CN102798752A

CN102798752A - 一种霍尔电流传感器电子电路

Info

Publication number: CN102798752A
Application number: CN2012103277939A
Authority: CN
Inventors: 何斌
Original assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公布了一种霍尔电流传感器电子电路，包括第一电流感应电路、第二电流感应电路、基准电压电路，其特征在于，基准电压电路提供稳定的电压至第一电流感应电路和第二电流感应电路的输入端；第一电流感应电路和第二电流感应电路结构一致，均由霍尔元件、同相比例放大电路和仪表放大器电路构成，同相比例放大电路的输出端连接至霍尔元件的输入端，霍尔元件的输出端连接至仪表放大电路的输入端；同相比例放大电路为标准的同相比例放大电路，仪表放大器电路为标准的仪表放大器电路，基准电压电路为标准的电压参考电路。本发明旨在克服现有技术中的不足，提供一种结构简单，实用可靠，成本低廉，体积小，易操作的电流传感器电子电路。

Description

一种霍尔电流传感器电子电路

技术领域

本发明属于传感器领域,具体涉及一种霍尔电流传感器电子电路。

背景技术：

目前电流传感器技术日趋成熟，逐步向市场化迈进，各个生产商之间的竞争日益激烈，如何降低成本，提升性能变得越来越重要。在控制器中电流采集是必不可少的，采用市售的电流传感器都存在以下问题：1、体积大，不利于安装和缩小控制器体积；2、成本高，电流传感器的成本很高；3、带宽窄，在高速采样电路中带宽窄，导致系统不稳定。且一般为单路电流采集，如果用于交流电机控制器，至少需要两到三路电流采集，就需要几个传感器共同使用，就使得传统的电流传感器的成本高、体积大的缺陷更加突出。所以目前的霍尔传感器电路需要进行改进设计。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单，实用可靠，成本低廉，体积小，易操作的电流传感器电路。

其技术方案为：包括第一电流感应电路、第二电流感应电路、基准电压电路，其特征在于：基准电压电路提供稳定的电压至第一电流感应电路和第二电流感应电路的输入端；第一电流感应电路和第二电流感应电路结构一致，均由霍尔元件、同相比例放大电路和仪表放大器电路构成，同相比例放大电路的输出端连接至霍尔元件的输入端，霍尔元件的输出端连接至仪表放大电路的输入端；同相比例放大电路为标准的同相比例放大电路，仪表放大器电路为标准的仪表放大器电路，基准电压电路为标准的电压参考电路。

同相比例放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一放大器U1，第一电阻R1一端连接参考电压VREF1，一端连接至第一放大器U1的同相输入端；第二电阻R2的一端连接至第一放大器U1的反相输入端，另一端接地；第一放大器U1的电源端口分别连接VCC和连接地。

仪表放大器电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二放大器U2、第三放大器U3、第四放大器U4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；第三电阻R3的两端分别连接第二放大器U2和第四放大器U4的反相输入端，第四电阻R4的两端分别连接第二放大器U2的反相输入端和输出端，第六电阻R6和第一电容C1并联，并联后两端分别与第三放大器U3的输出端和反相输入端连接，第五电阻R5的另一端与第二放大器U2的输出端相连，第七电阻R7分别连接第三放大器U3的反向输入端和输出端，第八电阻R8的两端分别连接第三放大器U3的输出端和第四放大器U4的同相输入端，第九电阻R9、第十电阻R10和第三电容C3的一端共同连接至第三放大器U3的同相输入端，第九电阻R9的另一端连接参考电压VREF2，第十电阻R10的另一端接地；第三电容C3的另一端接地，第十一电阻R11为滑动电阻，其一端接第二参考电压VREF2，另一端接地，其滑动端接第十二电阻R12的一端；第十二电阻R12的另一端与第四放大器U4的同相输入端相接；第二放大器U2、第三放大器U3和第四放大器U4的电源端一端接VCC，一端接地；第二电容C2一端连接第三放大器U3的连接VCC的那个电源端，另一端接地。

基准电压电路包括：第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、分流基准源T1；第七电容C7为电解电容，其阳极接VCC，阴极接地；第八电容C8一端接VCC，一端接地；第九电容C9为电解电容，其阳极接分流基准源T1的引脚3；第十电容C10的一端接分流基准源T1的引脚3，另一端接地；第二十五电阻R25的一端接VCC,另一端接分流基准源T1的引脚3；第二十六电阻R26的一端接分流基准源T1的引脚3，另一端接分流基准源T1的引脚1；第二十七电阻R27的一端接分流基准源T1的引脚1，另一端接地；第二十八电阻R28为热敏电阻，其一端接分流基准源T1的引脚1，另一端接地；分流基准源T1的引脚2接地；分流基准源T1的引脚1作为输出参考电压VREF1，分流基准源T1的引脚3输出参考电压VREF2。

霍尔元件H1的IN+脚与第一放大器U1的输出端连接，IN-脚与第一放大器U1的反相输入端连接，OUT+脚与第四放大器U4的同相放大器连接，OUT-脚与第二放大器U2的同相输入端连接；

VCC电压幅值为可以使放大器正常工作的有效幅值，如15V。

分流基准源T1的引脚1为基准极，引脚2为阳极，引脚3为阴极。

第二电流感应电路的电路结构与第一感应电路的电路结构完全一致。

相比于传统的电流传感器，本发明具有显著的优点和有益效果，具体体现为：

1.该霍尔传感器电路可以根据控制器的印刷电路板设计适合的电流采集装置，与控制器融为一体，最大限度的节省空间。

2.该霍尔传感器电路结构简单，比市售的电流传感器成本低很多，可以根据控制器的精度需求使用复杂或简单的电流采集装置。

3.该霍尔传感器电路的带宽可以根据霍尔元件的磁性组件的材料和处理电路性能的不同而改变。

4.该霍尔传感器电路可以实现一路或多路电流采集，减小了体积和应用成本。

附图说明

图1是本发明的电流传感器电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图来叙述本发明的具体实施方式，以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下关于本发明的实施方式的描述只是示例性，并不是为了限制本发明的所要保护的主题，对于本发明所描述的实施例还存在的其他在权利要求保护范围内的变化，都属于本发明所需要保护的主题。

如附图1，电路结构包括第一电流感应电路、第二电流感应电路、基准电压电路，基准电压电路提供稳定的电压至第一电流感应电路和第二电流感应电路的输入端，第一电流感应电路和第二电流感应电路结构一致，均由霍尔元件、同相比例放大电路和仪表放大器电路构成，同相比例放大电路的输出端连接至霍尔元件的输入端，霍尔元件的输出端连接至仪表放大电路的输入端。

同相比例放大电路为标准的同相比例放大电路，向霍尔元件提供工作电流以使霍尔元件H1可以进行工作，同相比例放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一放大器U1，第一电阻R1一端连接参考电压VREF1，一端连接至第一放大器U1的同相输入端；第二电阻R2的一端连接至第一放大器U1的反相输入端，另一端接地；第一放大器U1的电源端口分别连接VCC和连接地。

仪表放大器电路为标准的仪表放大器电路，由两级差分放大器电路构成，其中第一放大器U1和第二放大器U2为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减，差分输入可以使电路只对差模信号即霍尔元件H1的对磁场感应后所输出幅值差进行放大，而对共模输入信号即非有效感应幅值只起跟随作用，使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高。这样在以第三放大器U3为核心部件组成的差分放大电路中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的精度匹配的要求，从而使仪表放大器电路具有更好的共模抑制能力。仪表放大器电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第二放大器U2、第三放大器U3、第四放大器U4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；第三电阻R3的两端分别连接第二放大器U2和第四放大器U4的反相输入端，第四电阻R4的两端分别连接第二放大器U2的反相输入端和输出端，第六电阻R6和第一电容C1并联，并联后两端分别与第三放大器U3的输出端和反相输入端连接，第五电阻R5的另一端与第二放大器U2的输出端相连，第七电阻R7分别连接第三放大器U3的反向输入端和输出端，第八电阻R8的两端分别连接第三放大器U3的输出端和第四放大器U4的同相输入端，第九电阻R9、第十电阻R10和第三电容C3的一端共同连接至第三放大器U3的同相输入端，第九电阻R9的另一端连接参考电压VREF2，第十电阻R10的另一端接地，第三电容C3的另一端接地，第十一电阻R11为滑动电阻，其一端接第二参考电压VREF2，另一端接地，其滑动端接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端与第四放大器U4的同相输入端相接；第二放大器U2、第三放大器U3和第四放大器U4的电源端一端接VCC，一端接地；第二电容C2一端连接第三放大器U3的连接VCC的那个电源端，另一端接地。仪表放大器电路的通过调节滑动电阻第十一电阻R11改变和调节基准电压，是基准电压的范围在0-VREF2之间变化，通常取基准电压为二分之一的VREF2。

霍尔元件H1通过对经过其的磁场进行感应形成感应电压和电流，霍尔元件H1的OUT+脚和OUT-脚输出电压的差值做为差模信号并被仪表放大器电路进行放大，并叠加在基准电压上，形成对磁场强度及方向进行表述的电压数值。磁场的强度决定了霍尔元件H1的感应电压及电流幅值的大小，而磁场的方向决定了霍尔元件H1感应电压及电流的方向。霍尔元件H1的IN+脚与第一放大器U1的输出端连接，IN-脚与第一放大器U1的反相输入端连接，OUT+脚与第四放大器U4的同相放大器连接，OUT-脚与第二放大器U2的同相输入端连接。

基准电压电路为标准的电压参考电路，输出参考电压VREF1和VREF2，作为仪表放大电路的基准电压。包括第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、分流基准源T1；分流基准源T1的引脚1为基准极，引脚2为阳极，引脚3为阴极；第七电容C7为电解电容，其阳极接VCC，阴极接地；第八电容C8一端接VCC，一端接地；第九电容C9为电解电容，其阳极接分流基准源T1的引脚3；第十电容C10的一端接分流基准源T1的引脚3，另一端接地；第二十五电阻R25的一端接VCC,另一端接分流基准源T1的引脚3；第二十六电阻R26的一端接分流基准源T1的引脚3，另一端接分流基准源T1的引脚1；第二十七电阻R27的一端接分流基准源T的引脚1，另一端接地；第二十八电阻R28为热敏电阻，其一端接分流基准源T1的引脚1，另一端接地；分流基准源T1的引脚2接地；分流基准源T1的引脚1作为输出参考电压VREF1，分流基准源T1的引脚3输出参考电压VREF2。由于霍尔元件的温漂通常比较大，故在本电路中设置了的第二十八电阻R28为热敏电阻，对电路结构进行温度补偿。

VCC电压幅值为可以使放大器正常工作的有效幅值，在本实施例中为15V。

霍尔元件H1对通过磁场的方向及强度进行感应后形成感应电压，并通过OUT+脚和OUT-脚输出两脚间的电压差值，经过仪表放大器电路的对该电压差值进行放大后叠加至基准电压上并形成输出，进而做为对磁场强度及方向的标识，这是本发明电路的主要技术路线。

本发明具有两路电流感应电路，可实现两路的电流采集，其中第二电流感应电路的电路结构与第一仪表放大电路的电流结构完全一致，因描述简洁起见，在此不作描述。

对于为本发明的示范性实施例，应当理解为是本发明的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本发明的限定。

Claims

1.一种霍尔电流传感器电子电路，包括第一电流感应电路、第二电流感应电路、基准电压电路，其特征在于：基准电压电路提供稳定的电压至第一电流感应电路和第二电流感应电路的输入端；第一电流感应电路和第二电流感应电路结构一致，均由霍尔元件、同相比例放大电路和仪表放大器电路构成，同相比例放大电路的输出端连接至霍尔元件的输入端，霍尔元件的输出端连接至仪表放大电路的输入端；同相比例放大电路为标准的同相比例放大电路，仪表放大器电路为标准的仪表放大器电路，基准电压电路为标准的电压参考电路。

2.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述同相比例放大电路包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第一放大器（U1），第一电阻（R1）一端连接参考电压VREF1，一端连接至第一放大器（U1）的同相输入端；第二电阻（R2）的一端连接至第一放大器（U1）的反相输入端，另一端接地；第一放大器（U1）的电源端口分别连接VCC和连接地。

3.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述仪表放大器电路包括第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第九电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第二放大器（U2）、第三放大器（U3）、第四放大器（U4）、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）；第三电阻（R3）的两端分别连接第二放大器（U2）和第四放大器（U4）的反相输入端，第四电阻（R4）的两端分别连接第二放大器（U2）的反相输入端和输出端，第六电阻（R6）和第一电容（C1）并联，并联后两端分别与第三放大器（U3）的输出端和反相输入端连接，第五电阻（R5）的另一端与第二放大器（U2）的输出端相连，第七电阻（R7）分别连接第三放大器（U3）的反向输入端和输出端，第八电阻（R8）的两端分别连接第三放大器（U3）的输出端和第四放大器（U4）的同相输入端，第九电阻（R9）、第十电阻（R10）和第三电容（C3）的一端共同连接至第三放大器（U3）的同相输入端，第九电阻（R9）的另一端连接参考电压VREF2，第十电阻（R10）的另一端接地，第三电容（C3）的另一端接地，第十一电阻（R11）为滑动电阻，其一端接第二参考电压VREF2，另一端接地，其滑动端接第十二电阻（R12）的一端，第十二电阻（R12）的另一端与第四放大器（U4）的同相输入端相接；第二放大器（U2）、第三放大器（U3）和第四放大器（U4）的电源端一端接VCC，一端接地；第二电容（C2）一端连接第三放大器（U3）的连接VCC的那个电源端，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述基准电压电路包括：第二十五电阻（R25）、第二十六电阻（R26）、第二十七电阻（R27）、第二十八电阻（R28）、第七电容（C7）、第八电容（C8）、第九电容（C9）、第十电容（C10）、分流基准源（T1）；第七电容（C7）为电解电容，其阳极接VCC，阴极接地；第八电容（C8）一端接VCC，一端接地；第九电容（C9）为电解电容，其阳极接分流基准源（T1）的引脚3；第十电容（C10）的一端接分流基准源（T1）的引脚3，另一端接地；第二十五电阻（R25）的一端接VCC,另一端接分流基准源（T1）的引脚3；第二十六电阻（R26）的一端接分流基准源（T1）的引脚3，另一端接分流基准源（T1）的引脚1；第二十七电阻（R27）的一端接分流基准源（T1）的引脚1，另一端接地；第二十七电阻（R28）为热敏电阻，其一端接分流基准源（T1）的引脚1，另一端接地；分流基准源（T1）的引脚2接地；分流基准源（T1）的引脚1作为输出参考电压VREF1，分流基准源（T1）的引脚3输出参考电压VREF2。

5.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述霍尔元件（H1）的IN+脚与第一放大器（U1）的输出端连接，IN-脚与第一放大器（U1）的反相输入端连接，OUT+脚与第四放大器（U4）的同相放大器连接，OUT-脚与第二放大器（U2）的同相输入端连接。

6.根据权利要求2或根据权利要求3或根据权利要求4所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述VCC电压幅值为可以使放大器正常工作的有效幅值，如15V。

7.根据权利要求4所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述分流基准源（T1）的引脚1为基准极，引脚2为阳极，引脚3为阴极。

8.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器电子电路，其特征在于：所述第二电流感应电路的电路结构与第一感应电路的电路结构完全一致。