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Title:
CURRENT SENSOR WITH ELECTROMAGNETIC IMMUNITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/074745
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention comprises a current sensor made up of a ferromagnetic core (6), a Hall, AMR, GMR or TMR magnetic sensor (8) mounted on a printed circuit board (7), and also made up of an electric and electromagnetic noise protection circuit, which provide electromagnetic immunity. They are all mounted on a casing usually made of plastic with a central cavity or through hole (5). This sensor provides an analogue output proportional to the current of an electrical conductor placed through the casing.

Inventors:
PÉREZ CIAURRIZ DAVID (ES)
RUIZ RODERO KOLDO (ES)
Application Number:
PCT/ES2023/070589
Publication Date:
April 11, 2024
Filing Date:
October 04, 2023
Export Citation:
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Assignee:
PIHER SENSORS & CONTROLS S A (ES)
International Classes:
G01R19/00; G01R15/20
Attorney, Agent or Firm:
ZUGARRONDO TEMIÑO, Jesús María (ES)
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Claims:
1.- Sensor de corriente con inmunidad electromagnética, caracterizado por que está constituido a partir de una carcasa (1), que incluye un orificio pasante (5) para paso del conductor eléctrico cuya corriente se pretende medir, orificio pasante (5) perimetralmente al cual y en el seno de la carcasa se establece un núcleo ferromagnético (6) realizado con un material con alta permeabilidad magnética y un circuito impreso electrónico o PCB (7), con un sensor magnético (8) de efecto Hall u otras tecnologías como AMR, GMR o TMR, sensor magnético (8) que queda dispuesto en el interior de un hueco (9) previsto en el núcleo ferromagnético (6), habiéndose previsto que el circuito impreso electrónico o PCB (7) incluya medios de protección eléctrica contra interferencias electromagnéticas, así como un puerto de conexión o salida analógica (10) para lectura de la medición obtenida, con la particularidad de que los medios de protección contra interferencias electromagnéticas están basados en un apilamiento predeterminado de las capas de la PCB, control de impedancia de las trazas conductoras en la PCB y un enrutamiento predeterminado de las trazas evitando ángulos rectos y separando trazas de potencia y señales digitales. 2.- Sensor de corriente con inmunidad electromagnética, según reivindicación 1ª, caracterizado por que la carcasa (1) está asistida por una tapa de cierre (2), y cuenta con pestañas (3) dotadas de orificios (4) para su inmovilización en diferentes planos. 3.- Sensor de corriente con inmunidad electromagnética, según reivindicación 1ª, caracterizado por que el núcleo ferromagnético (6) está realizado con una aleación de FeNi. 4.- Sensor de corriente con inmunidad electromagnética, según reivindicación 1ª, caracterizado por que el núcleo ferromagnético (6) está realizado con una aleación de FeSi.
Description:
SENSOR DE CORRIENTE CON INMUNIDAD ELECTROMAGNÉTICA OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sensor de corriente eléctrica (AC o DC), para la medición de la corriente que circula a través de un conductor eléctrico (cable o busbar) colocado de manera que atraviesa el sensor. El objeto de la invención es conseguir un sensor al que no le afecte a funcionamiento los ruidos eléctricos y electromagnéticos de su entorno. El sensor proporciona una salida analógica proporcional a la corriente que circula por el sensor ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los vehículos eléctricos utilizan una tecnología automotriz diferente, en comparación con la utilizada por los vehículos convencionales. En vehículos EV y HEV, existe una gran cantidad de aplicaciones en las que se ve necesario la medida de la corriente eléctrica en conversores DC-DC, en sistemas como la gestión de carga de la batería BMS, los inversores de corriente o los sistemas de tracción eléctrica de los vehículos etc. Además de sistemas asociados a la electrificación como los diferentes tipos de cargadores de pared y ‘On board’. El rendimiento de los vehículos eléctricos depende de la batería eléctrica del vehículo, siendo los sensores de corriente los responsables de detectar la corriente en las baterías, especificar la sobrecarga, ayudar a reducir el nivel de emisión y controlar el curso de la energía eléctrica dentro del vehículo. Por lo tanto, con el impulso de la electrificación de los vehículos que está teniendo lugar, son claves y fundamentales los avances tecnológicos en este componente automotriz. Conviene destacar que los sensores se encuentran en un entorno con mucho ruido electromagnético, con continuas conmutaciones eléctricas de alta potencia y gran cantidad de elementos metálicos, lo que genera grandes perturbaciones y pueden conllevar un mal funcionamiento o inutilización del sensor. Esto hace necesario el diseño de una electrónica asociada al sensor con alta inmunidad electromagnética. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN El sensor de corriente con inmunidad electromagnética de la invención resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en base a una solución sumamente eficaz. Para ello, y de forma más concreta, el sensor de la invención está constituido a partir de una carcasa en la que participa un núcleo ferromagnético realizado con un material con alta permeabilidad magnética, generalmente una aleación de FeNi o FeSi., incluyendo un circuito impreso electrónico o PCB, con un sensor magnético de efecto Hall u otras tecnologías como AMR, GMR o TMR. Este sensor se monta de manera que quede colocado en el interior de un hueco que encontramos en el núcleo ferromagnético. Además, la PCB dispone de un sistema de protección eléctrica que otorga al conjunto inmunidad electromagnética y robustez frente a ruidos eléctricos provenientes del entorno o aplicación en la que es colocado y utilizando. El núcleo ferromagnético y PCB se montan en el interior de la citada carcasa, preferentemente de plástico, con una cavidad central a través de la que se coloca el conductor eléctrico que lleva la corriente a medir. Esta corriente eléctrica genera un campo magnético que es captado por el núcleo ferromagnético y conducido al gap de éste donde se encuentra el sensor magnético. La variación de corriente y por lo tanto de campo magnético produce una variación en la salida del sensor magnético proporcional al mismo, lo que permite la medición de la corriente que está circulando por el conductor eléctrico que atraviesa el sensor. A partir de esta estructuración se consigue un sensor que puede ser utilizado en cualquier aplicación sin que se vea afectado el funcionamiento del sensor, mejorando sensiblemente su comportamiento frente a otros sensores existentes en el mercado. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un sensor de corriente con inmunidad electromagnética realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención. La figura 2.- Muestra una vista según una perspectiva opuesta a la de la figura 1 del sensor de la invención. La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del sensor desprovisto de su tapa. La figura 4.- Muestra una vista en perspectiva y en sección del sensor de las figuras anteriores. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como el sensor de corriente con inmunidad electromagnética se constituye a partir de una carcasa (1), preferentemente de plástico, asistida por una tapa de cierre (2), carcasa que cuenta con pestañas (3) dotadas de orificios (4) para su inmovilización en diferentes planos. Pues bien, de acuerdo con la esencia de la invención, el conjunto tapa-carcasa incluye un orificio pasante (5) para paso del conductor eléctrico que lleva la corriente a medir, no representado en las figuras. Perimetralmente a dicho orificio pasante (5) y dentro del conjunto tapa-carcasa se establece un núcleo ferromagnético (6) realizado con un material con alta permeabilidad magnética, generalmente una aleación de FeNi o FeSi., y un circuito impreso electrónico o PCB (7), con un sensor magnético (8) de efecto Hall u otras tecnologías como AMR, GMR o TMR. El sensor magnético (8) se monta de manera que quede colocado en el interior de un hueco (9) previsto en el núcleo ferromagnético. De acuerdo con otra de las características de la invención, se ha previsto que el circuito impreso electrónico o PCB (7) incluya medios de protección eléctrica contra interferencias electromagnéticas, lo que otorga al conjunto inmunidad electromagnética y robustez frente a ruidos eléctricos provenientes del entorno o aplicación en la que es colocado y utilizado. Finalmente decir que el circuito impreso electrónico o PCB (7) estará asociado adicionalmente a un puerto de conexión o salida analógica (10) para lectura de la medición obtenida. De forma más concreta, Los medios de protección contra interferencias electromagnéticas están basados en un correcto apilamiento de las capas de la PCB, control de impedancia de las trazas conductoras en la PCB y un correcto enrutamiento de las trazas evitando ángulos rectos y separando trazas de potencia y señales digitales, siendo una ventaja al evitar materiales adicionales o procesos de producción que aumentan el coste del producto. De esta forma, mediante la definición correcta del apilamiento de las capas de la PCB intercalando planos de alimentación y tierra entre los planos de señales digitales, es posible proporcionar una ruta de retorno a tierra de las señales con interferencias, evitando vías en las trazas y separar trazas de potencia de las trazas digitales. Paralelamente, el uso de materiales adecuados tales como cobre y dieléctrico permiten una mejor propagación de la señal. Finalmente decir que mediante el control de la impedancia del circuito, se garantiza que esta permanezca constante en todos los puntos de la traza, para conseguir que no existan pérdidas o problemas de integridad de la señal a lo largo del circuito. En definitiva, la ventaja de la solución que aquí se propone para conseguir la inmunidad electromagnética es evitar la utilización de un elemento de unión (cable, elemento metálico, etc.) entre la tierra, CORE y PCB además de añadir otro proceso en su fabricación.