CN105954560B - 小信号高精度开环霍尔电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了小信号高精度开环霍尔电流传感器，包括霍尔元件H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、滑动变阻器WR1、滑动变阻器WR2、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、三端稳压管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电容C5、电容C4、电容C7、电容C8，本发明结构简单、成本低，使得霍尔电流传感器输出与磁场强度形成线性增长，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及小信号高精度开环霍尔电流传感器。
背景技术
现有开环霍尔电流传感器的输出和霍尔所受到的磁感应强度成正比且成线性。磁感 应强度(又称磁通密度)用B来表示，磁场强度用H来表示，磁芯的BH曲线如图2所示， 可看出BH曲线，从0点开始前面的一小部分B和H的增长是不成线性的，因此现有开环 霍尔电流传感器在输入0.1％额定电流时它的输出是不线性的，导致电流传感器在在输入 0.1％额定电流时的精度变差。
发明内容
本发明的目的是克服现有产品中不足，提供一种小信号高精度开环霍尔电流传感器。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的小信号高精度开环霍尔电流传感器，包括霍尔元件H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、滑动变阻器WR1、滑动变阻器WR2、PNP三极管 Q1、PNP三极管Q2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、三端稳压管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电容C5、电容C4、电容C7、电容C8，所述电阻R2的一端连接地信号 GND，所述电阻R2的另一端连接三端稳压管D1的G极，所述三端稳压管D1的Z极连接电源VCC，所述电阻R2的另一端还连接PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的基极连接PNP三极管Q2的集电极，所述PNP三极管Q2的基极通过电阻R3连接三端稳压管D1的R极，所述三端稳压管D1的R极通过电阻R4连接电源VCC，所述PNP三极管Q2的发射极连接PNP三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端通过滑动变阻器WR1连接电源VCC，所述三极管Q1的集电极连接霍尔元件H1的1管脚，所述霍尔元件H1的3管脚连接地信号GND，所述霍尔元件H1的2管脚通过电容C8连接地信号GND，所述霍尔元件H1的4管脚通过电容C7连接地信号GND，所述三极管Q1的集电极连接滑动变阻器WR2的一个不动端，所述滑动变阻器WR2的另一个不动端连接地信号GND，所述滑动变阻器WR2的滑动端通过电阻R6连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的4管脚通过电阻R10连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的2管脚通过电阻R11连接运算放大器OP1的同向输入端，所述霍尔元件H1的2管脚连接电阻R11后还通过电阻R8连接地信号GND，所述运算放大器OP2的同向输入端通过电阻R13连接地信号GND，所述运算放大器OP2的反向输入端通过电阻R12连接运算放大器OP1的输出端，所述运算放大器OP2的输出端连接电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端通过电阻R15连接运算放大器OP1的反向输入端，所述电阻R14的另一端通过稳压二极管D2连接稳压二极管D3的负极，所述稳压二极管D3的正极连接地信号GND，所述运算放大器OP1的反向输入端通过电阻R7连接运算放大器OP1的输出端，所述电阻R7与电容C4相并联，所述运算放大器OP1的输出端连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端通过电容C5连接地信号GND，所述电阻R9的另一端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端为输出端，运算放大器OP1连接负电源VDD。
本发明还包括电容C6，所述PNP三极管Q1的集电极通过电容C6连接地信号GND。
本发明还包括电容C3，所述电容C3与电阻R8相并联。
本发明还包括电容C1，所述电源VCC通过电容C1连接地信号GND。
本发明所述电源VCC为12～18V。负电源VDD为-12～-18V
本发明的有益效果如下：本发明结构简单、成本低，使得霍尔电流传感器输出与磁场强度形成线性增长，精度高。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为背景技术所述的磁芯的BH曲线示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1所示，小信号高精度开环霍尔电流传感器，包括霍尔元件H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻 R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、滑动变阻器WR1、滑动变阻器WR2、PNP 三极管Q1、PNP三极管Q2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、三端稳压管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电容C5、电容C4、电容C7、电容C8，所述电阻R2的一端连接地信号GND，所述电阻R2的另一端连接三端稳压管D1的G极，所述三端稳压管D1的Z极连接电源VCC，所述电阻R2的另一端还连接PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的基极连接PNP三极管Q2的集电极，所述PNP三极管Q2的基极通过电阻R3连接三端稳压管 D1的R极，所述三端稳压管D1的R极通过电阻R4连接电源VCC，所述PNP三极管Q2的发射极连接PNP三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端通过滑动变阻器WR1连接电源VCC，所述三极管Q1的集电极连接霍尔元件H1的1管脚，所述霍尔元件H1的3管脚连接地信号GND，所述霍尔元件H1的2管脚通过电容C8连接地信号GND，所述霍尔元件H1的4管脚通过电容C7连接地信号GND，所述三极管Q1的集电极连接滑动变阻器WR2的一个不动端，所述滑动变阻器WR2的另一个不动端连接地信号GND，所述滑动变阻器WR2的滑动端通过电阻R6连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的4管脚通过电阻R10连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的2管脚通过电阻R11连接运算放大器OP1的同向输入端，所述霍尔元件 H1的2管脚连接电阻R11后还通过电阻R8连接地信号GND，所述运算放大器OP2的同向输入端通过电阻 R13连接地信号GND，所述运算放大器OP2的反向输入端通过电阻R12连接运算放大器OP1 的输出端，所述运算放大器OP2的输出端连接电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端通 过电阻R15连接运算放大器OP1的反向输入端，所述电阻R14的另一端通过稳压二极管D2 连接稳压二极管D3的负极，所述稳压二极管D3的正极连接地信号GND，所述运算放大器 OP1的反向输入端通过电阻R7连接运算放大器OP1的输出端，所述电阻R7与电容C4相并联，所述运算放大器OP1的输出端连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端通过电容C5 连接地信号GND，所述电阻R9的另一端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端为输出端，运算放大器OP1连接负电源VDD。
本发明还包括电容C6，所述PNP三极管Q1的集电极通过电容C6连接地信号GND。
本发明还包括电容C3，所述电容C3与电阻R8相并联。
本发明还包括电容C1，所述电源VCC通过电容C1连接地信号GND。
本发明所述电源VCC为12～18V。负电源VDD为-12～-18V。
运算放大器OP1的2脚电压为U2，运算放大器OP1的3脚电压为U3，运算放大器OP1的1脚为U1，运算放大器OP2的5脚上的电压为U5，运算放大器OP2的6脚上的电压称 为U6，运算放大器OP2的7脚上的电压称为U7。
原理分析：如图1所示，运算放大器OP1、电阻R11、R10、R8、R7构成反向放大电 路，即当运算放大器OP1的2脚电压U2小于3脚电压U3时，1脚输出正电压U1；当运算 放大器OP1的2脚电压U2大于3脚电压U3时，运算放大器OP1的1脚输出负电压U1。
运算放大器OP2的5管脚通过电阻R13接地，因此运算放大器OP2的5脚上的电压 U5为0。将运算放大器OP1的1脚上的电压U1采集到运算放大器OP2的6脚上，使运算 放大器OP2的6脚上的电压U6＝U1。
当霍尔元件H1输入正向电流时，U2小于U3，U1大于零，则U6大于零。根据运算放 大器的特性，当正向输入小于反向输入时，则输出负电压。输出的负电压U7经过R14 后，遇到稳压二极管D2、稳压二极管D3两个串联的稳压管，此时稳压二极管D2对负电压 U7进行稳压，稳定到一个负电压称为U-，U-再经过电阻R15与运算放大器OP1的2脚连 接，使U2电压下降，根据运算放大器的特性，U2下降则U1上升，从而使U1得到正向补 偿。得到补偿后，传感器输出即电阻R1的另一端与磁场强度形成线性增长。
当霍尔元件H1反向电流时，U2大于U3，U1小于零，则U6小于零。根据运算放大器 的特性，当正向输入大于反向输入时，则输出正电压。输出的正电压U7经过电阻R14 后，遇到稳压二极管D2、稳压二极管D3两个串联的稳压管，此时稳压二极管D3对正电压 U7进行稳压，稳定到一个正电压称为U+,U+再经过电阻R15与运算放大器OP1的2脚连 接，使U2电压上升，根据运算放大器的特性，U2上升则U1下降，从而使U1得到反向补 偿。得到补偿后，传感器输出即电阻R1的另一端与磁场强度形成线性增长。
本发明结构简单、成本低，使得霍尔电流传感器输出与磁场强度形成线性增长，精度高。
列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，包括霍尔元件H1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电 阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、滑动变阻器WR1、滑动变阻器WR2、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、运算放大器OP1、运算放大器OP2、三端稳压管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、电容C5、电容C4、电容C7、电容C8，所述电阻R2的一端连接地信号GND，所述电阻R2的另一端连接三端稳压管D1的G极，所述三端稳压管D1的Z极连接电源VCC，所述电阻R2的另一端还连接PNP三极管Q2的基极，所述PNP三极管Q2的基极连接PNP三极管Q2的集电极，所述PNP三极管Q2的基极通过电阻R3连接三端稳压管D1的R极，所述三端稳压管D1的R极通过电阻R4连接电源VCC，所述PNP三极管Q2的发射极连接PNP三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端通过滑动变阻器WR1连接电源VCC，所述三极管Q1的集电极连接霍尔元件H1的1管脚，所述霍尔元件H1的3管脚连接地信号GND，所述霍尔元件H1的2管脚通过电容C8连接地信号GND，所述霍尔元件H1的4管脚通过电容C7连接地信号GND，所述三极管Q1的集电极连接滑动变阻器WR2的一个不动端，所述滑动变阻器WR2的另一个不动端连接地信号GND，所述滑动变阻器WR2的滑动端通过电阻R6连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的4管脚通过电阻R10连接运算放大器OP1的反向输入端，所述霍尔元件H1的2管脚通过电阻R11连接运算放大器OP1的同向输入端，所述霍尔元件H1的2管脚连接电阻R11后还通过电阻R8连接地信号GND，所述运算放大器OP2的同向输入端通过电阻 R13连接地信号GND，所述运算放大器OP2的反向输入端通过电阻R12连接运算放大器OP1的输出端，所述运算放大器OP2的输出端连接电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端通过电阻R15连接运算放大器OP1的反向输入端，所述电阻R14的另一端通过稳压二极管D2连接稳压二极管D3的负极，所述稳压二极管D3的正极连接地信号GND，所述运算放大器OP1的反向输入端通过电阻R7连接运算放大器OP1的输出端，所述电阻R7与电容C4相并联，所述运算放大器OP1的输出端连接电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端通过电容C5连接地信号GND，所述电阻R9的另一端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端为输出端，所述运算放大器OP1连接负电源VDD。
2.根据权利要求1所述小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，还包括电容C6，所述PNP三极管Q1的集电极通过电容C6连接地信号GND。
3.根据权利要求1所述小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，还包括电容C3，所述电容C3与电阻R8相并联。
4.根据权利要求1所述小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，还包括电容C1，所述电源VCC通过电容C1连接地信号GND。
5.根据权利要求1所述小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述电源 VCC为12～18V。
6.根据权利要求1所述小信号高精度开环霍尔电流传感器，其特征在于，所述负电源VDD为-12～-18V。
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