CN106353561A - 电流检测芯片和电流检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种电流检测芯片和电流检测方法，所述电流检测芯片包括：分立的第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器；连接输入端和输出端的导线，所述导线环绕沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反。上述电流检测芯片能够提高电流检测的准确性。

Description

电流检测芯片和电流检测方法
技术领域
本发明涉及电流检测领域，尤其涉及一种电流检测芯片和检测方法。
背景技术
在半导体薄片两端通一控制电流，并在薄片的垂直方向存在磁场，则在垂直于电流和磁场的方向，将产生霍尔电压，这种现象叫做霍尔效应，根据所述霍尔效应可以形成霍尔传感器。
由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以根据霍尔效应测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流检测芯片。其优点是不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。
而在实际使用过程中，采用霍尔电流检测芯片进行电流测量的过程中，外磁场容易对检测结果造成干扰，导致检测结果产生较大误差。
所以，现有的霍尔电流检测芯片的检测准确性有待进一步的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电流检测芯片，能够消除外磁场的干扰，提高电流检测的准确性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电流检测芯片，包括：分立的第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器；连接输入端和输出端的导线，所述导线环绕沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反。
可选的，所述导线沿输入端至输出端的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器分别位于所述凹口内。
可选的，所述凹口的形状为U形、半圆形或圆弧形。
可选的，所述导线包括并联的第一导线和第二导线，所述第一导线环绕第一霍尔电流传感器，所述第二导线环绕第二霍尔电流传感器。
可选的，包含所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的最小矩形区域的长度和宽度均小于3mm。
本发明的技术方案还提供一种电流检测方法，包括：提供电流检测芯片，所述电流检测芯片包括：分立的第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器、连接输入端和输出端的导线，所述导线沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反；从输入端接入电流，获取第一霍尔电流传感器的第一输出信号、和第二霍尔电流传感器的第二输出信号；将所述第一输出信号和第二输出信号相减，获得检测信号。
可选的，所述第一输出信号和第二输出信号均为电压信号。
可选的，所述检测信号的大小与输入电流的大小成正比。
可选的，所述导线沿输入端至输出端的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器分别位于所述凹口内。
可选的，所述凹口的形状为U形、半圆形或圆弧形。
可选的，所述导线包括并联的第一导线和第二导线，所述第一导线环绕第一霍尔电流传感器，所述第二导线环绕第二霍尔电流传感器。
本发明的电流检测芯片能够使待检测电流在第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器内形成大小相同，方向相反的磁场，从而使第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的输出信号大小相同，方向相反，将两者相减获得检测信号，能够抵消干扰磁场的影响，提高电流检测的准确性。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图；
图3为本发明一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图；
图4为本发明一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图；
图5为本发明一具体实施方式的电流检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的电流检测芯片和电流检测方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图1，为本发明一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图。
所述电流检测芯片包括：分立的第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102；连接输入端103和输出端104的导线105，所述导线105环绕沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的环绕方向相反。
所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102是两个相同的霍尔电流传感器。当有磁场垂直通过所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的情况下，所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102会产生霍尔电动势，从而输出电压信号。所述电压信号的大小与通过的磁场的磁场强度成正比。
所述输入端103和输出端104分别作为电流的输入端和输出端，当所述电流检测芯片用于检测电流时，所述待检测电流从输入端103流入，从输出端104流出。
所述输入端103和输出端104之间通过导电连接。所述导线电阻较小，从而不会对待检测电流造成影响。
所述输入端103和输出端104可以设置在电流检测芯片的引线框架100上。
所述导线105沿输入端至输出端的走向环绕第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102，且所述环绕为开环环绕，以便导线105内通过电流时，能够形成穿过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的电流磁场。
并且，所述导线105对第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的环绕方向相反，且由于芯片面积较小，从而使得当导线105内有电流通过时，穿过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的电流磁场强度方向相反，大小相等。
所述导线沿105沿输入端至输出端的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102分别位于所述凹口内。
具体的，所述凹口的形状为U形(如图1所示)、半圆形(如图2所示)或圆弧形。当所述凹口形状为圆弧形时，所述圆弧为优弧，接近于圆形(如图3所示)，这种情况下，当导线103内有电流通过时，通过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的磁通量提高，磁场强度更大，更利于提高检测的准确性。
由于导线103对第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的环绕方向相反，穿过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的磁场方向相反。当有干扰磁场存在的情况下，根据干扰磁场的方向，穿过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的磁场强度会发生变化，例如：当干扰磁场的方向与穿过第一霍尔电流传感器101的电流磁场相同时，穿过第一霍尔电流传感器101的总的磁场强度增加，而穿过第二霍尔电流传感器102的总的磁场强度也会等同增加，从而导致第一霍尔电流传感器101的输出信号和第二霍尔电流传感器102的输出信号会同等偏大，将两者相减即可抵消掉干扰磁场的影响，从而去除干扰磁场对于电流检测结果的干扰。
具体的，当不存在干扰磁场的情况下，第一霍尔电流传感器101输出信号为V1，而第二霍尔电流传感器102输出信号为-V1，两者方向相反。当存在干扰磁场的情况下，第一霍尔电流传感器101输出信号为V1+a，而第二霍尔电流传感器102的输出信号为-V1+a，a为第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102在干扰磁场作用下产生的输出信号，从而将两者的输出信号相减即可抵消掉干扰磁场的影响，而获得两倍大的有效信号2V1，该有效信号实际为待检测电流的电流磁场对第一霍尔电流传感芯片101或第二电流传感芯片102产生的输出信号的两倍。
为了避免在第一霍尔电流传感器101、和第二霍尔电流传感器102处，形成方向相反的磁场，需要对第一霍尔电流传感器101、和第二霍尔电流传感器102所在区域的范围进行限制。本发明的一个具体实施方式中，包含所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的最小矩形区域的长度和宽度均小于3mm，所述矩形区域范围很小，确保不会在该区域内形成方向相反的干扰磁场。
请参考图4，为本发明另一具体实施方式的电流检测芯片的结构示意图。
所述连接输入端103和输出端104的导线包括并联的第一导线105a和第二导线105b，所述第一导线105a环绕第一霍尔电流传感器101，所述第二导线105b环绕第二霍尔电流传感器102。
所述第一导线105a和第二导线105b上通过的电流之和为待检测电流的大小。作为本发明的一个具体实施方式，所述第一导线105a逆时针环绕所述第一霍尔电流传感器101，所述第二导线105b顺时针环绕所述第二霍尔电流传感器102，从而能够形成大小相等，方向相反的电流磁场。
在没有干扰磁场的情况下，所述第一霍尔电流传感器101输出信号为V2，而第二霍尔电流传感器102输出信号为-V2，两者方向相反。当存在干扰磁场，且所述干扰磁场方向与穿过第一霍尔电流传感器101的电流磁场方向一致的情况下，第一霍尔电流传感器101输出信号为V1+b，而第二霍尔电流传感器102的输出信号为-V2+b，b为第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102在干扰磁场作用下产生的输出信号，从而将两者的输出信号相减即可抵消掉干扰磁场的影响，而获得两倍大的有效信号2V2，该有效信号即为待检测电流的电流磁场产生的霍尔电势。
并且，在将第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102输出信号相减，消除外部干扰磁场的影响的同时，还能够对系统噪声对于第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102输出信号的干扰也起到一定抵消作用。
综上，由于电流磁场环绕于通电导线周边，在不同电流方向的导线周围，会得到不同方向的电流磁场，且所述电流磁场的方向与电流方向垂直，符合右手螺旋定则。上述电流检测芯片中，由于导线对第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反，在第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器周围的导线电流方向相反，从而分别在第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器所在区域内形成相反方向的磁场，而外磁场不可能在此小区域内形成正好方向相反的有效磁场，从而可以采用这种技术，有效抑制外磁场干扰，提高电流检测的准确性。导线形成的磁场与第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器的位置是否对称决定了消除外磁场是否彻底，具体的，当穿过第一霍尔电流传感器与第二霍尔电流传感器的磁场位置对称、方向相反、大小相等时，能够完全消除外磁场的干扰。
本发明的具体实施方式还提供一种采用上述电流检测芯片进行的电流检测方法。
请参考图5，为所述电流检测方法的流程示意图。
步骤S1：提供电流检测芯片。
请参考图1至图3，所述电流检测芯片包括：分立的第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102、连接输入端103和输出端104的导线105，所述导线105沿输入端103至输出端104的走向环绕所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的环绕方向相反。所述输入端103和输出端104设置于电流检测芯片的框架100上。
具体的，所述导线105沿输入端103至输出端104的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102分别位于所述凹口内。所述凹口的形状为U形(如图1所示)、半圆形(如图2所示)或圆弧形(如图3所示)。
在本发明的另一具体实施方式中，所述电流检测芯片如图4所示，所述连接输入端103和输出端104的导线包括并联的第一导线105a和第二导线105b，所述第一导线105a环绕第一霍尔电流传感器101，所述第二导线105b环绕第二霍尔电流传感器102。
步骤S2：从输入端103接入电流，获取第一霍尔电流传感器101的第一输出信号和第二霍尔电流传感器102的第二输出信号。
所述第一输出信号和第二输出信号均为电压信号，由于电流检测芯片中所述导线对第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的环绕方向相反，且由于芯片面积较小，从而使得当导线内有电流通过时，穿过第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102的电流磁场强度方向相反，大小相等，所以所述第一输出信号与第二输出信号大小相等，方向相反。
步骤S3：将所述第一输出信号和第二输出信号相减，获得检测信号，所述检测信号的大小与输入电流的大小成正比。
在不存在干扰磁场的情况下，第一霍尔电流传感器101输出的第一信号为V1，而第二霍尔电流传感器102输出的第二信号为-V1，两者方向相反，大小相同。
当存在干扰磁场时，第一霍尔电流传感器101输出的第一信号为V1+a，而第二霍尔电流传感器102的输出的第二信号为-V1+a，a为干扰磁场产生的输出信号。
从而将所述第一输出信号和第二输出信号相减即可抵消掉干扰磁场的影响，而获得检测信号2V1。
在输入端103与输出端104只有一根导线105的情况下(如图1～图3所示)，该检测信号2V1实际为待检测电流的电流磁场对第一霍尔电流传感器101或第二电流传感器102产生的输出信号的两倍。
在输入端103与输出端104之间存在并联的两根导线情况下(如图4所示)，该检测信号2V1即为待检测电流的电流磁场对第一霍尔电流传感器101或第二霍尔电流传感器102产生的输出信号。
并且，在将第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102输出信号相减，消除外部干扰磁场的影响的同时，还能够对系统噪声对于第一霍尔电流传感器101和第二霍尔电流传感器102输出信号的干扰也起到一定抵消作用。
可以采用上述电流检测芯片对多个已知大小的电流进行检测之后，获得检测信号与电流大小之间的具体对应关系，从而在实际检测过程中，通过获得检测信号就可以获得检测电流的大小。
上述电流检测方法能够消除干扰磁场的影响，从而提高电流检测的准确性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流检测芯片，其特征在于，包括：
分立的第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器；
连接输入端和输出端的导线，所述导线环绕沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的电流检测芯片，其特征在于，所述导线沿输入端至输出端的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器分别位于所述凹口内。
3.根据权利要求2所述的电流检测芯片，其特征在于，所述凹口的形状为U形、半圆形或圆弧形。
4.根据权利要求1所述的电流检测芯片，其特征在于，所述导线包括并联的第一导线和第二导线，所述第一导线环绕第一霍尔电流传感器，所述第二导线环绕第二霍尔电流传感器。
5.根据权利要求1所述的电流检测芯片，其特征在于，包含所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的最小矩形区域的长度和宽度均小于3mm。
6.一种电流检测方法，其特征在于，包括：
提供电流检测芯片，所述电流检测芯片包括：分立的第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器、连接输入端和输出端的导线，所述导线沿输入端至输出端的走向环绕所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器，所述环绕为开环环绕，且对所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器的环绕方向相反；
从输入端接入电流，获取第一霍尔电流传感器的第一输出信号、和第二霍尔电流传感器的第二输出信号；
将所述第一输出信号和第二输出信号相减，获得检测信号。
7.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述第一输出信号和第二输出信号均为电压信号。
8.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述检测信号的大小与电流的大小成正比。
9.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述导线沿输入端至输出端的走向形成两个凹口，所述第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器分别位于所述凹口内。
10.根据权利要求6所述的电流检测方法，其特征在于，所述导线包括并联的第一导线和第二导线，所述第一导线环绕第一霍尔电流传感器，所述第二导线环绕第二霍尔电流传感器。
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