[實用新型]一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器

有效

• 申請號: 201822033682.2
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN209432889U
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 譚超;龔曉輝;楊哲;樂周美;宋軒宇
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器，兩個幾何尺寸一樣、開口氣隙厚度不一樣的磁環作為傳感器的磁芯，兩個特性完全一致的霍爾芯片分別放入兩個磁環開口氣隙處，兩個霍爾芯片輸出分別接入低溫漂差分放大器的正、負輸入端，構成雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器。利用減法器將兩個霍爾芯片輸出電壓相減，得到兩者電壓之差，并用放大器對此電壓差進行放大，得到與待測電流呈正比的電壓輸出。本實用新型一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器，在不需要溫度補償電路的情況下，能夠明顯改善開環霍爾電流傳感器溫度漂移，提高靈敏度和精度。

技術領域

本實用新型涉及一種霍爾電流傳感器，具體是一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器。

背景技術

開環霍爾電流傳感器因其結構簡單、低成本、低功耗、良好精度、測交直流、不需要和原電路相接觸，能實現mA～kA量程的在線監測等特點，廣泛的應用于工業級大電流測量(200A以上)。

開環霍爾電流傳感器的性能取決于霍爾器件和提供聚磁效應的磁環，霍爾器件作為一種半導體器件，其零點和靈敏度會隨著溫度的變化而產生漂移，除此之外，由于磁環是軟磁材料，其磁磁導率也會隨著溫度的上升而大幅度降低，從而導致聚磁效應的降低，上述兩個原因影響了開環霍爾電流傳感器的溫度穩定性及電流測量精度。現有部分高精度霍爾器件內部已經集成了溫度補償電路，能夠滿足工業級溫度要求，如DS-CC6501，其正常工作溫度為-40℃～120℃，在將其用于霍爾電流傳感器設計后不會對電流測量產生影響，因此，開環霍爾電流傳感器的溫度漂移主要由磁環產生。現有解決方案主要有兩大類：一類是通過溫度補償來消除溫漂問題；另一類是通過增加一個反饋線圈構成閉環霍爾電流傳感器。溫度補償方案主要分為兩種，一種是硬件補償法，需要預先知道磁芯材料、霍爾器件和溫度三者的關系，但是三者之間的關系復雜，簡單的線性或非線性電路難以實現全量程范圍內溫度補償需求，此外補償電路硬件結構復雜，增加了傳感器成本。另一種是軟件補償，但是需要借助處理器來完成，額外的增加了系統復雜度。閉環霍爾電流傳感器因為其閉環結構較開環霍爾電流傳感器而言，在精度，溫漂上有一定優勢，但是當測量200A以上大電流時候，閉環霍爾電流傳感器受制于電流傳感器的體積、工藝復雜性、成本、功耗等，不利于工業級大電流的在線監測。

發明內容

為了降低開環霍爾電流傳感器的溫漂，克服現有技術的不足，本實用新型提供一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器，在不需要溫度補償電路的情況下，能夠明顯改善開環霍爾電流傳感器溫度漂移，提高靈敏度和精度。

本實用新型采取的技術方案為：

一種雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器，兩個幾何尺寸一樣、開口氣隙厚度不一樣的磁環作為傳感器的磁芯，兩個特性完全一致的霍爾芯片分別放入兩個磁環開口氣隙處，兩個霍爾芯片輸出分別接入低溫漂差分放大器的正、負輸入端，構成雙磁芯低溫漂霍爾電流傳感器。

利用減法器將兩個霍爾芯片輸出電壓相減，得到兩者電壓之差，并用放大器對此電壓差進行放大，得到與待測電流呈正比的電壓輸出。

本實用新型霍爾電流傳感器原理為圖1所示，當被測電流I_P通過傳感器磁芯時，導線周圍產生的磁場由磁芯C₁和C2的聚磁作用，使霍爾芯片DS-CC6501上方各產生一個磁場H，這里因為磁芯的氣隙寬度不一樣，所以兩個霍爾芯片對應的磁感應強度B不一樣，從而兩個霍爾芯片輸出電壓不一樣，經過一個減法器后，輸出電壓U_o為兩個霍爾芯片產生的電壓差在經過同相比例放大器之后的電壓。

所述雙磁芯霍爾電流傳感器具體通過三個部分實現，其分別為用于提供兩個霍爾器件所需不同磁感應強度的雙磁芯磁路、用于將兩個霍爾器件產生電壓相減的減法器電路、用于達到所訴傳感器目標增益的同相比例放大電路。

所述用于提供兩個霍爾器件所需不同磁感應強度的雙磁芯磁路，具體由兩個相同磁環開不同氣隙所構成的雙磁芯。