[實用新型]一種穿芯式高精度開環型霍爾電流傳感器用電子線路

有效

• 申請號: 201220025798.1
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN202433443U
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 鄒高芝
• 申請（專利權）人: 鄒高芝
• 主分類號: G01R19/32
• 分類號: G01R19/32
• 代理公司: 廣州天河互易知識產權代理事務所(普通合伙) 44294
• 代理人: 鮑子玉

技術領域

本實用新型涉及霍爾電流傳感器用電子線路領域，尤其涉及一種穿芯式高精度開環型霍爾電流傳感器用電子線路。

背景技術

電流傳感器是一種應用十分廣泛的電子組件，它被廣泛應用于各種變流技術、交流數控裝置等以電流作為控制對象的自控領域中。

對電流的非接觸測量和監控方法很多，霍爾電流傳感器因其優異的性價比被廣泛應用而形成產業化；霍爾電流傳感器通常有開環、閉環兩種工作模式，開環型霍爾電流傳感器由用軟磁材料制成帶氣隙的環形磁芯、霍爾元件及適當的放大電路組成，在這里霍爾元件直接檢測待測電流在磁芯氣隙中的磁感應強度，其靈敏度適中，溫度穩定性是最重要因素，一般選GaAs材料制作的離子注入型或分子束外延型霍爾元件，而離子注入型霍爾元件因其離子注入、退火等工藝過程中易出現不均勻、層錯或位錯等缺陷；分子束外延型霍爾元件因其分子束外延的工藝過程是物理過程，產生不均勻、層錯或位錯等缺陷的幾率要小得多，因此我們選擇分子束外延型霍爾元件，其相關特性如圖一所示。

從圖一可知，霍爾元件的失調電壓隨著工作電流遞增而線性遞增，說明產生失調電壓成因是電阻性的，其等效圖如圖三所示；從圖一可知，霍爾元件的輸出電壓隨著工作溫度遞增幾近線性遞減，可以用線性溫度補償方式進行補償。

國內外開環型霍爾電流傳感器電子線路圖如圖四，這種電路存在以下問題：

1、從差分放大器輸入看，霍爾元件的輸出電阻R₀成為放大器輸入阻抗的一部分，放大器的放大倍數由AV＝R6/R4＝R7/R5變成AV＝R6/(R4+R₀)＝R7/(R5+R₀)，且R₀隨著溫度升高而遞增，而AV是非線性遞減，無法進行完全溫度跟蹤補償。

2、利用Tr1、Tr2的PN結電壓的溫度特性對霍爾元件的靈敏度溫漂進行跟蹤補償；而電流傳感器的輸出幅度調節是通過調節霍爾元件的工作電流完成，因此不可能在輸出幅度和霍爾元件的靈敏度溫漂進行跟蹤補償之間二者兼顧。

3、從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調節，因此不可能在零點電壓進行比例調節和霍爾元件的失調電壓溫漂進行跟蹤補償之間二者兼顧。

4、放大器的輸出端T型網絡在驅動較大負載時，傳感器的輸出電壓會因T型網絡中電阻上的壓降而引起衰減。

實用新型內容

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、低成本而測量更加精確的高精度開環型霍爾電流傳感器用電子線路。

本實用新型的完整技術方案是，一種穿芯式高精度開環型霍爾電流傳感器用電子線路，包括一個儀表放大器和2n個霍爾元件，2n個霍爾元件分別用n個帶靈敏度溫漂線性溫度補償電路的正、負鏡像恒流源組驅動，從霍爾元件的輸入端上引出一個電壓對電流傳感器零點電壓進行比例調節和溫度跟蹤補償；

霍爾元件的差分輸出端分別通過相同的電阻連接到儀表放大器的同相端、反相端，實現2n個霍爾元件的差分輸出求算術平均值；

霍爾元件根據其失調電壓的正、負值分檔，同一檔而極性相反的一一配對，沿著環形磁芯同一朝向安裝；

RC濾波器的電阻位于輸出放大器負反饋之內。

用線性正溫度系數恒流源或電壓源、二極管、電阻R1、R2、R3組合成可變線性正溫度系數的恒流源，其線性正溫度系數如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負溫度系數幾近相同，在與三極管Tr1...Tr1(2n-1)組成正向鏡像恒流源組，與三極管Tr2...Tr2(2n)組成負向鏡像恒流源組組合，實現了對2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區線性溫度跟蹤補償。

霍爾元件在IC＝5mA的條件下，根據其失調電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據其失調電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一電源電壓的鏡像恒流源組驅動下沿著環形磁芯同一朝向安裝。

由上可見，本實用新型與現在技術相比有如下有益效果：

1、如圖五，用雙運算放大器組成儀表放大器的前級和后級差分放大器，儀表放大器的放大倍數及放大倍數的調節主要由前級完成，后級差分放大器的放大倍數為1～5倍，消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對放大倍數的影響；當從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調節，調節比例為R5/R8＜1/100時，幾近實現了對霍爾元件的失調電壓溫漂的全溫區溫度跟蹤補償；RC濾波器的電阻位于輸出放大器負反饋之內，消除了在驅動較大負載時RC濾波器電阻上的電壓降對輸出幅度的影響。