größe eines in einem Leiter (4) fließenden Stroms, mit einem Träger (11), der um den vom Strom durchflossenen Leiter herum positionierbar ist, mehreren magnetfeldempfindlichen Komponenten (6), die auf dem Träger (11) derart angeordnet sind, dass sie um den Leiter (4) herum verteilt sind, und eine Verarbeitungsschaltung (9), die ein Ausgangssignal der magnetfeldempfindlichen Komponenten (6) empfängt, wobei jede magnetfeldempfindliche Komponente mindestens einen ersten und zweiten Anschluss aufweist, wobei die ersten Anschlüsse (6a) aller magnetfeldempfindlichen Komponenten (6) über jeweilige Summierwiderstände (7) an einen Summierpunkt (8) angeschlossen sind, der mit einer ersten Eingangsklemme (9a) der Verarbeitungsschaltung (9) verbunden ist, und wobei die zweiten Anschlüsse (6b) aller magnetfeldempfindlichen Komponenten (6) mit einer zweiten Eingangsklemme (9b) der Verarbeitungsschaltung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Summierwiderstände (7) mit einem ersten Leiter (13) verbunden sind, der mit dem Summierpunkt (8) verbunden ist, dass alle zweiten Anschlüsse (6b) der magnetfeldempfindlichen Komponenten (6) mit einem zweiten Leiter (14) verbunden sind, der mit der zweiten Eingangsklemme (9b) der Verarbeitungsschaltung (9) verbunden ist, dass der Träger (11) aus einer gedruckten Schaltung besteht, und dass der erste und zweite Leiter (13, 14) von einer ersten bzw. zweiten Leiterbahn der gedruckten Schaltung gebildet werden, die derart zickzackförmig auf der gedruckten Schaltung (11) angeordnet sind, dass sie eine Litze oder ein Geflecht bilden. Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Schaltung (11) zwei gedruckte Flächen (11a, 11b) aufweist und die Leiterbahnen (13, 14) auf beiden Flächen (11a, 11b) der gedruckten Schaltung verlaufen. Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede erste und zweite Leiterbahn (13, 14) eine geschlossene Schleife um eine Öffnung (12) herum bildet, die in der gedruckten Schaltung (11) für den Durchtritt des von dem zu messenden Strom durchflossenen Leiters (4) vorgesehen ist. Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Summierwiderstand (7) seine zwei Anschlüsse aufweist, die mit dem nächstgelegenen ersten Anschluss (6a) der entsprechenden magnetfeldempfindlichen Komponente (6) bzw. mit der nächstgelegenen Stelle der ersten Leiterbahn (13) verbunden sind. Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Schaltung (11) auf mindestens einer ihrer beiden Flächen (11a, 11b) eine Massefläche trägt, die die Leiterbahnen (13, 14) der gedruckten Schaltung (11) eng umschließt. Stromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Massefläche (15a, 15b) eine geschlossene Schleife um die Öffnung (12) herum bildet. Stromsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leiterbahn (14) mit der Massefläche (15a, 15b) an einem Punkt (16) derselben verbunden ist, der an die erste Leiterbahn (13) angrenzt, und dass der Summierpunkt (8), mit dem die erste Leiterbahn (13) verbunden ist, angrenzend an den Punkt (16) der Massefläche liegt, mit dem die zweite Leiterbahn (14) verbunden ist. Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetfeldempfindlichen Komponenten (6) Hall-Effekt-Sonden sind. Stromsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hall-Effekt-Sonde einen dritten und vierten Anschluss (6c, 6d) aufweist, wobei die dritten Anschlösse (6c) aller Hall-Effekt-Sonden mit einer dritten Leiterbahn (17) der gedruckten Schaltung (11) verbunden sind, die an einem Punkt (18) an ein erstes Festpotential angeschlossen ist und die derart zickzackförmig auf der gedruckten Schaltung verläuft, dass sie mit der ersten und zweiten Leiterbahn (13, 14) eine Litze oder ein Geflecht bildet. Stromsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Leiterbahn (17) eine geschlossene Schleife um die Öffnung (12) herum bildet. Stromsensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und vierte Anschluss (6b, 6d) der Hall-Effekt-Sonden (6) gemeinsam mit der zweiten Leiterbahn (14) der gedruckten Schaltung (11) verbunden sind, die ihrerseits an ein Festpotential oder ein Massepotential (15) angeschlossen sind. Stromsensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt (18) mit dem ersten Festpotential, mit dem die Leiterbahn (17) verbunden ist, auf der gedruckten Schaltung (11) neben dem Summierpunkt (8) und dem mit der Massefläche (15) verbunden Punkt (16) angeordnet ist.






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