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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-18
(54)【発明の名称】電流センサ
(51)【国際特許分類】
G01R 15/18 20060101AFI20241010BHJP
G01R 19/12 20060101ALI20241010BHJP
【ＦＩ】
G01R15/18 A
G01R19/12
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024522099
(86)(22)【出願日】2023-02-23
(85)【翻訳文提出日】2024-04-11
(86)【国際出願番号】 EP2023054530
(87)【国際公開番号】W WO2023174663
(87)【国際公開日】2023-09-21
(31)【優先権主張番号】17/695,793
(32)【優先日】2022-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/695,797
(32)【優先日】2022-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519383544
【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・インターナショナル・アンリミテッド・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ブレント・ホフマン
(72)【発明者】
【氏名】ジョナサン・ハーウィッツ
【テーマコード（参考）】
2G025
2G035
【Ｆターム（参考）】
2G025AA10
2G025AA11
2G025AB14
2G025AC01
2G035AC11
2G035AD18
2G035AD20
2G035AD66
(57)【要約】
電流変化率センサは、第１及び第２の測定コイルの巻きがインターリーブされるように配置された２つの測定コイルを含む。電流変化率センサは、測定コイルとは反対方向に進行するように配置された２つの戻りコイルを更に備える。コイルは、ループを形成し、実質的に標的測定導体の周りを進行する。これは、２つの測定コイルの両方が、測定動作の標的ではない外部導体から同じ静電結合を受けることを確実にする。更に、２つの測定コイルは、第１のコイル及び第２のコイルが、関心対象の電流搬送導体に対して、平均して、同じ距離であるように配置される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電流変化率センサであって、前記電流変化率センサが、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路と、
第１の測定コイルであって、前記第１の測定コイルが、第１の円周方向に、前記経路の周りを進行し、前記第１の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第１の測定コイルと、
第１の戻りコイルであって、前記第１の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の戻りコイルの前記第１の端部が、前記第１の測定コイルの前記第２の端部に結合されており、前記第１の戻りコイルが、前記第１の円周方向とは反対の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第１の戻りコイルと、
第２の測定コイルであって、前記第２の測定コイルが、第２の円周方向に、前記経路の周りを進行し、前記第２の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第２の測定コイルと、
第２の戻りコイルであって、前記第２の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第２の戻りコイルの前記第１の端部が、前記第２の測定コイルの前記第２の端部に結合されており、前記第２の戻りコイルが、前記第２の円周方向とは反対の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第２の戻りコイルと、を備える、電流変化率センサ。
【請求項2】
前記第１の円周方向及び前記第２の円周方向が、同じ円周方向である、請求項１に記載の電流変化率センサ。
【請求項3】
前記第１の測定コイル、前記第２の測定コイル、前記第１の戻りコイル、及び前記第２の戻りコイルが、各々、前記経路を実質的に取り囲むように進行する、請求項１又は２に記載の電流変化率センサ。
【請求項4】
前記電流変化率センサが、差動出力信号を提供する電流差動変化率センサであり、前記第１の測定コイルの前記第１の端部が、前記差動出力信号の第１の信号を提供し、
前記第２の測定コイルの前記第１の端部が、前記差動出力信号の第２の信号を提供し、
前記第１の戻りコイルの前記第２の端部が、前記第２の戻りコイルの前記第２の端部に結合されており、かつ共通の基準信号に更に結合されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項5】
前記第１の測定コイルが、第１の測定コイルセグメント及び第２の測定コイルセグメントを備え、前記第１の戻りコイルが、第１の戻りコイルセグメント及び第２の戻りコイルセグメントを備え、前記第１の測定コイルセグメントが、前記第１の戻りコイルセグメントに結合されており、前記第２の測定コイルセグメントが、前記第２の戻りコイルセグメントに結合されており、
前記第２の測定コイルが、第３の測定コイルセグメント及び第４の測定コイルセグメントを備え、
前記第２の戻りコイルが、第３の戻りコイルセグメント及び第４の戻りコイルセグメントを備え、前記第３の測定コイルセグメントが、前記第３の戻りコイルセグメントに結合されており、前記第４の測定コイルセグメントが、前記第４の戻りコイルセグメントに結合されており、
各コイルセグメントが、前記経路の周りを実質的に１８０°円周方向に進行する、請求項１に記載の電流変化率センサ。
【請求項6】
静電遮蔽部が、前記経路と前記測定コイルとの間に、前記経路の周りに提供される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項7】
前記第１の測定コイル及び前記第２の測定コイルが、基板の内層上に形成されており、静電遮蔽部が、前記基板の外層上に形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項8】
第１の接続導体及び第２の接続導体を更に備え、前記第１の測定コイルの前記第１の端部が、前記第１の接続導体を使用して電流測定回路の第１のノードに結合するのに好適であり、前記第２の測定コイルの前記第１の端部が、前記第２の接続導体を使用して前記電流測定回路の第２のノードに結合するのに好適であり、前記第１の接続導体及び前記第２の接続導体が、ツイストペア配置を使用して配置されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項9】
電流変化率センサであって、前記電流変化率センサが、基板であって、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、
前記基板上に形成された第１の測定コイルであって、前記第１の測定コイルが、第１の円周方向に、前記経路の周りを進行して、前記経路を実質的に取り囲み、前記第１の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第１の測定コイルと、
前記基板上に形成された第１の戻りコイルであって、前記第１の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の戻りコイルの前記第１の端部が、前記第１の測定コイルの前記第２の端部に結合されており、前記第１の戻りコイルが、前記第１の円周方向とは反対の円周方向に、前記経路の周りを進行して、前記経路を実質的に取り囲む、第１の戻りコイルと、を備える、電流変化率センサ。
【請求項10】
前記第１の戻りコイルが、前記第１の測定コイルと同じ円周方向に延在する経路に従うように配置されている、請求項９に記載の電流変化率センサ。
【請求項11】
前記電流変化率センサが、電流搬送導体のための経路を更に備え、前記経路が、前記第１の測定コイル及び前記第１の戻りコイルの中心を通る、請求項９又は１０に記載の電流変化率センサ。
【請求項12】
電流変化率センサであって、前記電流変化率センサが、基板であって、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、
前記基板上に形成された第１の測定コイルであって、前記第１の測定コイルが、第１の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第１の測定コイルと、
前記基板上に形成された第２の測定コイルであって、前記第２の測定コイルが、第２の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第２の測定コイルと、を備える、電流変化率センサ。
【請求項13】
前記第１の測定コイル及び前記第２の測定コイルは、それらの両方が、測定下で、電流搬送導体への同じ平均静電結合を有するように、前記基板上にインターリーブされ、前記電流搬送導体が、前記経路に従う、請求項１２に記載の電流変化率センサ。
【請求項14】
前記第１の測定コイルの第１の巻き及び前記第２の測定コイルの第１の巻きが、前記基板の表面に垂直な同じ半径方向平面内に位置するように、前記第１の測定コイル及び前記第２の測定コイルが、前記基板の前記表面に垂直な半径方向平面内にインターリーブされる、請求項１３に記載の電流変化率センサ。
【請求項15】
前記第１の測定コイルの前記第１の巻きが、前記基板の第１の層及び第３の層上に形成されており、前記第２の測定コイルの前記第１の巻きが、前記基板の第２の層及び第４の層上に形成されている、請求項１４に記載の電流変化率センサ。
【請求項16】
前記第１の測定コイルの第１の巻きが、前記基板の前記表面に垂直な第１の半径方向平面内に位置し、前記第２の測定コイルの第１の巻きが、前記基板の前記表面に垂直な第２の半径方向平面内に位置するように、前記第１の測定コイル及び前記第２の測定コイルがインターリーブされ、前記第１の半径方向平面及び前記第２の半径方向平面が、円周方向に互いに隣接する、請求項１３に記載の電流変化率センサ。
【請求項17】
前記基板上に形成され、かつ前記第１の測定コイルに結合された第１の補償導体であって、前記第１の補償導体が、前記第１の円周方向とは反対の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第１の補償導体と、前記基板上に形成され、かつ前記第２の測定コイルに結合された第２の補償導体であって、前記第２の補償導体が、前記第２の円周方向とは反対の円周方向に、前記経路の周りを進行する、第２の補償導体と、を更に備える、請求項１２～１６のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項18】
前記第１の円周方向及び前記第２の円周方向が、同じ円周方向である、請求項１２～１７のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項19】
前記第１の測定コイルが、前記経路の周りを３６０°の整数倍で進行し、前記第２の測定コイルが、前記経路の周りを３６０°の同じ整数倍で進行する、請求項１２～１８のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【請求項20】
前記電流変化率センサが、前記基板上に形成されたツイストペア配置を更に備え、前記ツイストペアが、第１の接続導体及び第２の接続導体を備え、前記第１の接続導体が、前記第１の測定コイル及び第１のノードに結合されており、前記第２の接続導体が、前記第２の測定コイル及び第２のノードに結合されており、前記第１の接続導体及び前記第２の導体が、互いに交互に交差するように前記基板上に配置されており、前記第１及び第２のノードが、前記電流変化率センサからの出力である、請求項１２～１９のいずれか一項に記載の電流変化率センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電流センサに関し、具体的には、差動電流センサに関する。
【背景技術】
【0002】
電流センサは、導体を通過する電流を検出し、測定する。それらは、例えば、ユーティリティメータで正確な電流測定を提供するために、多くの異なる用途で使用される。
【0003】
電流センサの１つのタイプは、電流搬送導体と直列のシャント抵抗を使用する。抵抗を横切る電圧降下が測定され得、シャントの抵抗の知識を通じて、抵抗を通る電流が計算され得る。しかしながら、より高い電流は、シャントの温度を上昇させ、シャントの抵抗を変化させ、したがって、不正確な電流測定を提供し得る。更に、測定された電流経路内にシャントが直接位置しているので、シャントと高感度測定及び処理電子機器との間に絶縁回路が必要となる場合がある。
【0004】
別のタイプの電流センサは、電流搬送導体によって生成された磁場の変化を検出するために、電磁トランスデューサを使用する。これらの場電流変化率センサ、例えば、ロゴスキーコイルは、電流搬送導体へのいずれの物理的接続も必要とせず、したがって、いずれの更なる絶縁コンポーネントも必要とせずに電流搬送導体から絶縁される。
【0005】
しかしながら、場変化率センサは、磁場の結合に依存するので、それらは、センサの周辺の他の変化する磁場によって生成される干渉の影響を受けやすい。例えば、測定動作の標的ではない第２の電流搬送導体は、ロゴスキーコイルの近くを通過し得る。この第２の電流搬送導体によって生成された磁場がロゴスキーコイル内にいくつか結合され、コイルの測定精度に影響を与える可能性がある。
【0006】
ロゴスキーコイルの両方の端子が同じ端部にあるように、コイルの端部から始まりに戻る補償ワイヤ、補償導体、又は戻りワイヤは、外部横磁場の影響をキャンセルするために使用され得る。補償導体は、ヘリカル測定コイルに対向するループを形成し、外部場の影響をキャンセルする。しかしながら、外部磁場の排除を助ける補償導体があっても、ロゴスキーコイルは、依然として、コイル内への導体の静電結合に起因する外部干渉を受ける可能性がある。
【0007】
ロゴスキーコイルの主な課題は、近くのＡＣ導体からの静電又は容量性結合に対するこの感度である。例えば、ユーティリティメータでは、測定される電流を搬送するＡＣバスバーの位置関係により、静電結合は蔓延する可能性があるが、通常は２４０Ｖの相電圧も搬送する。静電結合では、バスバーの電圧は浮遊容量を通してコイルに結合し、導体の電圧が高いことを理由に小さな浮遊容量のみがセンサの誤った信号をもたらす可能性がある。
【0008】
導体に対するコイルの相対位置及び環境の変化に対するこの結合の感度も、考慮され、アルゴリズム的に無効化するのであれば重要である。これは、変動及びドリフトのために実質的に不可能であることが多いため、静電結合に対する感度を低くすることが必要である。
【0009】
外部静電干渉の影響を低減するために、遮蔽部が測定コイルの周りに提供され得る。しかしながら、コイルを遮蔽することは、測定装置のサイズを増加させるだけでなく、過剰な製造要求をもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
測定精度に対する外部場の影響を低減し、かつ／又は試験下の導体の位置の全ての条件下で、コイルへの静電結合の影響を低減する、改善された電流測定手段を提供する必要性が存在する。
【0011】
本開示は、静電ノイズ結合の影響を低減するように設計された、改善された電流変化率センサ、例えば、ロゴスキーコイルを提供する。電流搬送導体内の電流を測定するように配置された電流変化率センサは、プリント回路基板上に形成され得る２つの測定コイルを含む。測定コイルは、電流搬送導体を実質的に取り囲むことができ、これは、電流搬送導体の位置に対する感度を低減することができ、また各測定コイルが同じ量の静電結合を受け取るように、ノイズ場のコモンモード結合を提供することができる。そして、この共通の静電結合は、容易にキャンセルされるか又は除去され得る。
【0012】
本開示の第１の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路と、第１の測定コイルであって、第１の測定コイルが、第１の円周方向に、経路の周りを進行し、第１の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第１の測定コイルと、第１の戻りコイルであって、第１の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、第１の戻りコイルの第１の端部が、第１の測定コイルの第２の端部に結合されており、第１の戻りコイルが、第１の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第１の戻りコイルと、第２の測定コイルであって、第２の測定コイルが、第２の円周方向に、経路の周りを進行し、第２の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第２の測定コイルと、第２の戻りコイルであって、第２の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、第２の戻りコイルの第１の端部が、第２の測定コイルの第２の端部に結合されており、第２の戻りコイルが、第２の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第２の戻りコイルと、を備える。
【0013】
第１の円周方向及び第２の円周方向は、同じ円周方向であり得るか、又は第１の円周方向であり得、第２の円周方向は、反対の円周方向であり得る。
【0014】
第１の測定コイル、第２の測定コイル、第１の戻りコイル、及び第２の戻りコイルは、経路を実質的に取り囲むように進行し得る。
【0015】
電流変化率センサは、差動出力信号を提供する差動電流変化率センサであり得、第１の測定コイルの第１の端部は、差動出力信号の第１の信号を提供し、第２の測定コイルの第１の端部は、差動出力信号の第２の信号を提供し、第１の戻りコイルの第２の端部は、第２の戻りコイルの第２の端部に結合されており、かつ共通の基準信号に更に結合されている。
【0016】
第１の測定コイルは、第１の測定コイルセグメント及び第２の測定コイルセグメントを備え得、第１の戻りコイルは、第１の戻りコイルセグメント及び第２の戻りコイルセグメントを備え得、第１の測定コイルセグメントは、第１の戻りコイルセグメントに結合され得、第２の測定コイルセグメントは、第２の戻りコイルセグメントに結合され得、第２の測定コイルは、第３の測定コイルセグメント及び第４の測定コイルセグメントを備え得、第２の戻りコイルは、第３の戻りコイルセグメント及び第４の戻りコイルセグメントを備え得、第３の測定コイルセグメントは、第３の戻りコイルセグメントに結合されており、第４の測定コイルセグメントは、第４の戻りコイルセグメントに結合されており、各コイルセグメントは、経路の周りを実質的に１８０°円周方向に進行する。
【0017】
静電遮蔽部が、経路と測定コイルとの間に、経路の周りに提供され得る。
【0018】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、基板の内層上に形成され得、静電遮蔽部は、基板の外層上に形成され得る。
【0019】
電流変化率センサは、第１の接続導体及び第２の接続導体を更に備え得、第１の測定コイルの第１の端部は、第１の接続導体を使用して電流測定回路の第１のノードに結合するのに好適であり、第２の測定コイルの第１の端部は、第２の接続導体を使用して電流測定回路の第２のノードに結合するのに好適であり、第１の接続導体及び第２の接続導体は、ツイストペア配置を使用して配置されている。
【0020】
本開示の第２の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、基板であって、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、基板上に形成された第１の測定コイルであって、第１の測定コイルが、第１の円周方向に、経路の周りを進行して、経路を実質的に取り囲み、第１の測定コイルが、第１の端部及び第２の端部を有する、第１の測定コイルと、基板上に形成された第１の戻りコイルであって、第１の戻りコイルが、第１の端部及び第２の端部を有し、第１の戻りコイルの第１の端部が、第１の測定コイルの第２の端部に結合されており、第１の戻りコイルが、第１の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行して、経路を実質的に取り囲む、第１の戻りコイルと、を備える。
【0021】
第１の戻りコイルは、第１の測定コイルと同じ円周方向に延在する経路に従うように配置され得る。
【0022】
電流変化率センサは、電流搬送導体のための経路を更に備え得、経路は、第１の測定コイル及び第１の戻りコイルの中心を通る。
【0023】
本開示の第３の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、基板であって、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、基板上に形成された第１の測定コイルであって、第１の測定コイルが、第１の円周方向に、経路の周りを進行する、第１の測定コイルと、基板上に形成された第２の測定コイルであって、第２の測定コイルが、第２の円周方向に、経路の周りを進行する、第２の測定コイルと、を備える。
【0024】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、それらの両方が、測定下で、電流搬送導体への同じ平均静電結合を有するように、基板上にインターリーブされ得、電流搬送導体が、経路に従う。
【0025】
第１の測定コイルの第１の巻き及び第２の測定コイルの第１の巻きは、基板の表面に垂直な同じ半径方向平面内に位置するように、第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、基板の表面に垂直な半径方向平面内にインターリーブされ得る。
【0026】
第１の測定コイルの第１の巻きは、基板の第１の層及び第３の層上に形成され得、第２の測定コイルの第１の巻きは、基板の第２の層及び第４の層上に形成され得る。
【0027】
第１の測定コイルの第１の巻きは、基板の表面に垂直な第１の半径方向平面内に位置し、第２の測定コイルの第１の巻きは、基板の表面に垂直な第２の半径方向平面内に位置するように、第１の測定コイル及び第２の測定コイルがインターリーブされ得、第１の半径方向平面及び第２の半径方向平面は、円周方向に互いに隣接する。
【0028】
電流変化率センサは、基板上に形成され、かつ第１の測定コイルに結合された第１の補償導体であって、第１の補償導体が、第１の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第１の補償導体と、基板上に形成され、かつ第２の測定コイルに結合された第２の補償導体であって、第２の補償導体が、第２の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第２の補償導体と、を更に備え得る。
【0029】
第１の円周方向及び第２の円周方向は、同じ円周方向であり得る。
【0030】
第１の測定コイルは、経路の周りを３６０°の整数倍で進行し得、第２の測定コイルは、経路の周りを３６０°の同じ整数倍で進行し得る。
【0031】
電流変化率センサは、基板上に形成されたツイストペア配置を更に備え得、ツイストペアは、第１の接続導体及び第２の接続導体を備え、第１の接続導体は、第１の測定コイル及び第１のノードに結合されており、第２の接続導体は、第２の測定コイル及び第２のノードに結合されており、第１の接続導体及び第２の導体は、互いに交互に交差するように基板上に配置されており、第１及び第２のノードは、電流変化率センサからの出力である。
【0032】
本開示の第４の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、基板であって、基板が第１の層及び第２の層を含み、基板が、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、基板の第１の層上に形成された第１の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第２の複数の測定導体と、基板内に形成された第１の複数のビアであって、第１の円周方向に、経路の周りを進行する第１の電流測定コイルと、第２の円周方向に経路の周りを進行する第２の電流測定コイルとを形成するように、第１の複数の測定導体の端部を第２の測定導体のそれぞれの端部と接続するように配置されている、第１の複数のビアと、を備え、基板の第１の層上の各測定導体は、基板の表面に垂直な半径方向平面内で、基板の第２の層上のそれぞれの測定導体と、位置合わせされている。
【0033】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、第１の測定コイルの第１の巻きが、第１の半径方向平面内に位置する第１の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第２の複数の測定導体のうちの測定導体を備えるように、また第２の測定コイルの第１の巻きが、第２の半径方向平面内の第１の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第２の複数の測定導体のうちの測定導体を備えるように、インターリーブされ得る。
【0034】
第１の円周方向及び第２の円周方向は、同じ円周方向であり得る。
【0035】
第１の円周方向及び第２の円周方向は、反対の円周方向であり得る。
【0036】
電流変化率センサは、基板の第１の層上に形成された第３の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第４の複数の測定導体と、第２の複数のビアと、を更に備え得、第２の複数のビアは、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルを形成するように、第３の複数の測定導体の端部を第４の複数の測定導体のそれぞれの端部に接続するように配置されており、第１の戻りコイルの第１の端部は、第１の測定コイルの第２の端部に結合されており、第１の戻りコイルは、第１の円周方向とは反対の方向に、経路の周りを進行し、第２の戻りコイルの第１の端部は、第２の測定コイルの第２の端部に結合されており、第２の戻りコイルは、第２の円周方向とは反対の方向に経路の周りを進行し、第１の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適であり、第２の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適である。
【0037】
第１の測定コイル、第１の戻りコイル、第２の測定コイル、及び第２の戻りコイルは、第１の戻りコイルの第１の巻きが、第３の半径方向平面内に位置する第３の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第４の複数の測定導体のうちの測定導体を備え、第２の戻りコイルの第１の巻きが、第４の半径方向平面内に位置する第３の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第４の複数の測定導体のうちの測定導体を備え、第１の半径方向平面、第３の半径方向平面、第２の半径方向平面、及び第４の半径方向平面が、その順序で、円周方向に隣接するように配置されるように、インターリーブされ得る。
【0038】
第１の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適であり得、第２の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適であり得、第１の測定回路は、測定下での電流搬送導体を通過する電流を決定するように構成されている。
【0039】
電流変化率センサは、第１の測定コイルの第１の端部を測定回路に接続するための第１の接続導体と、第２の測定コイルの第１の端部を測定回路に接続するための第２の接続導体と、を更に備え得、第１の接続導体及び第２の接続導体は、基板上にツイストペア配置を形成するように配置されている。
【0040】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、基板の第１の層及び測定層を使用して測定回路に結合され得、第１の層と測定層との間の誘電距離は、第１の層と第２の層との間の誘電距離よりも小さい。
【0041】
基板は、２つ超の層を備え得、基板の第１の層及び基板の第２の層は、電流測定コイルが基板の内部層上に位置するような、基板の内部層であり、基板は、第３の層及び第４の層を備え、第３の層及び第４の層は、基板の第１及び第２の層の外部に位置しており、第３及び第４の層は、電流測定コイルへの静電結合を低減するように構成された遮蔽を備える。
【0042】
経路は、基板内の貫通孔であり得、貫通孔は、貫通孔に遮蔽を提供するようにめっきされ得る。
【0043】
第１の複数のビアは、第１及び第２の複数の測定導体のうちの測定導体の内側端部におけるビアの第１の円を備え得、ビアの第１の円のビアは、第１及び第２の複数の測定導体のうちの測定導体を接続することによって第１及び第２の測定コイルを形成するように、交互に使用され、第２の複数のビアは、第３及び第４の複数の測定導体のうちの測定導体の内側端部におけるビアの第１の円と同心のビアの第２の円を備え得、ビアの第２の円のビアは、第３及び第４の複数の測定導体のうちの測定導体を接続することによって第１及び第２の戻りコイルを形成するように、交互に使用され、第１の円及び第２の円は、同心の円である。
【0044】
電流変化率センサは、第１の測定コイルに結合された第１の補償導体であって、第１の補償導体が、第１の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第１の補償導体と、第２の測定コイルに結合された第２の補償導体であって、第２の補償導体が、第２の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第２の補償導体と、を更に備え得る。
【0045】
電流搬送導体は、基板上に提供され、基板の外層上に配線され、次いで、第１の電流測定コイル及び第２の電流測定コイルの中心を通って配線され得る。
【0046】
本開示の第５の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、基板であって、基板が、第１の層、第２の層、第３の層、及び第４の層を含み、基板が、少なくとも１つの電流搬送導体のための経路を含む、基板と、基板の第１の層上に形成された第１の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第２の複数の測定導体と、基板の第３の層上に形成された第３の複数の測定導体と、基板の第４の層上に形成された第４の複数の測定導体と、基板内に形成された第１の複数のビアであって、第１の円周方向に経路の周りに進行する第１の電流測定コイルと、第２の円周方向に経路の周りを進行する第２の電流測定コイルと、を形成するように、第１の複数の測定導体、第２の複数の測定導体、第３の複数の測定導体、及び第４の複数の測定導体のそれぞれの端部を接続するように配置されている、第１の複数のビアと、を備え、基板の第１の層上の各測定導体は、それぞれの測定導体が、基板の表面に実質的に垂直な半径方向平面を形成するように、基板の第２の層、基板の第３の層、及び基板の第４の層上のそれぞれの測定導体と、位置合わせされている。
【0047】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、第１の測定コイルの第１の巻きが、第１の半径方向平面内に位置する第１の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第３の複数の測定導体のうちの測定導体を備えるように、また第２の測定コイルの第１の巻きが、第１の半径方向平面内に位置する第２の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第４の複数の測定導体のうちの測定導体を備えるように、インターリーブされ得る。
【0048】
電流変化率センサは、基板の第１の層上に形成された第５の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第６の複数の測定導体と、基板の第３の層上に形成された第７の複数の測定導体と、基板の第４の層上に形成された第８の複数の測定導体と、基板上に形成された第２の複数のビアと、を更に備え得、第２の複数のビアは、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルを形成するように、第５の複数の測定導体、第６の複数の測定導体、第７の複数の測定導体、及び第８の複数の測定導体のそれぞれの端部を接続するように配置されており、第１の戻りコイルの第１の端部は、第１の測定コイルの第２の端部に結合されており、第１の戻りコイルは、第１の円周方向とは反対の方向に経路の周りを進行し、第２の戻りコイルの第１の端部は、第２の測定コイルの第２の端部に結合されており、第２の戻りコイルは、第２の円周方向とは反対の方向に経路の周りを進行し、第１の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適であり、第２の測定コイルの第１の端部は、測定回路に結合するのに好適である。
【0049】
第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルは、第１の戻りコイルの第１の巻きが、第２の半径方向平面内に位置する第５の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第７の複数の測定導体のうちの測定導体を備え、また第２の戻りコイルの第１の巻きが、第２の半径方向平面内に位置する第６の複数の測定導体のうちの測定導体、及び第８の複数の測定導体のうちの測定導体を備え、第２の半径方向平面が、円周方向に第１の半径方向平面に隣接するように、インターリーブされ得る。
【0050】
電流変化率センサは、第１の測定コイルに結合された第１の補償導体であって、第１の補償導体が、第１の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第１の補償導体と、第２の測定コイルに結合された第２の補償導体であって、第２の補償導体が、第２の円周方向とは反対の円周方向に、経路の周りを進行する、第２の補償導体と、を更に備え得る。
【0051】
本開示の第６の態様では、電流変化率センサが提供され、電流変化率センサは、基板であって、基板が、電流搬送導体のための経路を含む、基板と、基板上に形成された第１の測定コイルであって、基板の第１の平面内の経路を取り囲むように配置されている、第１の測定コイルと、基板上に形成された第２の測定コイルであって、基板の第１の平面内の経路を取り囲むように配置された第２の測定コイルと、を備え、第１の測定コイルは、経路の周りの円周方向に第２の測定コイルとインターリーブされる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
次に、本開示の態様を、例示としてのみ、添付の図面を参照しながら説明するが、ここで、同様の参照数字は同様の部品を指す。
【図1】ロゴスキーコイルの概略表現である。
【図2a】補償導体又は戻り導体を有するロゴスキーコイルの概略表現である。
【図2b】補償導体又は戻り導体を有する分割又は差動ロゴスキーコイルの概略表現である。
【図3】電流変化率センサと測定下での電流搬送導体との間に存在する寄生インピーダンスの概略表現である。
【図5a】測定コイルが反対方向に巻かれている、電流変化率センサのあるコイルの概略図である。
【図5b】測定コイルが反対方向に巻かれている、電流変化率センサの別のコイルの概略図である。
【図7a】測定コイルが同じ方向に巻かれている、電流変化率センサのあるコイルの概略図である。
【図7b】測定コイルが同じ方向に巻かれている、電流変化率センサの別のコイルの概略図である。
【図9a】戻りコイルが提供される、電流変化率センサのあるコイルの概略図である。
【図9b】戻りコイルが提供される、電流変化率センサの別のコイルの概略図である。
【図25】複数のコイルセグメントで構成された電流変化率センサの代替的な実装形態である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
既知のロゴスキーコイルは、静電結合されたノイズ、及び磁気結合されたノイズの両方、例えば、ロゴスキーコイルの近くにある他の電流搬送導体によるノイズによって負の影響を受けることがある。差動ロゴスキーコイルへの静電結合されたノイズは、各差動コイルにおいて異なることがあり、これは、それを容易にキャンセル又は除去することができないことを意味する。更に、例えば、補償導体又は戻り導体を使用して、磁気結合されたノイズを除去する解決策は、ロゴスキーコイルのプリント回路基板の実装において実装することが難しい場合がある。
【0054】
図１は、既知のロゴスキーコイルの図である。電流搬送導体１００を通って流れる電流Ｉ（ｔ）を測定するために、電流搬送導体１００が測定コイルを通過するように、測定コイル１０２が配置されている。測定コイル１０２は、ヘリックスとして巻かれ、ヘリックスのループ又は巻きが断面積１０４、Ａを囲むようになっている。電流搬送導体１００は、例えば、バスバーであり得る。
【0055】
電流搬送導体１００内の電流Ｉ（ｔ）が変化すると、電流によって生成される場も変化する。測定コイルの位置決めは、電流変化率ｄＩ／ｄｔに比例する電圧を測定コイル１０２内に誘導する。したがって、測定コイルの出力ｖ（ｔ）を積分することは、電流に比例する値を提供する。コイルの各巻き又はループは、電流搬送導体の進行に垂直な平面内に測定領域１０４を形成している。
【0056】
しかしながら、測定コイル内で誘導される電圧は、ユーザが測定しようとしていない外部導体の影響を受け得る。複数の測定領域１０４を形成するコイルのループと同様に、コイル自体の進行はまた、電流搬送導体の平面内に単一のループを効果的に形成している。この単一のループへの磁場の結合に対処するために、補償導体が含まれ得る。
【0057】
補償導体を含むロゴスキーコイルが図２ａに示されている。測定コイル２００は、コイルの一方の端部に外部回路接続ノード２０４を有するほぼ完全なループとして形成されている。コイルの他方の端部は、ノード２０６において補償導体２０２に取り付けられている。補償導体２０２は、測定コイル２００によって形成されたループ経路に沿って、第２の外部回路接続ノード２０８に戻る。いくつかの例では、補償導体は、戻り導体又は戻りワイヤと呼ばれることがある。
【0058】
補償導体２０２は、補償導体２０２が、測定コイルによって形成されたループ経路に沿って、又はそれを通って戻るように、測定コイル２００とは反対の円周方向に、単一の巻きループを形成する。これは、補償導体２０２における磁気結合が、測定コイル２００の大きな単一の巻き領域における磁気結合とは反対であることを効果的にもたらす。
【0059】
図２ｂは、静電結合の影響を低減するために使用され得る、差動コイル（又は分割／セグメント化されたコイル）を示している。ロゴスキーコイルは、２つの半分のコイル２１０、２１２として提供され、各半分のコイルが約１８０°進行するようになっている。第１の半分のコイル２１０は、コイルＰと呼ばれることがあり、第２の半分のコイル２１２は、コイルＮと呼ばれることがある。
【0060】
第１の半分のコイル２１０の第１の端部は、接続ノード２１６に結合されている。第１の半分のコイル２１０の第２の端部は、接続ノード２１８において補償導体２１４の第１の端部に結合されている。補償ワイヤ２１４の第２の端部は、接続ノード２２０において第２の半分のコイル２１２の第１の端部に結合されている。第２の半分のコイル２１２の第２の端部は、接続ノード２２２に結合されている。ノード２１８又は２２０は、接地又は共通の基準に接続され得る。
【0061】
各半分のコイルは、電流を差動的に検知するように設計されているが、静電結合はコモンモードである。コイルの出力に接続された差動増幅器を使用することによって、静電結合は排除され得る。しかしながら、２つのコイル半分間の静電結合の量の間の任意の差は、差動増幅器の出力における誤差につながり得る。例えば、電流搬送導体１００の位置における任意のオフセット（２つの半分のコイルの間に中心に位置しないように配置される電流搬送導体）は、コイルＰ２１０内の静電結合をコイルＮ２１２内の静電結合と異なるようにし得る。静電結合は、電流搬送導体上に存在するＡＣ電圧から、又はＡＣ電圧（ｄｖ／ｄｔ）信号を有する近くの導体からであり得る。
【0062】
図３は、電流搬送導体、つまりバスバーと電流測定コイルの巻きとの間に存在する寄生容量の例を示している。コイルＰ３０４は、いくつかの巻き、又はループ、ＰＯＳ巻き１～ＰＯＳ巻きＮで構成されている。コイルＮ３０６は、いくつかの巻き、又はループ、ＮＥＧ巻き１～ＮＥＧ巻きＮで構成されている。測定コイルと電流搬送導体との物理的近接のために、電流搬送導体３０２と測定コイル３０４、３０６との間に寄生容量が存在する。ＡＣ電圧が電流搬送導体上に存在する場合、例えば、ＡＣ電圧３０８、望ましくない電圧は、寄生容量を介して電流測定コイルに注入され得る。
【0063】
コイルＰの各巻き、ＰＯＳ巻き１～ＰＯＳ巻きＮは、それぞれの寄生抵抗、ＲＰ１～ＲＰＮ、及びそれぞれの寄生容量、ＣＰ１～ＣＰＮを含む。寄生抵抗は、測定コイルの抵抗、又は、測定コイルがＰＣＢ上に実装される場合は測定コイルを構成する銅トレースの抵抗によって引き起こされる。前述のように、寄生容量は、測定コイルと電流搬送導体又はバスバー３０２との近接によって引き起こされる。同様に、コイルＮ、ＮＥＧ巻き１～ＮＥＧの巻きＮの各巻きは、それぞれの寄生抵抗、ＲＮ１～ＲＮＮ、及びそれぞれの寄生容量、ＣＮ１～ＣＮＮを含む。
【0064】
図４は、電流搬送導体と測定コイルとの間の寄生容量の簡略化された等価静電モデルを示している。容量、ＣＰ１～ＣＰＮ及びＣＮ１～ＣＮＮは、ＣＰがコイルＰ３０４と電流搬送導体３０２との間の総寄生容量を表し、ＣＮがコイルＮ３０６と電流搬送導体３０２との間の総寄生容量を表すように、それぞれＣＰ及びＣＮとして簡略化され得る。抵抗、ＲＰ１～ＲＰＮ及びＲＮ１～ＲＮＮは、ＲＰがコイルＰ３０４の総抵抗を表し、ＲＮがコイルＮの総抵抗を表すように、それぞれ、ＲＰ及びＲＮとして簡略化され得る。これらの寄生成分インピーダンスは、関心対象の周波数でのテベニンインピーダンスである。
【0065】
コイルＰ３０４及びコイルＮ３０６に結合されたノイズ（導体の電圧からの偽信号）は、対応する寄生成分間のインピーダンス分割器によって決定され得る。したがって、ＣＰ≠ＣＮ又はＲＰ≠ＲＮのときはいつでも、ＡＣ電圧３０８によるコイルＰ３０４及びコイルＮ３０６への誘導ノイズは異なるはずである。電流搬送導体又はバスバー３０２がコイルＰ３０４及びコイルＮ３０６の中心にないような任意のオフセットは、バスバー３０２のコイルに対する相対位置が異なるため、寄生容量ＣＰ及びＣＮの差を引き起こし得る。これは、測定コイルの結合が異なることをもたらす。同様に、コイルの寄生抵抗の任意の差は、異なるコイルへの結合をもたらし得る。静電結合は、電流搬送導体上に存在するＡＣ電圧から、又はＡＣ電圧（ｄｖ／ｄｔ）信号を有する近くの導体からであり得る。
【0066】
２つの完全なコイル、すなわち、各々、３６０°、又は約３６０°進行するコイルを含む差動コイルを提供することは、電流搬送導体３０２の位置にかかわらず、各コイルと電流搬送導体３０２との間の寄生容量のより近い一致を提供することによって、電流搬送導体１００の位置に対する感度を大幅に低減させ得る。３６０°配線は、２つのコイルを、両方が電流搬送導体に対して、平均して、同じ距離であるように位置決めされることを可能にし得る。これはまた、各コイルが同じ経路に従うように、同じコモンモードの静電結合を受けることを確実にする。
【0067】
しかしながら、静電結合の均衡を改善する電流測定コイルを提供する一方で、外部磁場を排除するコイルを提供することが依然として重要であり得る。
【0068】
そこで、外部測定回路でキャンセルされ得る均衡した静電ノイズ結合を提供するために、いくつかの電流変化率センサレイアウトが提案されている。
【0069】
図５ａ、図５ｂ、及び図５ｃは、電流搬送導体５００内の電流を測定するための差動電流変化率センサ５０２の図を示している。経路、孔、又は開口は、電流搬送導体５００に提供され得る。図５ｃは、コイルＰ、コイルＮ、及びそれらのそれぞれの補償導体を含む、完全な電流変化率センサを示している。図５ａは、第１の測定コイル、コイルＰ５０４、及びそのそれぞれの第１の補償導体５０６を示している。図５ｂは、第２の測定コイル、コイルＮ５０８、及びそのそれぞれの第２の補償導体５１０を示している。測定コイルＰ５０４の前進経路は、第１の測定コイル及び第２の測定コイルが実質的に反対方向に進行するように、測定コイルＮ５０８の前進経路とは反対の円周方向にある。
【0070】
第１の測定コイルＰ５０４の第１の端部は、端子又はノード５１２で始まり、電流搬送導体５００に対して反時計回りの方向（又は代替の実装形態では、時計回りの方向）に進行又は移動し、第２の端部又はノード５１４で終端する。第１の補償導体５０６は、図５ａに表される例では、電流搬送導体５００に対して時計回りに、ノード５１４からノード５１６まで、コイルＰ５０４に対して反対方向に移動又は進行する。補償導体５０６の第１の端部５１４は、測定コイルＰ５０４の第２の端部５１４に結合されている。
【0071】
第２の測定コイルＮ５０８の第１の端部は、端子５１８で始まり、電流搬送導体５００に対して時計回りの方向（又は代替の実装形態では、反時計回りの方向）に進行又は移動し、第２の端部又はノード５２０で終端する。第２の補償導体５１０は、図５ｂに表される電流搬送導体５００に対して反時計回りに、ノード５２０からノード５２２まで、コイルＮ５０８に対して反対方向に移動又は進行する。補償導体５１０の第１の端部５１４は、測定コイルＮ５０８の第２の端部５２０に結合されている。
【0072】
図５ａ～図５ｃの概略図は、コイルＰ５０４及びコイルＮの両方が、電流搬送導体のための経路を取り囲むように、実質的に電流搬送導体５００の周りを進行していることを示している。経路を取り囲むことは、１８０°～３６０°の間で経路の周りを進行する測定コイルとして定義され得る。例えば、実質的に３６０°進行することは、図４に示されるように、優れた均衡した結合を提供し得る。半径方向に延在する測定導体のピッチによって、実質的に３６０°は、３６０°よりわずかに小さい場合がある。１８０°を超える進行は、依然として、コイルが１８０°を超えて進行しない回路よりも大きなコモンモード成分を有する、改善された結合を提供し得る。測定コイルは、３６０°を超えて、例えば、Ｎ＊３６０°進行してもよく、ここで、Ｎは正の整数である。このようにして、各コイルへの静電結合は依然として同じである。基板の実質的に同じ領域を横切って進行する２つの測定コイルを有するセンサを提供することによって、寄生容量ＣＰ及びＣＮは、同様又は同じであってもよい。いくつかの例では、ノード５１６及び５２２は、共通の基準、例えば、接地（とはいえ、任意の好適な基準電圧であってもよい）に対して一緒に結合され得る。更なる差動測定回路は、第１の測定コイル５０４及び第２の測定コイル５０８内の共通の静電結合されたノイズをキャンセルすることを可能にし得る。
【0073】
図５ａ～図５ｃのコイルの簡略化された回路図が、図６ａ～図６ｃに示されている。特に、第１の補償導体５０６の第２の端部５１６は、第２の補償導体５１０の第２の端部５２２に結合され得る。センサは更に、電流測定コイルによって検出された電流変化率を電流測定に変換するための回路に、差動端子５１２及び５１８を電流測定回路に結合することを通じて結合され得る。電流測定回路は本開示の主題ではないため、本明細書ではこれ以上説明されない。当業者は、使用され得る多くの既知の差動電流測定回路が存在することを理解するであろう。
【0074】
第１の測定コイル５０４の第１の端部５１２は、電流変化率センサの差動出力信号の第１の信号を提供し得、第２の測定コイル５０８の第１の端部５１８は、差動出力信号の第２の信号を提供し得る。差動出力信号は、更なる差動回路に提供又は結合され得る。
【0075】
【0076】
例えば、図７ａ、図７ｂ、及び図７ｃは、電流搬送導体５００内の電流を測定するための差動電流変化率センサ７０２の図を示している。図７ｃは、コイルＰ、コイルＮ、及びそれらのそれぞれの補償導体を含む、完全な電流変化率センサを示している。図７ａは、第１の測定コイル、コイルＰ７０４、及びそのそれぞれの第１の補償導体７０６を示している。図７ｂは、第２の測定コイル、コイルＮ７０８、及びそのそれぞれの第２の補償導体７１０を示している。測定コイルＰ７０４の前進経路は、測定コイルＮ７０８の前進経路と同じ円周方向にある。
【0077】
第１の測定コイルＰ７０４の第１の端部は、端子又はノード７１２で始まり、電流搬送導体５００に対して反時計回りの方向（又は代替の実装形態では、時計回りの方向）に進行又は移動し、第２の端部又はノード７１４で終端する。第１の補償導体７０６は、図７ａに表される例では、電流搬送導体５００に対して時計回りに、ノード７１４からノード７１６まで、コイルＰ７０４に対して反対方向に移動又は進行する。補償導体７０６の第１の端部７１４は、測定コイルＰ７０４の第２の端部７１４に結合されている。
【0078】
第２の測定コイルＮ７０８の第１の端部は、端子７１８で始まり、電流搬送導体５００に対して反時計回りの方向（又は代替の実装形態では、時計回りの方向）に進行又は移動し、第２の端部又はノード７２０で終端する。第２の補償導体７１０は、図７ｂに表される電流搬送導体５００に対して時計回りに、ノード７２０からノード７２２まで、コイルＮ７０８に対して反対方向に移動又は進行する。補償導体７１０の第１の端部７１４は、測定コイルＮ７０８の第２の端部７２０に結合されている。
【0079】
同じ方向に進行する第１及び第２の測定コイルは、反対方向に進行する測定コイルと比較して、静電結合均衡を改善し得る。コイル中心に対して同じ方向（両方とも時計回り、又は両方とも反時計回り）に両方のコイルを開始すると、各コイルの各巻きが電流搬送導体に対して同じ近接を保つはずである。
【0080】
図７ａ～図７ｃのコイルの簡略化された回路図が、図８ａ～図８ｃに示されている。特に、第１の補償導体７０６の第２の端部７１６は、第２の補償導体７１０の第２の端部７２２に結合され得る。センサは更に、電流測定コイルによって検出された電流変化率を電流測定に変換するための回路に、差動端子７１２及び７１８を電流測定回路に結合することを通じて結合され得る。電流測定回路は本開示の主題ではないため、本明細書ではこれ以上説明されない。当業者は、使用され得る多くの既知の差動電流測定回路が存在することを理解するであろう。
【0081】
第１の測定コイル７０４の第１の端部７１２は、電流変化率センサの差動出力信号の第１の信号を提供し得、第２の測定コイル７０８の第１の端部７１８は、差動出力信号の第２の信号を提供し得る。差動出力信号は、更なる差動回路に提供又は結合され得る。
【0082】
図５ａ～図８ｃの実装形態の電流変化率センサは、電流搬送導体５００のための経路の周りの実質的に同じ配線で一緒に進行する２つのコイルの提供により、改善された静電結合均衡を有するセンサを提供し得る。更に、センサは、２つの補償ワイヤを提供することを通じて、良好な磁気キャンセルを有するはずである。しかしながら、ある状況では、補償ワイヤによって提供される磁気キャンセルを依然として保持しながら、改善された電流検知感度を有するセンサを提供することも望ましい場合がある。
【0083】
例えば、図９ａ、図９ｂ、及び図９ｃは、電流搬送導体５００内の電流を測定するための差動電流変化率センサ９０２の図を示している。電流変化率センサは、２つの順方向コイル及び２つの戻りコイルと呼ばれ得る４つの電流測定コイルを含む。図９ｃは、コイルＰ、コイルＮ、及びそれらのそれぞれの戻りコイルを含む、完全な電流変化率センサを示している。図９ａは、第１の測定コイル、コイルＰ９０４、及びそのそれぞれの第１の戻りコイル９０６を示している。図９ｂは、第２の測定コイル、コイルＮ９０８、及びそのそれぞれの第２の戻りコイル９１０を示している。
【0084】
戻りコイルは、明確にするためにそのように呼ばれてきたが、戻りコイルは、測定コイルと同じ様式で電流搬送導体内の電流を測定するように作用することを理解されたい。したがって、戻りコイルはまた、測定コイルとみなされてもよく、又はそれらはそれぞれの測定コイルの一部であるとみなされてもよい。
【0085】
補償戻りワイヤは、戻りコイル又は逆方向コイルと呼ばれる二次コイルと置き換えられている。前述の設計と同様に、第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、同じ方向（この例では反時計回り）で円周方向の進行を開始する。これらのコイルは、完全な前進のために、空間的対称性を維持しながら一緒に移動する。次いで、それらは各々、同じ前進経路に従って時計回り方向に戻るそれぞれの戻りコイル又は逆方向コイルに接続する。第１の測定コイル及び第２の測定コイルの巻き、並びに第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルの巻きは、図９ａ～図９ｃに見られるように、前進経路に沿ってインターリーブされる。合計で、これは、所望のロゴスキーコイルを生成するために結合する基本的に４つの個々のコイルを作成する。
【0086】
第１の測定コイルＰ９０４の第１の端部は、端子又はノード９１２で始まり、電流搬送導体５００のための経路の周りの反時計回りの方向（又は代替の実装形態では、時計回りの方向）に進行又は移動し、第２の端部又はノード９１４で終端する。第１の戻りコイル９０６は、図９ａに表される例では、電流搬送導体又は電流搬送導体５００のための経路の周りを時計回りに、ノード９１４からノード９１６まで、コイルＰ９０４に対して反対方向に移動又は進行する。第１の戻りコイル９０６の第１の端部９１４は、測定コイルＰ９０４の第２の端部９１４に結合されている。電流変化率センサは、磁場のキャンセルを依然として提供する一方でコイル巻きの増加を提供するように、測定コイル及び戻りコイルを含むように提供され得る。
【0087】
第２の測定コイルＮ９０８の第１の端部は、端子９１８で始まり、電流搬送導体５００のための経路の周りを時計回りの方向（又は代替の実装形態では、反時計回りの方向）に、進行又は移動し、第２の端部又はノード９２０で終端する。第２の戻りコイル９１０は、図９ｂに表される電流搬送導体５００のための経路の周りを反時計回りに、ノード９２０からノード９２２まで、コイルＮ９０８に対して反対方向に移動又は進行する。第２の戻りコイル９１０の第１の端部９１４は、測定コイルＮ９０８の第２の端部９２０に結合されている。
【0088】
この実装形態では、測定コイルは、互いに対して同じ円周方向に進行するが、代替的に、コイルは、互いに対して反対方向に進行し得る。図９ａ～図９ｃの概略図は、コイルＰ９０４及びコイルＮ９０８の両方が、経路を取り囲むように、電流搬送導体５００のための経路の周りで実質的に進行していることを示している。２つの測定コイルを有するセンサを提供することによって、寄生容量ＣＰ及びＣＮは、同様又は同じであり得る。いくつかの例では、ノード９１６及び９２２は、一緒に結合され得、共通の基準、例えば、接地に結合され得る。同様に、戻りコイル９０６、９１０は、経路を取り囲むように、電流搬送導体５００のための経路の周りを実質的に進行し得る。
【0089】
図９ａ～図９ｃの簡略化された回路図が、図１０ａ～１０ｃに示されている。特に、第１の戻りコイル９０６の第２の端部９１６は、第２の戻りコイル９１０の第２の端部９２２に結合され得る。センサは、差動端子９１２、９１８を電流測定回路に結合することによって、電流測定コイルによって検出された電流変化率を電流測定に変換するように構成された回路に更に結合され得る。
【0090】
補償導体の代わりに戻りコイルを提供することによって、より多くの巻きが同じ量の空間に提供され得、これは、測定下での電流搬送導体における電流変化率に対するコイル感度を改善し得る。第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、均衡した静電結合を有し得、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルは、均衡した静電結合を有し得、その結果、静電結合は、更なる測定回路においてキャンセルされ得る。更に、第１の戻りコイルは、第１の測定コイルとは反対の円周方向に進行するにつれて、第１の測定コイルの補償導体として機能し得、第２の戻りコイルは、第２の測定コイルの補償導体として機能し得る。
【0091】
巻き数の増加（戻りコイルはまた、電流搬送導体内の電流を検知するように作用する）に起因して、出力端子９１２、９１８における出力電圧は、戻りコイルの代わりに補償導体を提供するシステムよりも大きくなり得る。
【0092】
電流変化率センサのプリント回路基板実装
電流変化率センサは、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は基板上に実装され得る。有利には、プリント回路基板上の電流変化率センサを提供することは、電流変化率センサが、電流測定装置の他の部分と同じ回路基板上、例えば、電流測定回路、増幅器、比較器、積分器と同じ回路基板上に提供されることを可能にし得る。
電流変化率センサは、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は基板上に実装され得る。有利には、プリント回路基板上の電流変化率センサを提供することは、電流変化率センサが、電流測定装置の他の部分と同じ回路基板上、例えば、電流測定回路、増幅器、比較器、積分器と同じ回路基板上に提供されることを可能にし得る。
【0093】
しかしながら、図５ａ～図１０ｃに示されるような電流測定コイルをＰＣＢ上に実装しようとするとき、それらが、平均して、電流搬送導体から同じ距離であるように、２つのコイルを配線することが困難であり得る。したがって、図３及び図４に概説されるように、各コイルと測定導体との間に提供された容量性結合が同じであることを確実にすることは困難であり得る。各コイルへの静電結合が等しく、結合が差動増幅器段によってキャンセルされ得るような、寄生容量の所望の均衡を達成するＰＣＢ上に実装される電流測定コイルを提供する必要がある。コイルが異なる領域にあった場合、静電結合は同じではない可能性があり、出力において完全にキャンセルされないか又は除去されない可能性がある。更に、静電結合の均衡を改善するコイルを作ろうとしている間、外部磁場を排除するコイルを提供することが依然として望ましいため、これは更に困難になる。
【0094】
４層実装：
図５ａ～図６ｃは、２つの電流測定コイル５０４、５０８、及び２つの補償導体５０６、５１０を備える電流変化率センサ５０２を示しており、電流測定コイルは反対方向に進行する。この電流変化率センサは、基板又はプリント回路基板（ＰＣＢ）の４層にわたって実装され得る。
図５ａ～図６ｃは、２つの電流測定コイル５０４、５０８、及び２つの補償導体５０６、５１０を備える電流変化率センサ５０２を示しており、電流測定コイルは反対方向に進行する。この電流変化率センサは、基板又はプリント回路基板（ＰＣＢ）の４層にわたって実装され得る。
【0095】
図１１は、電流搬送導体５００のための経路の周りで一緒に実質的に進行する２つの測定コイル（コイルＰ及びコイルＮ）を備える、電流変化率センサ５０２のプリント回路基板実装の二次元上面図を示している。電流搬送導体５００の周りで実質的に進行することは、電流測定コイルが、経路を取り囲むように経路の周りで実質的に進行することをもたらし得る。各測定コイルは、部分的に、いくつかの導電性測定コイルトラック／トレース（測定導体とも呼ばれる）１１０２によって形成されている。測定導体１１０２は、プリント回路基板の中心から、電流搬送導体５００から、又は経路若しくは開口の位置から半径方向に延在し得るという点で、半径方向要素であり得る。それらが延在する平面は、基板の表面又は主表面に垂直である。ロゴスキーコイル状構造は、コイルの中心にある基板／回路基板内の孔、開口、又は経路を含み得、電流搬送導体が経路を通過することを可能にする。複数の測定導体１１０２は、経路を円周方向に取り囲むように配置されている。コイルの円周方向の進行は、円周方向進行導体、又は「ねじれ」１１０６を使用して、外側円周で行われ得る。これらの円周方向進行導体は、図５ａ～図５ｃに関する説明に概説されるように、測定コイルが電流搬送導体５００に対して円周方向に進行することを可能にする。
【0096】
図１２は、図１１の電流変化率センサのＰＣＢトレース及びビアの三次元図を示している。半径方向測定導体は、ＰＣＢの基板の４つの層にわたって分布している。例えば、第１の複数の測定導体１２０２は、基板の第１の層上に位置している。この例では、第１の層は、表される最も上の層である。第２の複数の測定導体１２０４は、回路基板の第２の層上に位置しており、この例では、回路基板は、第１の層の下（ＰＣＢ基板の平面に垂直又は直角な方向）にある層である。第３の複数の測定導体１２０６は、回路基板の第３の層上に位置しており、この例では、回路基板は、第２の層の下（ＰＣＢ基板の平面に垂直又は直角な方向）にある層である。第４の複数の測定導体１２０８は、回路基板の第４の層上に位置しており、この例では、回路基板は、第３の層の下（ＰＣＢ基板の平面に垂直又は直角な方向）であり、表される最も低い層である。
【0097】
半径方向要素は、回路基板の４つの層にわたって分布しているが、回路基板自体は、必ずしも４層回路基板ではない。例えば、回路基板は、６層、８層、又は１０層を有する回路基板など、４層よりも多い層を有し得る。
【0098】
第１の複数の測定導体１２０２の各それぞれの測定導体は、第２、第３、及び第４の複数の測定導体１２０４、１２０６、１２０８からのそれぞれの測定導体と位置合わせされる。これらのそれぞれの測定導体は、基板の表面に垂直な半径方向平面に位置合わせされ、基板の表面は、基板の主表面である。概念的には、複数の測定導体７０２、７０４、７０６、及び７０８のそれぞれの測定導体を通過する平面は、コイルの半径方向に延在し、基板の平面に直角／垂直な平面であるため、本開示を通して「半径方向平面」と呼ばれることがある。
【0099】
電流変化率センサ５０２は、複数の外側円周ビア１２１０及び複数の内側円周ビア１２１４、１２１６を含む第１の複数のビアを更に備える。第１、第２、第３、及び第４の複数の測定導体のそれぞれの測定導体は、複数の外側円周ビア１２１０のそれぞれのビアに接続されている。外側円周ビア１２１０は、測定導体の外側円周の周りに形成されている。外側円周ビア１２１０は、少なくとも導電性ライニングを含み得（及び任意選択的に導電性材料で完全に充填され得る）、円周方向進行導体１２１２によって、回路基板の１つの層上の測定導体を回路基板の別の層上の測定導体と結合し得る。
【0100】
それぞれの測定導体もまた、内側円周ビア１２１４、１２１６に接続されている。内側円周ビアは、第１の円のビア１２１４が第１の直径を有し、第２の円のビア１２１６が第２の直径を有し、第１の円と第２の円が同心円であるように、２つの円で提供され得る。第１の円のビア１２１４の直径は、第２の円のビア１２１６の直径よりも小さくてもよい。この例では、第１の円のビア１２１４は、第２の円のビア１２１６よりも、測定導体のグループによって形成される円の中心に近い位置に形成されるが、「第１の」及び「第２の」は、単なる標識用語である。第１の円のビア１２１４及び第２の円のビア１２１６は各々、少なくとも導電性ライニングを含み得（及び任意選択的に導電性材料で完全に充填され得る）、複数の測定導体のうちの１つの測定導体のそれぞれの測定導体を、複数の測定導体のうちの第２の測定導体の測定導体と結合し得る。
【0101】
図１の１０４と同様の完全なループを形成する各コイルの巻きは、第１の円のビア１２１４又は第２の円のビア１２１６のうちの１つによって接続された、複数の測定導体のうちの異なる測定導体からの回路基板の異なる層上の２つの測定導体によって形成されている。例えば、第１の複数の測定導体１２０２からの測定導体、第２の複数の測定導体１２０４からの測定導体、第３の複数の測定導体１２０６からの測定導体、及び第４の複数の測定導体１２０８からの測定導体は、一緒に、第１の円のビア１２１４、第２の円のビア１２１６（コイルの内側円周上）、及び外側円周ビア１２１０（コイルの外側円周上）からのビアとともに、第１の測定コイル（コイルＰ）５０４及び第２の測定コイル（コイルＮ）５０８の巻きの一部を形成する。コイルの円周方向の進行は、代替的に、「ねじれ」又は円周方向に延在する導体として知られている接続領域１２１２を使用して、外側円周に提供される。
【0102】
単に２つの測定コイルを別々に実装すると、例えば、プリント回路基板の層１及び２にコイルＰを実装し、回路基板の層３及び４にコイルＮを実装することによると、均衡が悪くなる可能性がある。コイルは、異なる領域（例えば、基板の平面に垂直な方向の２つのコイルの平均中間点が異なる）に位置することになり、これにより図３及び図４に関して説明した寄生容量が異なることになる。コイルＮが第１の回路基板上に実装され、コイルＰが第２の回路基板上に実装された場合も同様である。
【0103】
代わりに、コイルＮとコイルＰとはインターリーブされる。これは、コイルＮ及びコイルＰが、関心対象の電流搬送導体又はバスバーから、平均して、同じ距離であり、各コイルへの静電結合が同じであり（例えば、基板のペインに垂直な方向にある２つのコイルの平均中間点は実質的に同じである）、それらが同じ平均静電結合を有することを意味する。
【0104】
図１３ａ～図１３ｃは、図１２のサブセクションを示している。説明しやすいように、図１３ａは、第２の測定コイルＮの一部を形成する測定導体のみを示しており、図１３ｂは、第１の測定コイルＰの一部を形成する測定導体のみを示している。図１３ｃは、コイルＮ及びコイルＰの両方の測定導体を示している（したがって、図１２の真のサブセクションである）。更に、図１４ａ、図１４ｂ、及び図１４ｃは、図１３ａ、図１３ｂ、及び図１３ｃのＰＣＢ実装の簡略化された概略図を表している。図１４ａ～図１４ｃは、直線的に配置されたコイルを示しているが（すなわち、中心開口を囲むのではなく、コイルがまっすぐになっているかのように、右から左へ、又は左から右へ直線的に進行している）、これは、提示の簡略化のためにのみ行われている。半径方向導体要素は、実際には、中心開口の周りに円形に配置され、内側縁部及び外側縁部に位置するビアも、図１１及び１２のように、ビアが測定導体の内側円周及び外側円周をマークするように、円形に配置されることが理解されるであろう。
【0105】
コイルＮの第１の巻き（図１３ａに見られるように）は、第１の複数の測定導体１２０２のＰＣＢの第１の層上に形成された測定導体１３０２と、第３の複数の測定導体１２０６のＰＣＢの第３の層上に形成された測定導体１３０４と、を含み、測定導体の第１の端部（開口、経路、又は電流搬送導体に近い端部）において、第１の円のビア１２１４の内側円周ビア１３０６によって接続されている。コイルＮの第２の巻きは、第２の複数の測定導体１２０４のＰＣＢの第２の層上に形成された測定導体１３０８と、第４の複数の測定導体１２０８のＰＣＢの第４の層上に形成された測定導体１３１０と、を含み、これらは、第２の円のビア１２１６の内側円周ビア１３１２によって接続されている。コイルＮの第３の巻きは、第１の複数の測定導体１２０２のＰＣＢの第１の層上に形成された測定導体１３１４と、第３の複数の測定導体１２０６のＰＣＢの第３の層上に形成された測定導体１３１６と、を含み、これらは、第１の円のビア１２０４の内側円周ビア１３１８によって接続されている。特に、コイルＮの巻きの一部を構成する測定導体は、回路基板の表面に垂直な同じ平面内にある。例えば、測定導体１３０２及び測定導体１３０４は、同じ半径方向に延在する平面上に中心に置かれ、平面は、基板の表面に垂直である。ビアはまた、半径方向要素の第２の端部が外部円周上のビアに結合されるように、測定導体のそれぞれの第２の端部（図１２の外側円周ビア１２１０）に接続されている。しかしながら、これらの外側円周ビアは、理解を容易にするためにこの図には示されていない。
【0106】
コイルＰの第１の巻き（図１３ｂに見られるように）は、第２の複数の測定導体１２０４のＰＣＢの第２の層上に形成された測定導体１３２０と、第４の複数の測定導体１２０８のＰＣＢの第４の層上に形成された測定導体１３２２と、を備え、これらは、第２の円のビア１２１６の内側円周ビア１３２４によって接続されている。コイルＰの第２の巻きは、第１の複数の測定導体１２０２のＰＣＢの第１の層上に形成された測定導体１３２６と、第３の複数の測定導体１２０６のＰＣＢの第３の層上に形成された測定導体１３２８と、を含み、これらは、第１の円のビア１２１４の内側円周ビア１３３０によって接続されている。コイルＰの第３の巻きは、第２の複数の測定導体１２０４のＰＣＢの第２の層上に形成された測定導体１３３２と、第４の複数の測定導体１２０８のＰＣＢの第４の層上に形成された測定導体１３３４と、を含み、これらは、第２の円のビア１２１６の内側円周ビア１３３６によって接続されている。コイルＮと同様に、コイルＰの各巻きを形成する測定導体は、同じ半径方向平面内にある。外側円周ビアは、理解を容易にするために図１３ｂには示されていない。
【0107】
図１３ｃに見られるように、これらの２つの測定コイルが４層回路基板上に実装される場合、それらは、コイルＮの巻き（図１３ａ）が、コイルＰの巻き（図１３ｂ）と同じ半径方向に延在する平面内にあるように配置され、これにより、それらのコイルは、インターリーブされる。例えば、測定導体の第１のグループは、測定導体１３０２、１３０４、１３２０、１３２２を含む。この測定導体のグループは、回路基板又は基板の主表面に垂直な第１の半径方向平面内に位置している。測定導体の第２のグループは、測定導体１３０８、１３１０、１３２６、及び１３２８を含む。測定導体の第２のグループは、回路基板又は基板の主表面に垂直な第２の半径方向平面内に位置している。測定導体の第３のグループは、回路基板又は基板の主要な表面に垂直な第３の半径方向平面内に位置している測定導体１３１４、１３１６、１３３２、及び１３３４を含む。測定導体の各グループは、コイルＮの一部を形成する２つの測定導体と、コイルＰの一部を形成する２つの測定導体と、を含む。
【0108】
コイルＰの巻きの一部及びコイルＮの巻きの一部は、同じ平面内に位置している。回路基板の第１の層上に実装された測定導体１３０２、及び回路基板の第３の層上に実装された測定導体１３０４は、コイルＮの一部を形成する。回路基板の第２の層上に実装された測定導体１３２０、及び回路基板の第４の層上に実装された測定導体１３２２は、コイルＰの一部を形成する。各連続する巻きに対して、コイルＮが占める層と、コイルＰが占める層とが入れ替わる。例えば、コイルＮの第２の巻きは、回路基板の第２の層上に実装された測定導体１３０８と、第４の層上に実装された測定導体１３１０とを、含む。コイルＰの第２の巻きは、回路基板の第１の層上に実装された測定導体１３２６と、回路基板の第３の層上に実装された測定導体１３２８と、を含む。
【0109】
この配置は、コイルＮの第１の巻きの一部が層１及び３上に配置され、コイルＰの第１の巻きの一部が層２及び４上に配置されることをもたらす。第２の巻きでは、コイルＮの測定導体は、層２及び４上に配置され、コイルＰの測定導体は、層１及び３上に配置されている。各コイルを交互に配線するために使用される層のこの交互のパターンは、コイルが回路基板の周りを進むにつれて継続する。別の言い方をすると、コイルＮ及びコイルＰの第１の巻きについて、コイルＮは、第１の複数の測定導体１２０２及び第３の複数の測定導体１２０６の測定導体を備え、コイルＰは、第２の複数の測定導体１２０４及び第４の複数の測定導体１２０８の測定導体を備える。コイルＮ及びコイルＰの第２の巻きのために、コイルＮは、第２の複数の測定導体１２０４及び第４の複数の測定導体１２０８の測定導体を備え、コイルＰは、第１の複数の測定導体１２０２及び第３の複数の測定導体１２０６の測定導体を備える。巻きごとに、コイルは、使用される測定導体を交互にする。
【0110】
このインターリーブされた配置は、改善された静電結合性能を提供し得る。例えば、ＰＣＢの最上面の近くに外部の干渉するＡＣ電圧搬送（ｄｖ／ｄｔ）導体、又は一般的に、ＰＣＢの直上に存在する望ましくない場が存在し得る。両方のコイルは、ＰＣＢの第１の層上に同じ巻き数を含むので、同じ静電結合が各コイルで生じるはずである。
【0111】
補償導体１２０６、１２１０は、回路基板の周りに含まれ得る。例えば、補償導体は、コイルの外側円周ビア１２１０の近くに位置し、コイルの外側円周ビア１２１０の間に巻かれた蛇行導体の形態を取ることができる。
【0112】
内側円周のビアは、測定導体のグループを形成する４つの測定導体が、測定導体のグループが形成されるのと同じ半径方向平面内に接続されることを可能にするように、２つの同心円１２１４、１２１６として配置され得る。コイルＮは、第１の円のビア１２１４と、内側円周ビアの第２の円のビア１２１６と、を交互に使用する。コイルＰは、第１の円のビア１２１４と、内側円周ビアの第２の円のビア１２１６と、を交互に使用する。
【0113】
例えば、コイルＮの１３０２、１３０４の測定導体は、第１の円のビア１２１４のビア１３０６を使用して接続されており、コイルＰの測定導体１３２０、１３２２は、第２の円のビア１２１６のビア１３２４を使用して接続されている。コイルＮの測定導体１３０８、１３１０は、第２の円のビア１２１６のビア１３１２を使用して接続されており、コイルＰの測定導体１３２６、１３２８は、第１の円のビア１２１４のビア１３３０を使用して接続されている。一般に、第１の複数の測定導体１２０２及び第３の複数の測定導体１２０６の測定導体は、第１の円ビア１２１４を使用して接続され得る。第２の複数の測定導体１２０４及び第４の複数の測定導体１２０８の測定導体は、第２の円ビア１２１６を使用して接続され得る。ビアはこのように説明されているが、それらはまた、反対の様式で接続され得、例えば、第１の複数の測定導体１２０２及び第３の複数の測定導体１２０６の測定導体は、第２の円ビア１２１６を使用して接続され得、第２の複数の測定導体１２０４及び第４の複数の測定導体１２０８の測定導体は、第１の円ビア１２１４を使用して接続され得る。各コイル、つまりコイルＮ及びコイルＰが、この交互の様式で同じ数の第１の円のビア及び第２の円のビアを使用するので、コイルによって囲まれる面積は、平均して、同じままである。これは、コイルが測定下での電流搬送導体から均衡した結合を提供し得ることを確実にする。
【0114】
図１４ａは、コイルＮ及びそのそれぞれの第１の補償導体を構成する導電性ＰＣＢトレースを示している。図１４ｂは、コイルＰ及び第２の補償導体を構成する導電性ＰＣＢトレースを示している。図１４ｃは、コイルＮ及びコイルＰがどのように組み合わされて、差動電流変化率センサを形成し得るかを示している。図１４ａ～図１４ｃの特徴の多くは、図１３ａ～図１３ｃの特徴と同じであるが、図１４ａ～図１４ｃは、コイルの外側円周での接続、及び補償導体の配置をより明確に示している。図には凡例が提供されており、基板の異なる層上の測定導体は、異なる線形式を使用して表されている。測定導体は、理解を容易にするために、同じ半径方向平面内に直接にあるものではなく、互いに隣接するものとして表されている。
【0115】
外部円周では、コイルＰの円周方向の進行は、測定導体をそれぞれの外側円周ビアに接続する円周方向の進行要素を使用して提供され得る。これらの円周方向進行導体は、測定コイルが接続ノードから円周方向に進行し、更なる測定導体に接続することを可能にする。
【0116】
例えば、コイルＰ５０４は、円周方向に延在する導体１４０２を使用して、接続ノード５１２からノード５１４まで反時計回りに進行する。外側円周ビア１４０４は、回路基板の１つの層上の円周方向に延在する導体を回路基板の別の層上の導体に接続し、円周方向に延在する導体１４０２が、回路基板の主要な表面に垂直な１つの平面内の測定導体を別の平面内の測定導体に接続することを可能にする。
【0117】
コイルＮは、外側円周ビア１４０８に接続された円周方向に延在する導体１４０６を使用して、電流搬送導体に対して時計回りの方向に、接続ノード５１８からノード５２０まで進行する。
【0118】
第１の補償導体５０６及び第２の補償導体５１０もまた、図１４ａ～図１４ｃの概略図上に提供されている。第１の補償導体は、それがコイルＰとは反対の円周方向に、コイルＰの円周導体１４０２に隣接して蛇行して、ノード５１４からノード５１６に戻るように提供される。第２の補償導体は、それがコイルＮの円周導体１４０６に隣接して蛇行するように提供される。この様式で、それぞれの測定コイルの円周方向に延在する要素に密接に従うことにより、補償導体によって形成される単一のループが、測定コイルによって形成される単一のループと同じ、又は可能な限り類似していることが確実となる。
【0119】
補償導体は、回路基板の４つの層にわたって形成され、これらの層の間で交互に形成されている。補償導体は、円周方向に進行する回路基板１４１０上の導電性トレースから形成されている。補償導体トレース１４１０は、回路基板の４つの層にわたって、第１の外側円周ビア１４１２と第２の外側円周ビア１４１４との間で交互に走っている。
【0120】
【0121】
２層実装
測定コイルが回路基板の４つの層にわたって反対の方向又は検知で実装される上述した電流変化率センサと同様に、差動電流センサはまた、回路基板の２つの層にわたって実装され得る。例えば、図５ａ～図５ｃの実装形態は、図１１～図１４のように、回路基板の主表面に垂直な平面内でインターリーブされるのではなく、コイルＮ及びコイルＰが回路基板の主表面に平行な平面内でインターリーブされるように、回路基板の２つの層にわたって実装され得る。有益なことに、２層回路基板の実装は、４層回路基板の実装と比較して簡略化された製造要求を提供し得、ノイズ結合の排除に関して依然として良好な性能を維持しながら、電流変化率センサを生成するためのコストを低減し得る。
測定コイルが回路基板の４つの層にわたって反対の方向又は検知で実装される上述した電流変化率センサと同様に、差動電流センサはまた、回路基板の２つの層にわたって実装され得る。例えば、図５ａ～図５ｃの実装形態は、図１１～図１４のように、回路基板の主表面に垂直な平面内でインターリーブされるのではなく、コイルＮ及びコイルＰが回路基板の主表面に平行な平面内でインターリーブされるように、回路基板の２つの層にわたって実装され得る。有益なことに、２層回路基板の実装は、４層回路基板の実装と比較して簡略化された製造要求を提供し得、ノイズ結合の排除に関して依然として良好な性能を維持しながら、電流変化率センサを生成するためのコストを低減し得る。
【0122】
図１５ａ～図１５ｃは、図５ａ～図５ｃによる電流変化率センサの２層実装のサブセクションの概略表現であり、ここで、第１及び第２の測定コイルは、電流搬送導体５００のための中心経路の周りの反対方向に進行する。図１５ａ～図１５ｃは、直線的に配置されたコイルを示しているが（すなわち、中心開口を囲むのではなく、コイルがまっすぐになっているかのように、右から左へ、又は左から右へ直線的に進行している）、これは、提示の簡略化のためにのみ行われている。半径方向導体要素は、実際には、中心開口又は経路の周りに円形に配置され、内側縁部及び外側縁部に位置するビアも、ビアが測定導体の内側円周及び外側円周をマークするように、円形に配置されることが理解されるであろう。２層実装のいくつかの態様は、４層実装のものと同じであり、図１１～図１４に関する記載は、２層実装の記載を考慮するときにも留意されるべきである。
【0123】
図１５ａは、第１の測定コイルＰ５０４及びその第１の補償導体５０６のサブセクションの概略図を示している。図１５ｂは、第２の測定コイルＮ５０８及び第２の補償導体５１０のサブセクションの概略図を示している。図１５ｃは、回路基板の２つの層にわたって実装された、図１５ａ及び図１５ｂの両方の特徴を含む概略図を示している。図には凡例が提供されており、基板の異なる層上の測定導体は、異なる線形式を使用して表されている。測定導体は、理解を容易にするために、同じ半径方向平面内に直接にあるものではなく、互いに隣接するものとして表されている。
【0124】
コイルＮ及びコイルＰは、回路基板の２つの層にわたって配置され、コイルＮの巻きが、回路基板の表面に垂直な半径方向に延在する平面内に形成され、続いて、回路基板の表面に垂直な異なる半径方向に延在する平面内に形成されたコイルＰの巻きが形成されるように、インターリーブされる。例えば、コイルＰ１５０２の第１の巻きは、回路基板の２つの層上に形成され、次に、コイルＮ１５０４の第１の巻きは、コイルＰの第１の巻きに隣接する半径方向平面内の回路基板の２つの層上に形成され、次に、コイルＰ１５０６の第２の巻きは、コイルＮの第１の巻きに隣接する半径方向平面内の回路基板の２つの層上に形成される。このようにして測定コイルの巻きをインターリーブすることにより、測定コイルは、両方とも、電流搬送導体５００のための経路の周りに実質的に進行することが可能になり、一方で、依然として、関心対象の電流搬送導体に対して、平均して、同じ距離を維持している。コイルＰの巻き及びコイルＮの巻きは、コイルＰの巻きが、コイルＮの巻きに対して、異なるが隣接する半径方向に延在する平面内にあるように、隣接している。
【0125】
第１の複数の測定導体は、基板又は回路基板の第１の層上に位置し得、第２の複数の測定導体は、回路基板の第２の層上に位置し得る。第１の複数の測定導体の各それぞれの測定導体は、基板の表面に垂直な平面内で第２の複数の測定導体のそれぞれの測定導体と位置合わせされており、平面は半径方向に延在している。第１の測定コイルＰ５０４の巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体１５０８と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体１５１０と、を含み得る。これらの測定導体１５０８、１５１０は、同じ半径方向に延在する平面（すなわち、回路基板の表面に垂直な平面）内に形成される。第１の層上の測定導体１５０８及び第２の層上の測定導体１５１０は、内側円周ビア１５１２によって接続され得る。
【0126】
第２の測定コイルＮ５０８の巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体１５１４と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体１５１６と、を含み得る。第１の層上の測定導体１５１４及び第２の層上の測定導体１５１６は、内側円周ビア１５１８によって接続され得る。
【0127】
外部円周では、コイルＰの円周方向の進行は、測定導体をそれぞれの外側円周ビアに接続する円周方向の進行要素を使用して提供され得る。これらの円周方向進行導体は、測定コイルが接続ノードから円周方向に進行し、更なる測定導体に接続することを可能にする。
【0128】
例えば、第１の測定コイルＰ５０４は、円周方向に延在する導体１５２０を使用して、接続ノード５１２からノード５１４まで、電流搬送導体５００のための経路の周りを反時計回り方向に進行する。外側円周ビア１５２２は、回路基板の１つの層上の円周方向に延在する導体を回路基板の別の層上の導体に接続し、円周方向に延在する導体１５２０が１つの半径方向平面内の測定導体を隣接する半径方向平面内の測定導体に接続することを可能にする。
【0129】
第２の測定コイルＮ５０８は、接続ノード５１８からノード５２０まで、電流搬送導体５００のための経路の周りを時計回りの方向に進行する。
【0130】
第１の補償導体５０６及び第２の補償導体５１０もまた、図１５ａ～図１５ｃの概略図に提供されている。第１の補償導体は、それがコイルＰとは反対の円周方向に、コイルＰの円周導体１５２０に隣接して蛇行して、ノード５１４からノード５１６に戻るように提供されている。第２の補償導体は、それがコイルＮの反対の円周方向に、コイルＮの円周方向の導体に隣接して蛇行して、ノード５２０から５２２に戻るように提供されている。このようにして、それぞれの測定コイルの円周方向に延在する要素に密接に従うことは、補償導体によって形成される単一のループが、測定コイルによって形成される単一のループと同じ、又は可能な限り同様になる可能性がある。
【0131】
補償導体は、回路基板の２つの層にわたって形成され、これらの層の間で交互に形成されている。補償導体は、円周方向に進行する回路基板１５２４上の導電性トレースから形成されている。補償導体トレース１５２４は、回路基板の２つの層にわたって、第１の外側円周ビア１５２６と第２の外側円周ビア１５２８との間で交互に走っている。
【0132】
補償導体は、補償導体が、回路基板の第１及び第２の層にわたって交互の順序で形成された導体のセグメントを備えるように、回路基板の２つの層にわたって形成され得る。これは、第１の補償導体のセグメント１５２４が、回路基板の第１の層及び回路基板の第２の層の上に交互のパターンで形成されている図１５ａ～図１５ｃに見られる。このパターンは、回路基板の交互の層上に配置された多数の円周方向に進行するセグメント１５２４から補償導体が形成されるように、継続する。
【0133】
第２の補償コイルは、回路基板の第１及び第２の層上のセグメント１５３０を使用して、類似の様式で形成されている。
【0134】
図１１～図１５は、図５ａ～図５ｃのように、２つの測定コイルが反対の円周方向に進行するように配置される、電流変化率センサの実装形態に関する。しかしながら、それらはまた、図７ａ～図７ｃのように、測定コイルが同じ円周方向に進行するように実装され得る。
【0135】
反対方向の測定コイルは、コイル上に対称的に中心を置かれていない干渉導体に起因する図３及び図４に示される寄生インピーダンスの不完全な一致によって引き起こされ得る容量性結合を完全に排除しない場合がある。例えば、ＰＯＳ巻き１の寄生インピーダンスがＮＥＧ巻き１の寄生インピーダンスに等しく、巻きＮまでのコイルＰ及びコイルＮの全ての回転に同じことが当てはまった場合、第１の測定コイルと第２の測定コイルとの間に差動電圧が存在しないように、完璧なインピーダンス均衡が存在するはずである。しかしながら、電流搬送導体が、ＮＥＧ巻き１よりもＰＯＳ巻き１に物理的に近かったように中心がずれている場合、各巻きの電流搬送導体への寄生容量はわずかに異なることになり、これは、図４の等価回路におけるインピーダンスの不一致をもたらす。コイルを反対方向に配線することは、コイルが異なる経路に従うことをもたらし得る。
【0136】
したがって、寄生インピーダンスの均衡を更に改善するための潜在的な解決策は、コイルの接続ノードに接続され得る差動測定回路の端子からほぼ同じ様式で両方のコイルを配線することである。両方のコイルを、コイルの中心の周りで同じ円周方向に従うように開始すること（例えば、コイルＮ及びコイルＰの両方が時計回りに進行する、又はコイルＮ及びコイルＰの両方が反時計回りに進行する）は、コイルの各巻きを電流搬送導体又は干渉源から同じ距離に保ち得、コイルの端子又は接続ノード（例えば、７１８、７１２、７１６、及び７２２）を互いに近くに保ち得る。
【0137】
両方のコイルを同じ方向に進行させることは、両方のコイルが一緒に移動するという点で、コイルの完全な前進のために空間的対称性を維持しながら、それらが同じ経路に従うことを可能にし得る。それは更に、接続ノード７１２、７１６、７１８、及び７２２がコイルの同じ側に位置決めされることを可能にし得、これは、全ての接続ノードが互いに近いので、測定回路を接続することを容易にし得る。
【0138】
図１６ａ～図１６ｃは、図７ａ～図７ｃによる２層同方向実装形態の配置の概略図を示している。図１６ａは、第１の測定コイルＰ７０４及び第２の測定コイルＮ７０８の両方を構成する導電性トレースを示している。図１６ｂは、コイルＮ及びコイルＰの補償導体を構成する導電性トレースを示している。図１６ｃは、コイルＮ、コイルＰ、及びそれらのそれぞれの補償導体の両方を含む、完全な電流変化率センサを示している。図には凡例が提供されており、基板の異なる層上の測定導体は、異なる線形式を使用して表されている。測定導体は、理解を容易にするために、同じ半径方向平面内に直接にあるものではなく、互いに隣接するものとして表されている。
【0139】
図１６ａ～図１６ｃは、直線的に配置されたコイルを示しているが（すなわち、中心開口又は経路５００を取り囲むのではなく、コイルがまっすぐになっているかのように、右から左へ、又は左から右へ直線的に進行している）、これは、提示の簡略化のためにのみ行われている。半径方向導体要素は、実際には、電流搬送導体５００のための経路の周りの円形に配置され、内側縁部及び外側縁部に位置するビアも、ビアが測定導体の内側円周及び外側円周をマークするように、円形に配置されることが理解されるであろう。２層実装のいくつかの態様は、４層及び２層の反対方向の実装形態におけるものと同じであり、図１１～図１５に関する記載は、２層の同じ方向の実装形態の記載を考慮するときにも留意されるべきである。
【0140】
コイルＮ及びコイルＰは、回路基板の２つの層にわたって配置され、コイルＮの第１の巻きが、回路基板の表面に垂直な半径方向に延在する平面内に形成され、続いて、回路基板の表面に垂直な半径方向に延在する平面内に形成され、コイルＮの第１の巻きに円周方向に隣接するコイルＰの第１の巻きが形成されるようにインターリーブされる。例えば、コイルＰ１６０２の第１の巻きが、回路基板の２つの層上に形成され、次に、コイルＮ１６０４の巻きが、コイルＰ１６０２の第１の巻きに円周方向に隣接し、回路基板の２つの層上に形成され、次に、コイルＰ１６０６の第２の巻きが、コイルＮの第１の巻きに円周方向に隣接し、回路基板の２つの層上に形成されている。このように測定コイルの巻きをインターリーブすることで、測定コイルが経路又は回路基板の周りを一緒に進行する一方で、依然として、関心対象の電流搬送導体に対して、平均して、同じ距離を維持することができる。例えば、経路の周りを実質的に、例えば、３６０°進行する。コイルＰの巻き及びコイルＮの巻きは、コイルＰの巻きが、コイルＮの巻きに対して、異なるが円周方向に隣接する半径方向に延在する平面内にあるように、円周方向に隣接している。
【0141】
第１の複数の測定導体は、基板又は回路基板の第１の層上に位置し得、第２の複数の測定導体は、回路基板の第２の層上に位置し得る。第１の複数の測定導体及び第２の複数の測定導体のそれぞれの測定導体は、基板の表面に垂直な同じ半径方向に延在する平面内に位置している。コイルＰの巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体１６０８と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体１６１０と、を含む。これらの測定導体は、同じ半径方向に延在する平面（すなわち、回路基板の表面に垂直な平面）に形成されている。第１の複数の測定導体のうちの測定導体１６０８と第２の複数の測定導体のうちの測定導体１６１０とは、内側円周ビア１６１２によって接続され得、内側円周ビアは、測定導体と同じ半径方向平面内に位置し得る。
【0142】
コイルＮの巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体１６１４と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体１６１６と、を含む。第１の層上の測定導体１６１４及び第２の層上の測定導体１６１６は、内側円周ビア１６１８によって接続され得、内側円周ビアは、測定導体と同じ半径方向平面内に位置している。
【0143】
外部円周では、コイルＰの円周方向の進行は、測定導体をそれぞれの外側円周ビアに接続する円周方向の進行要素を使用して提供され得る。これらの円周方向進行導体は、測定コイルが接続ノードから円周方向に進行し、更なる測定導体に接続することを可能にする。
【0144】
例えば、コイルＰ７０４は、円周方向に延在する導体１６２０を使用して、接続ノード７１２からノード７１４まで、電流搬送導体の周りを反時計回り方向に進行する。円周方向に延在する導体は、外側円周でビアに接続され、これは、１つの半径方向に延在する平面内の測定導体を、異なる半径方向に延在する平面内の半径方向に延在する要素に接続することを可能にする。コイルＮは、接続ノード７１８からノード７２０まで、電流搬送導体の周りを反時計回り方向に進行する。この図は、両方の測定コイルが反時計回りの方向に進行することを示す一方、測定コイルは、代替的に、両方とも時計回りの方向に進行し得る。
【0145】
第１の補償導体７０６及び第２の補償導体７１０もまた、図１６ａ～図１６ｃの概略図に提供されている。第１の補償導体は、それがコイルＰとは反対の円周方向に、コイルＰの円周方向進行導体１６２０に隣接して蛇行して、ノード７１４からノード７１６に戻るように提供されている。第２の補償導体は、それがコイルＮの円周方向進行導体１６２０に隣接して蛇行するように提供される。この様式で、それぞれの測定コイルの円周方向に延在する要素に密接に従うことにより、補償導体によって形成される単一のループが、測定コイルによって形成される単一のループと同じ、又は可能な限り類似していることを意味し得る。
【0146】
補償導体は、回路基板の２つの層にわたって形成され、これらの層の間で交互に形成されている。補償導体は、円周方向に進行する回路基板１６２２上の導電性トレースから形成されている。補償導体トレース１６２２は、回路基板の２つの層にわたって走っている。
【0147】
補償導体は、コイルの前進とは反対のキャンセルループを形成することによって、外部の横場に対して少なくともいくつかの磁気イミュニティを提供し得る。この補償導体は、磁気イミュニティを犠牲にすることなく、二次コイル又は戻りコイルに置き換えられ得る。したがって、いくつかの実装形態では、電流変化率センサは、補償導体を含まず、代わりに、図９ａ～図９ｃに示されるように、更なるコイルを含み得る。このようにして更なるコイルを提供することで、より多くの巻きが電流センサに含まれることを可能にし得、これは、戻りコイルの巻きも電流測定を提供するためである。より多数のコイルの巻きを含めることは、測定される同じ電流に対してより大きな出力電圧を提供する、測定下での電流に対する向上した感度を提供し得る。
【0148】
図１７は、電流変化率センサ９０２のプリント回路基板実装形態の二次元上面図を示している。図９ａ～図９ｃと同様に、電流変化率センサは、第１の測定コイル（コイルＰ）９０４、第２の測定コイル（コイルＮ）９０８、第１の戻りコイル９０６、及び第２の戻りコイル９１０を含む。図１８及び図１９は、図１７のサブセクションを示しており、図１８は、第１の測定コイル９０４及び第２の測定コイル９０８を形成する導体を示している。図１９は、第１の戻りコイル９０６及び第２の戻りコイル９１０を形成する導体を示している。基板上の第１の層上の測定導体は実線として表されており、基板の第２の層上の測定導体は破線として表されている。
【0149】
測定コイル及び戻りコイルは、電流搬送導体又は経路５００の周りを、例えば、経路の周りを実質的に、例えば、経路を取り囲むように進行する。各測定コイルは、部分的に、いくつかの導電性測定コイルトラック／トレース、測定導体１７０２によって形成されている。測定導体又は測定コイルトラック１７０２は、それらがセンサの電流搬送導体５００のための経路から半径方向に延在し得るという点で、半径方向要素であり得る。戻りコイル９０４、９０８の一部を形成する更なる測定導体１７０６が提供されている。複数の測定導体１７０２、１７０６は、電流搬送導体５００を円周方向に取り囲むように配置されている。コイルの円周方向の進行は、円周方向進行導体、又は「ねじれ」１７０４を使用して、外側円周で行われ得る。これらの円周方向進行導体は、図９ａ～図９ｃに関する説明に概説されるように、測定コイルが電流搬送導体又は経路５００に対して円周方向に進行することを可能にする。
【0150】
図１８は、第１及び第２の測定コイルを構成する複数の測定導体１７０２を示している。測定導体１７０２は、基板の第１の層上に形成された第１の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第２の複数の測定導体と、を含む。第１の複数の測定導体及び第２の複数の測定導体のそれぞれの測定導体は、基板の表面に垂直な同じ半径方向に延在する平面内に位置している。図１８は、測定コイルの上から下への斜視図を示すため、第１の層上に位置する第１の複数の測定導体のみが見え、同じ半径方向平面内に位置する第２の複数の測定導体の図が遮られている。
【0151】
図１９は、第１及び第２の戻りコイルを構成する複数の測定導体１７０４を示している。測定導体１７０４は、基板の第１の層上に形成された第３の複数の測定導体と、基板の第２の層上に形成された第４の複数の測定導体と、を含む。第３の複数の測定導体及び第４の複数の測定導体のそれぞれの測定導体は、基板の表面に垂直な同じ半径方向に延在する平面内に位置している。図１９は、測定コイルの上から下への斜視図を示すため、第１の層上に位置する第３の複数の測定導体のみが見え、同じ半径方向平面内に位置する第４の複数の測定導体の図が遮られている。
【0152】
第１の複数の測定導体の測定導体は、第１の円を形成する第１の複数のビア１８０２を使用して、第２の複数の測定導体の測定導体に結合されている。第３の複数の測定導体の測定導体は、第２の円を形成する第２の複数のビア１９０２を使用して、第４の複数の測定導体の測定導体に結合されている。
【0153】
図２０ａ～図２０ｃは、図９ａ～図９ｃによる戻りコイルを含む２層実装の配置の概略図を示している。図２０ａは、図１８にあるように、第１の測定コイルＰ及び第２の測定コイルＮの両方を示している。図２０ｂは、図１９にあるように、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルを示している。図２０ｃは、第１の測定コイル９０４、第２の測定コイル９０８、第１の戻りコイル９０６、第２の戻りコイル９１０の両方を含む、完全な電流変化率センサを示している。図には凡例が提供されており、基板の異なる層上の測定導体は、異なる線形式を使用して表されている。測定導体は、理解を容易にするために、同じ半径方向平面内に直接にあるものではなく、互いに隣接するものとして表されている。
【0154】
図２０ａ～図２０ｃは、直線的に配置されたコイルを示しているが（すなわち、中心開口を囲むのではなく、コイルがまっすぐになっているかのように、右から左へ、又は左から右へ直線的に進行している）、これは、提示の簡略化のためにのみ行われている。半径方向導体要素は、実際には、中心開口又は経路の周りに円形に配置され、内側縁部及び外側縁部に位置するビアも、図１７及び図１９のように、ビアが測定導体の内側円周及び外側円周をマークするように、円形に配置されることが理解されるであろう。この２層実装のいくつかの態様は、他のＰＣＢ実装と同じであり、図１１～図１６に関する記載は、２層実装の記載を考慮するときにも留意されるべきである。
【0155】
コイルＮ及びコイルＰは、回路基板の２つの層にわたって配置され、第１の測定コイルの巻きが、回路基板の表面に垂直な第１の半径方向に延在する平面内に形成され、続いて、第２の半径方向に延在する平面内に形成された第２の測定コイルの円周方向に隣接する巻きが形成されるように、インターリーブされる。このように測定コイルの巻きをインターリーブすることで、測定コイルが回路基板の周りを一緒に進行する一方で、依然として、電流搬送導体に対して、平均して、同じ距離を維持することができる。
【0156】
コイルＮの巻き及びコイルＰの巻きは、コイルＰの巻きの後にコイルＮの巻きが続くように、電流搬送導体又は電流搬送導体５００のための経路の周りに繰り返しパターンで提供される。しかしながら、戻りコイルは、この繰り返しパターンで更にインターリーブされ得る。第１の戻りコイル９０６の第１の巻き２００８は、第２の戻りコイル９１０の第１の巻き２０１０に隣接して提供されている。これは、円周方向にセンサの周りを回ると、第１の測定コイル９０４の巻き２００２が、第１の戻りコイル９０６の巻き２００８に隣接し、これは、第２の測定コイル９０８の巻き２００４に隣接し、これは、第２の戻りコイル９１０の巻き２０１０に隣接し、これは、第１の測定コイル９０４の次の巻きに隣接するなどのように、繰り返されるインターリーブされたパターンを提供する。
【0157】
第１の測定コイルＰ９０４の巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体２０１２と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体２０１４と、を含み得る。コイルの巻きの一部を構成する測定導体は、基板の表面に垂直な同じ半径方向に延在する平面内に位置している。第１の層上の測定導体２０１２及び第２の層上の測定導体２０１４は、ビア２０１６によって接続され得、巻きの測定導体を接続するビア２０１６は、測定導体と同じ平面内に位置している。
【0158】
第２の測定コイル９０８の巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体２０１８と、第２の複数の測定導体のうちの測定導体２０２０と、を含み得る。第１の層上の測定導体２０１８及び第２の層上の測定導体２０２０は、ビア２０２２によって接続され得、ビア２０２２は、測定導体２０１８、２０２０と同じ平面内に位置している。
【0159】
第１の戻りコイル９０６の巻きは、第３の複数の測定導体の測定導体２０２４と、第４の複数の測定導体の測定導体２０２６とを、含み得る。第１の層上の測定導体２０２４及び第２の層上の測定導体２０２６は、ビア１７２８によって接続され得る。
【0160】
第２の戻りコイル９１０の巻きは、第１の複数の測定導体のうちの測定導体２０３０と、第４の複数の測定導体のうちの測定導体２０３２と、を含み得る。第１の層上の測定導体２０３０及び第２の層上の測定導体２０３２は、ビア２０３４によって接続され得る。
【0161】
特に、第１の測定コイル９０４、第１の戻りコイル９０６、第２の測定コイル９０８、及び第２の戻りコイル９１０は、第１の測定コイルの巻きが、第１の戻りコイルの巻き、次いで第２の測定コイルの巻き、次いで第２の戻りコイルの巻きによって円周方向に後続又は先行するように、基板の平面内でインターリーブされる。
【0162】
巻きは、各巻きが組み合わされたコイル出力電圧に付加されるように配線され得る。第１の測定コイル９０４の第１の巻き２００２は、第１の層上の巻きに入り得、第２の層上の巻きから出て、これは、所望の磁場の測定から生じる特定の極性ＥＭＦが巻きに誘導されることをもたらす。第２の測定コイル９０８の第１の巻き２００４は、第２の層の巻きに入ることができ、第１の層の巻きを出ることができ、第１の測定コイル９０４の第１の巻き２００２で誘導されたものに対して反対の極性ＥＭＦが誘導されることをもたらす。これらの反対の極性は、端子９１２及び９１８で差動モード電圧をもたらす。各コイルの各巻きは、端子９１２及び９１８からこのように配線することができ、追加される各巻きの差動モード電圧を増加させる。戻りコイルの巻きは、差動モード電圧を更に加えるように配線される。
【0163】
第１の測定コイル９０４、第２の測定コイル９０８、第１の戻りコイル９０６、及び第２の戻りコイル９１０は、円周方向に進行する要素又は導体１７０４を使用して、経路５００の周りを円周方向に進行する。コイルの全ての円周方向の進行は、測定導体の外側の端部において発生する。これにより、測定コイル及び戻りコイルの前進リングが基板の同じ領域で発生し、各順方向コイルで誘導される磁気ノイズが、それぞれの戻りコイルで誘導される磁気ノイズでキャンセルされることが確実となり得る。各コイルの前進は、同一のループ領域を有し、望ましくない磁場によるほぼ同一の磁気ピックアップをもたらす。
【0164】
第１の複数の測定導体及び第２の複数の測定導体の測定導体は、経路又は電流搬送導体５００により近い、測定導体の内側円周においてビアを使用して結合されている。第１の複数の測定導体と第２の複数の測定導体とを結合するビアは、第１の円のビア１７０８を形成するように配置され得る。第３の複数の測定導体と第４の複数の測定導体とを結合するビアは、第２の円のビア１７１０を形成するように配置され得る。このようにして、第１の測定コイル９０４及び第２の測定コイル９０８は、第１の円のビア１７０８のビアを使用して形成されており、第１の戻りコイル９０６及び第２の戻りコイル９１０は、第２の円のビア１７１０のビアを使用して形成されている。
【0165】
測定導体の内側円周のビアは、ずらして配置され得、順方向コイル９０４及び９０８は、第１の円のビア１７０８のビアを使用し、戻りコイル９０６、９１０は、第２の円のビア１７１０のビアを使用する。これは、第１の測定コイル９０４の巻きが第２の測定コイル９０８の巻きと同じサイズであり、第１の戻りコイル９０６の巻きが第２の戻りコイル９１０の巻きと同じサイズであり、第１及び第２の測定コイルへの結合が均衡され、第１及び第２の戻りコイルへの結合が均衡されることを意味する。第１の円のビア１７０８は、第１の直径を有し、第２の円のビア１７１０は、第２の直径を有し、第１の直径は、第２の直径よりも小さく、第１及び第２の円のビアは、同心円である。
【0166】
これは、第１の測定コイル９０４及び第２の測定コイル９０８を構成する測定導体の内側端部が互いに電流搬送導体に対して同じ距離であり、第１の戻りコイル９０６及び第２の戻りコイル９１０を構成する測定導体の内側端部が互いに電流搬送導体に対して同じ距離であることをもたらす。
【0167】
この配置は、測定コイル９０４、９０８が、両方が回路基板の各層上の測定導体の同じ割合を共有し、ビアの同じ円のビアを使用して結合されるため、それらが空間的に等しくなる様式で位置決めされることをもたらし、これは、測定導体が同じ長さであることを意味する。これは更に、コイルが回路基板の周りを進行するのと同じ領域を囲むことをもたらす。同じことは、戻りコイルにも当てはまる。
【0168】
このようにビアをずらすことは、第１及び第２の測定コイル、並びに第１及び第２の戻りコイルの寄生容量をそれぞれ均衡させる。これはまた、内側円周は外側円周よりも小さく、したがって、達成したビア／巻きの数に制限を提供し得るため、より多くの巻き数が全てのコイルに提供されることを可能にする。２つの内側円周を提供することは、内側円周に配置され得るビアの数を増加させ、したがって、コイルが有することができる巻きの数を増加させ得る。
【0169】
図２１は、図１７の第１の円のビア及び第２の円のビア配置を示している。図２１の配置は、電流搬送導体２１０２を更に含む。典型的には、先行技術の配置では、電流搬送導体は、コイルの中心に位置しないように中心がずれていることは、図３及び図４に関連して説明されるように、コイルへの容量性結合が不均衡になることをもたらすであろう。しかしながら、第１の測定コイル及び第２の測定コイルの巻きの測定導体を交互に接続するように、第１の円のビアのビアを交互にすることによって、第１及び第２の測定コイルと試験下での電流搬送導体との間の容量性結合は、ほぼ等しくなるはずである。
【0170】
同様に、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルの巻きの測定導体を交互に接続するように、第２の円のビアのビアを交互にすることによって、第１及び第２の戻りコイルへの容量性結合は、ほぼ等しくなるはずである。
【0171】
例えば、第１の円のビアのビア２０１６は、第１の測定コイル９０６の巻きの一部を形成し、第１の円のビアのビア２０２２は、第２の測定コイル９０８の巻きの一部を形成する。それらの位置のために、第１及び第２の測定コイルの巻きへの静電結合は、同じ又は同様であるはずである。このようにビアをずらすことは、第１の測定コイル９０４及び第２の測定コイル９０８の巻きの配線が空間的に等しくなることを可能にし、これは、外部の磁場及び静電場からのコモンモードノイズピックアップのみが発生することを意味するはずである。
【0172】
第１の測定コイル及び第２の測定コイルの両方は、最上層と最下層との間の時間の同じ割合を共有し得、前進の周りを移動するにつれて、各巻きで同じ正方形領域を囲み得る。これは、各測定コイル（及びそれらが提供される戻りコイル）が、回路基板の各層上の同じ量の導電性トレース又は導体を利用することを確実にする。
【0173】
戻りコイルの概念は、２層ＰＣＢ実装に関して図１７～図２１に関して説明されているが、これはまた、回路基板の４つの層にわたって実装され得ることは明らかである。例えば、図１４ａ～図１４ｃの実装形態では、補償導体は、第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルに置き換えられ得る。第１及び第２の戻りコイルを４つの層にわたって実装するために、第５の複数の測定導体が基板の第１の層上に提供され得、第６の複数の測定導体が基板の第２の層上に提供され得、第７の複数の測定導体が基板の第３の層上に提供され得、第８の複数の測定導体が基板の第４の層上に提供され得る。第１の戻りコイル及び第２の戻りコイルは、第５～第８の複数の測定導体を使用して、第１の測定コイル及び第２の測定コイルが第１～第４の複数の測定導体を使用して形成されるのと同じ方式で形成され得る。第１及び第２の戻りコイルは、第１の半径方向平面が第１の測定コイル及び第２の測定コイルの測定導体を含み、隣接する第２の半径方向平面が第１及び第２の戻りコイルの測定導体を含むように、基板の平面内の第１及び第２の測定コイルとインターリーブされ得る。
【0174】
図９の電流変化率センサの端子９１２、９１６、９１８、及び９２２は、更なる測定回路に接続され得る。図１０ａ～図１０ｃに示されるように、戻りコイルの端子９１６及び９２２は、例えば接地の共通の基準に結合され得る。第１及び第２の測定コイルの端子９１２、９１８は、差動増幅器に結合され得る。これにより、第１の測定コイル及び第２の測定コイルの共通の容量結合信号が増幅器によってキャンセルされることが可能になり得る。
【0175】
しかしながら、コイルから増幅器又は他の測定回路への接続は、この接続によって形成される意図しないループ領域のために、更なる望ましくない電磁ピックアップの潜在的な原因となり得る。
【0176】
図２２は、不要な電磁ピックアップが低減され得る１つの方法を示している。第１の測定コイル９０４及び第２の測定コイル９０８の第１の端部９１２、９１８は、基板又はＰＣＢ実装されたツイストペア配置を使用して、ノード２２０２及び２２０４において測定回路に結合され得る。ツイストペアによって形成されたループは、ツイストペアの各導体が任意の干渉源から平均して同じ距離にあり、したがって、信号の差を取ることによってキャンセルされ得る同じ量のノイズ結合を受け取るように配置されている。基板の第１の層上の導体は、陰影線で表されており、基板の第２の層上の導体は、明確な線として表されている。
【0177】
ツイストペア配置は、複数の接続導体２２０６を使用して基板上に構築され、複数の接続ビア２２０８を使用して結合されている。接続導体２２０６は、接続ビア２２０８を使用して、基板の第１の層と第２の層との間で交互になるように配置されている。接続導体は、ジグザグ状に配置され、基板の第１及び第２の層にわたって互いに交差し、ツイストペアを形成している。
【0178】
特に、ツイストペア配置は、記載されたＰＣＢ配置のいずれか、及び図５～図１０の概略図のいずれかに実装され得る。例えば、図１１～図１４の４層電流変化率センサで実装される場合、ツイストペア配置は、第１の層と第４の層との間で、第２の層と第３の層との間で、又はそれらの任意の組み合わせの間で交互になり得る。
【0179】
図２２に関して説明したツイストペア配置の代わりに、又はそれと組み合わせて、外側測定回路への接続は、小さな誘電距離を有する基板の層上に接続導体を配線することによって、接続によって作成されるループのサイズを小さくし得る。これにより、ループ面積が無視できるほど小さくなり、電磁ノイズのピックアップ量が減少する。例えば、電流変化率センサがＰＣＢの第１の層及び第２の層にわたって実装されている場合、更なる電流測定回路への接続は、ＰＣＢの第１の層及び更なる「接続」層にわたって実装され得、第１の層と接続層との間の誘電距離は、ＰＣＢの第１の層と第２の層との間の誘電距離に対して小さい。
【0180】
例えば、４層ＰＣＢでは、第１の層及び第２の層は、ＰＣＢの内部層であり得、第１及び第２のコイル（すなわち、上述した２つの層設計）に使用され得る。外部測定回路への接続は、外部層（この例では「接続」層と呼ばれ得る）、及び第１の層及び第２の層のうちの１つを使用して行われ得る。
【0181】
図２２は、４つの層２３０２、２３０４、２３０６、２３０８を含む、ＰＣＢ又は基板上に実装される電流変化率センサを示している。測定コイルは、４つの層のうちの２つにわたって実装され、例えば、図１７～図２０に記載された第１の層は、層２３０４であり得、図１７～図２０に記載された第２の層は、層２３０６であり得る。外部測定回路への接続は、ノード９１２、９１８、９１６、及び９２２を含む、図９に示される測定コイル／戻りコイルの端と同じであり得る。ノード９１６及び９２２は、共通の基準又は接地に一緒に結合され得る。
【0182】
ノード９１６、９２２は、第１の層２３０４を使用して測定回路に配線され、ノード９１２及び９１８は、第２の層２３０６を使用して共通の基準に配線されるのではなく、代わりに、層２３０２及び２３０４を使用して配線され得る。例えば、図２３に表されるように、ノード９１６、９２２は、第１の層２３０４を使用して測定回路に配線され、ノード９１２及び９１８は、層２３０２を使用して共通の基準に配線され得る（ノード９１２及び９１８を層２０３６に結合するために使用されるビアを用いる）。代替的に、ノード９１６、９２２は、層２３０８を使用して（ビアがノード９１６、９２２を層２３０８に結合するために使用される）測定回路に配線され得、ノード９１２及び９１８は、層２３０６を使用して共通の基準に配線され得る。層２３０２と層２３０４との間の（及び層２３０６と層２３０８との間の）誘電距離は、層２３０４と層２３０６との間の誘電距離よりも小さい。これは、ノード９１２、９１８、９１６、及び９２２の測定回路への接続によって形成されるループのサイズを低減する。これは更に、測定コイルを配線するために使用される基板の層間のより広い誘電距離を可能にし、各コイル巻きの面積を増加させ、それによってコイルの感度を向上させ、電圧出力を増加させる。
【0183】
一般に、４層ＰＣＢ積み重ねは、測定及び戻りコイルの巻きに使用される銅層の間に広い誘電体層を有するように選択できるが、更なる測定回路への接続に使用される層の間に薄い誘電体層を有するように選択できる。この概念は、外部測定回路への接続が、コイルの巻きの大部分を配線するために使用されるものよりも小さい誘電距離を有する層を使用して配線されるという点で、上記で参照されるＰＣＢ設計のいずれにも当てはまる。
【0184】
コイルの感度を改善させるために、各コイルの各巻きによって囲まれる面積は、第１の測定コイルの巻きによって囲まれる面積を第２の測定コイルの巻きによって囲まれる面積と実質的に同じに保ちながら、できるだけ大きくしてもよい。
【0185】
例えば、８層基板が提供され得、測定コイルが基板の層１、２、７、及び８に実装されるように、４層実装が提供され得る。これにより、各コイル巻きの面積が増加するが、コイルは依然として、これらの層にわたって交互にインターリーブされた様式で配置され得る。同様に、回路が２層実装である場合、２つの層は、巻きによって囲まれる面積を最大化するために、回路基板の層１及び８であり得る。
【0186】
更に、測定コイルを実装するのに必要な数よりも多くの層を有する基板を使用して、外部静電結合からの遮蔽を実装してもよい。電流搬送導体又は経路の周りを実質的に進行する２つの測定コイルを提供することは、コイルが均衡した結合を受けるという点で、改善された静電結合を提供するが、ＰＣＢに遮蔽層を追加することによって静電結合を更に低減することができる。例えば、測定コイルは、多層ＰＣＢの内層上に実装され得、遮蔽部は、ＰＣＢの外層上に実装され得る。６層基板では、４層測定コイルは、上述した同じ交互のインターリーブされた配置で、２層、３層、４層、及び５層上に実装され得る。遮蔽部は、導電性材料中の層１及び層６をコーティングすることによって、層１及び層６上に実装され得る。同様に、２層測定コイルは、４層基板の層２及び３上に実装され得、遮蔽は、層１及び４上に実装され得る。
【0187】
例えば、図２４は、４層ＰＣＢ上に実装される電流変化率センサを示している。第１の静電遮蔽層２４０２及び第２の静電遮蔽層２４０４は、電流変化率センサのコイルを実装するために使用される層に対して外部にある基板の層上に提供され得る。
【0188】
ＰＣＢビア技術は、異なるレベルの製造複雑性を伴う可能性があり、これは、ＰＣＢ上に電流測定コイルを開発するコスト及び複雑さに影響を与える。貫通孔ビアは、１つの表面層で開始し、他の表面層で終わる、ＰＣＢスタック全体を通って延在するビアである。ブラインドビアは、表面層上で開始し、ＰＣＢスタックを通して部分的に延在する。埋設されたビアは、表面層を通って延在せず、代わりに、ＰＣＢスタックの内部層上で始まり、終了する。ブラインドビア及び埋め込みビアは、貫通孔ビアよりも製造が複雑になる傾向があるが、より高密度のＰＣＢを設計することができる。本明細書で説明される電流測定コイルの全ての実装は、ブラインド又は埋設されたビアを使用して製造されてもよいが、これは製造複雑性を増加させるので望ましくない場合があり、本明細書で設計される実装は全て貫通孔ビアを使用してもよい。
【0189】
回路基板が非ブラインドビア、例えば、図２４のような貫通孔ビア２４０６を使用する場合、遮蔽導体材料は、ビアが回路基板の表面に到達するので、外層全体を覆うことができない場合がある。したがって、遮蔽部は、貫通孔ビアを含まない遮蔽層の全ての領域を覆うように延在し得る。例えば、基板の外層は、遮蔽層から内側及び外側ビアを絶縁するように、ビアの各々を取り囲むエッチングされた領域２４０８を除いて、それらの領域全体にわたって導体でコーティングされ得る。
【0190】
貫通孔ビアは、コイル又は基板の最も外側の円周から基板の中心に溢れることによって遮蔽層を製造することができるように、十分な間隔が提供され得る。
【0191】
孔、開口、又は経路５００、２４１０は、電流測定コイルの中心の基板上に含まれ得、電流搬送導体が基板上に位置すること、又は電流測定コイルの中心の基板を通過することを可能にし得る。孔の内側円周は、経路の内側円周をめっきすることによって、回路基板の全ての層にわたって静電的に遮蔽２４１２され得る。代替的に、単一の遮蔽ではなく、複数の遮蔽ビアが、回路基板の全ての層にわたって延在する、測定導体の内側円周での孔とビアとの間で、内側円周の周りに位置し得る。これは、コイルの内側に遮蔽を提供し得る。
【0192】
測定コイルは、多層ＰＣＢの内層上に実装され得、その結果、外層は、電流搬送導体の配線を可能にするために使用され得る。これにより、別個の物理的なワイヤベースの導体を使用する必要がなくなり、電流測定コイルをよりコンパクトに実装することができる。代わりに、システムは、電流搬送導体を接続することができる接点を単に含み得る。６層ＰＣＢ上で、４層電流変化率センサは、層２、３、４、及び５の上に実装され得、電流搬送導体のための配線が、層１及び６上に、測定コイルの中心に層１及び６上の電流搬送導体を接続するビアを伴って提供される。
【0193】
電流変化率センサが８層以上のＰＣＢ上に実装されている場合、ＰＣＢベースの電流搬送導体と測定コイルとの間に遮蔽部が実装され得る。例えば、の４層電流変化率センサは、層３～６上に実装され得、遮蔽部は、層２及び７上に実装され得、入力電流伝達ＰＣＢトレースは、層１及び８上に実装され得る。
【0194】
遮蔽部及び配線電流搬送導体の少数の例のみがここに記載されているが、プリント回路基板が６層、８層、又はそれ以上を有する場合、測定コイル、遮蔽部、及び電流搬送導体接続の複数の組み合わせが回路基板の異なる層にわたって実装され得ることは明らかである。
【0195】
電流変化率センサは、測定コイルがホール又は電流搬送導体の周りで実質的に、例えば、図５～図１０のように、３６０°進行するように実装され得る。しかしながら、電流変化率センサは、コイルの各々が３６０°未満で進行する、より短いコイルの組み合わせを使用して実装され得る。例えば、第１の測定コイルは、２つの１８０°コイルとして実装され得、第２の測定コイルは、２つの１８０°コイルとして実装され得る。
【0196】
例えば、図２５は、１８０°コイルセグメントを含む電流変化率センサを示している。第１の測定コイルは、２つの１８０°測定コイルセグメント及び２つの１８０°戻りコイルセグメントで構成されている。
【0197】
第１の測定セグメントは、ノード２５０２で始まり、ノード２５０４まで１８０°進行し、ノード２５０４はまた、ノード２５０４からノード２５０６まで１８０°進行する第１の戻りセグメントに接続される。第２の測定セグメントは、ノード２５０８で始まり、ノード２５１０に１８０°進行し、ノード２５１０はまた、ノード２５１０からノード２５１２に１８０°進行する第２の戻りセグメントに接続される。このようにして、３６０°進行する第１の測定コイルは、第１の測定セグメント及び第２の測定セグメントから形成される。同様に、３６０°進行する第１の戻りコイルは、第１の戻りセグメント及び第２の戻りセグメントから形成される。
【0198】
第３の測定セグメントは、ノード２５１４で始まり、ノード２５１６に１８０°進行し、ノード２５１６はまた、ノード２５１６からノード２５１８に１８０°進行する第３の戻りセグメントに接続される。第４の測定セグメントは、ノード２５２０で始まり、ノード２５２２に１８０°進行し、ノード２５２２はまた、ノード２５２２からノード２５２４に１８０°進行する第４の戻りセグメントに接続される。このようにして、３６０°進行する第２の測定コイルは、第３の測定セグメント及び第４の測定セグメントから形成される。同様に、３６０°進行する第２の戻りコイルは、第３の戻りセグメント及び第４の戻りセグメントから形成される。
【0199】
この配置は、第１及び第２の測定コイル及び戻りコイルが依然として均衡された結合を提供する一方で、測定コイルの上部にギャップを残すシステムを提供する。これにより、電流変化率センサが、複数の、例えば２つの基板又は回路基板にわたって提供されることが可能になり得る。
【0200】
個々の測定コイルセグメントは、同じプリント回路基板上に位置し得、又は代替的に、別個の回路基板上に位置し得る。後者は、電流センサのクランプオンの種類、又は分解上の制約のために電流搬送ワイヤをセンサを通過させることが可能でないブラウンフィールドアプリケーションに有用であろう。
【0201】
更に、各測定コイル又は戻りコイルは、２つ以上のセグメントから構成され得、例えば、第１の測定コイルは、４つの測定セグメントを使用して実装され得、各セグメントは、９０°の進行を提供し、６つの測定セグメントを使用して実装され得、各セグメントは、６０°の進行を提供し、又は８つの測定セグメントを使用して実装され得、各セグメントは、４５°の進行を提供する。
【0202】
図２５の第１の測定コイル及び第２の測定コイルは、層が第１の測定コイルに対して第２の測定コイル上で反転し得ることを除いて、構造が同一である。言い換えれば、第１の測定コイルは、第１の層上で開始し得、第２の測定コイルは、第２の層上で開始し得る。層の反転は、電流搬送導体への磁気結合である所望される信号が、２つのコイル間で逆極性を有し、外部磁場又は静電場からの所望されない信号が、２つのコイル間で同極性を有することをもたらし得る。したがって、回路において、所望されない信号はキャンセルされ得、所望される信号は建設的に付加され得る。
【0203】
図２６は、図２５の回路の各ノードが更なる測定回路にどのように接続され得るかの一例を示している。第１の差動増幅器２６０２は、ノード２５０２及び２５１４からの信号を入力として受け取る。ノード２５０６及び２５１８は、例えば接地の共通の基準に接続され得る。第２の差動増幅器２６０４は、ノード２５０８及び２５２０からの信号を入力として受け取る。ノード２５１２及び２５２４は、例えば接地の共通の基準に接続され得る。第１の差動増幅器２６０２及び第２の差動増幅器２６０４の出力は、第３の差動増幅器２６０６に接続され得る。第３の差動増幅器２６０８の出力は、電流測定信号であり得る。
【0204】
特徴の追加、削除、又は置換の方法の如何を問わず、更なる例を提供するために、上記の例に対して様々な修正がなされてもよく、それらのいずれも及び全てが添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図11】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図13c】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図15a】
【図15b】
【図15c】
【図16a】
【図16b】
【図16c】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20a】
【図20b】
【図20c】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【国際調査報告】