CN109975590A - 基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路 - Google Patents

基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，所述电流测量电路包括并联设置的霍尔芯片及分流电阻，霍尔芯片及分流电阻对回路电流进行分流，通过霍尔芯片的内阻值、分流电阻的阻值及霍尔芯片的输出电压进行回路电流的测量。本发明通过霍尔芯片和分流电阻相结合的方案，可以使用很小的电阻与霍尔芯片的内阻进行分流，实现大电流回路的测量；可以降低分流电阻的损耗，降低分流电阻的温升，从而减小电流误差，提高电流测量精度；整个电流测量电路与回路隔离设置，具有较高的安全性。

Description

基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路
技术领域
本发明涉及电路测量技术领域，特别是涉及一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路。
背景技术
霍尔芯片可以用来进行小电流的测量，霍尔芯片基于霍尔感应的原理设计，由一个精确的低偏移线性霍尔传感器电路与位于接近IC表面的铜箔组成，电流流过铜箔时，产生一个磁场,霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、斩波与修正电路，输出一个电压信号，该信号从芯片的第七脚输出，直接反应出流经铜箔电流的大小。如霍尔芯片ACS712根据尾缀的不一样，量程分为三个规格：±5A、±20A、±30A。
但针对大电流的的测量方法无法采用霍尔芯片进行测量，一般是通过电流流过分流器电阻，形成一定电压，再根据电压来计算电流。这种测量方法分流电阻消耗功率太大，发热严重；同时随着温度升高，测量误差变大；除此之外，与电流回路直接相连，安全性较差。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，以实现大电流回路的测量。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，所述电流测量电路包括并联设置的霍尔芯片及分流电阻，霍尔芯片及分流电阻对回路电流进行分流，通过霍尔芯片的内阻值、分流电阻的阻值及霍尔芯片的输出电压进行回路电流的测量。
作为本发明的进一步改进，所述回路电流为I＝(1+α)*VH/β，其中，VH为霍尔芯片的输出电压，α＝RH/Rf，RH为霍尔芯片的内阻值，Rf为分流电阻的阻值，β为霍尔芯片电流与输出电压的倍数参数。
作为本发明的进一步改进，所述分流电阻包括若干并联、或串联、或混联设置的电阻。
作为本发明的进一步改进，所述分流电阻包括多个并联设置且阻值相同的电阻，电阻的阻值为0.1mΩ～1mΩ。
作为本发明的进一步改进，所述霍尔芯片包括：
若干电流输入引脚IP+，与分流电阻的一端相连；
若干电流输出引脚IP-，与分流电阻的另一端相连；
供电引脚VCC，与外部电源相连；
电压输出引脚VOUT，用于输出霍尔芯片的输出电压；
滤波引脚FILTER，与外部滤波器件相连；
接地引脚GND，与GND相连。
作为本发明的进一步改进，所述霍尔芯片为霍尔芯片ACS712。
作为本发明的进一步改进，所述滤波引脚FILTER与GND之间设有第一滤波电容。
作为本发明的进一步改进，所述输出电压输出引脚VOUT与GND之间设有第二滤波电容。
作为本发明的进一步改进，所述供电引脚VCC与GND之间设有第三滤波电容。
作为本发明的进一步改进，所述电流测量电路用于测量回路电流大于或等于100A的电路。
本发明的有益效果是：
通过霍尔芯片和分流电阻相结合的方案，可以使用很小的电阻与霍尔芯片的内阻进行分流，实现大电流回路的测量；
可以降低分流电阻的损耗，降低分流电阻的温升，从而减小电流误差，提高电流测量精度；
整个电流测量电路与回路隔离设置，具有较高的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中电流测量电路的电路原理图；
图2为本发明一具体实施例中电流测量电路的电路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明公开了一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其包括并联设置的霍尔芯片及分流电阻，霍尔芯片及分流电阻对回路电流进行分流，通过霍尔芯片的内阻值、分流电阻的阻值及霍尔芯片的输出电压进行回路电流的测量。
设定流过分流电阻电流为IR，流过霍尔芯片内阻的电流为IH，霍尔输出电压为VH，霍尔输出电压与电流关系：IH＝VH/β(β为霍尔芯片电流与输出电压的倍数参数，属于霍尔芯片的已知参数)，霍尔内阻RH与分流电阻Rf关系为RH＝α*Rf。
因此回路电流计算公式为：
I＝(1+α)*VH/β＝(1+RH/Rf)*VH/β。
通过霍尔芯片的内阻值RH、分流电阻的阻值Rf、霍尔芯片的输出电压VH、以及霍尔芯片的已知参数β，即可测量得到回路电流。
优选地，本发明中的分流电阻可以为一个单一的电阻，也可以包括若干并联、或串联、或混联设置的电阻，电阻的阻值优选为0.1mΩ～1mΩ。当然，各电阻的阻值不一定要相同，电阻的阻值范围也不限于0.1mΩ～1mΩ，电阻的设置及阻值大小根据测量电流范围以及霍尔本身内阻进行适当选择。
通过本发明的电流测量电路可以进行大电流回路的测量，如回路电流大于或等于100A的电路。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图2所示，本发明的一具体实施例中电流测量电路包括并联设置的霍尔芯片及分流电阻，其中，霍尔芯片为霍尔芯片ACS712(内阻1.2mΩ，测量范围±20A)，分流电阻为4个并联的电阻，每个电阻的阻值为0.2mΩ。
霍尔芯片ACS712包括8个引脚，分别为：
2个电流输入引脚IP+，与分流电阻的一端相连；
2个电流输出引脚IP-，与分流电阻的另一端相连；
供电引脚VCC，与外部电源相连；
电压输出引脚VOUT，用于输出霍尔芯片的输出电压；
滤波引脚FILTER，与外部滤波器件相连；
接地引脚GND，与GND相连。
本实施例中霍尔芯片还与多个滤波电容相连，具体地：
滤波引脚FILTER与GND之间设有第一滤波电容，电容值为4.7nF；
输出电压输出引脚VOUT与GND之间设有第二滤波电容，电容值为1nF；
供电引脚VCC与GND之间设有第三滤波电容，电容值为100nF。
通过三个滤波电容的设置，能够对电流电压信号进行滤波退耦，提高了电流的测量精度。当然，在其他实施例中可以根据霍尔芯片的不同设置其他电容值大小的滤波电容。
本实施例中分流电阻的阻值为4个电阻并联后的阻值，即Rf＝0.2mΩ/4＝0.05mΩ，霍尔芯片的内阻RH＝1.2mΩ，RH/Rf＝24，因此，回路电流为：
I＝(1+RH/Rf)*VH/β＝25*VH/β＝25IH；
本实施例中IH的范围为±20A，因此，回路电流的测量范围为±500A。
具体测量时，由于RH/Rf已经确定，β也是霍尔芯片的已知参数，因此只需在电压输出引脚VOUT测量输出电压，即可计算得到整个回路的电流。
应当理解的是，本实施例中以4个电阻并联为例进行说明，在其他实施例中也可以采用单个电阻、或多个电阻串联或混联的方案，电阻的阻值可以根据需要进行设计，此处不再一一举例说明。
以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
通过霍尔芯片和分流电阻相结合的方案，可以使用很小的电阻与霍尔芯片的内阻进行分流，实现大电流回路的测量；
可以降低分流电阻的损耗，降低分流电阻的温升，从而减小电流误差，提高电流测量精度；
整个电流测量电路与回路隔离设置，具有较高的安全性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述电流测量电路包括并联设置的霍尔芯片及分流电阻，霍尔芯片及分流电阻对回路电流进行分流，通过霍尔芯片的内阻值、分流电阻的阻值及霍尔芯片的输出电压进行回路电流的测量。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述回路电流为I＝(1+α)*VH/β，其中，VH为霍尔芯片的输出电压，α＝RH/Rf，RH为霍尔芯片的内阻值，Rf为分流电阻的阻值，β为霍尔芯片电流与输出电压的倍数参数。
3.根据权利要求1所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述分流电阻包括若干并联、或串联、或混联设置的电阻。
4.根据权利要求1所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述分流电阻包括多个并联设置且阻值相同的电阻，电阻的阻值为0.1mΩ～1mΩ。
5.根据权利要求1所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述霍尔芯片包括：
若干电流输入引脚IP+，与分流电阻的一端相连；
若干电流输出引脚IP-，与分流电阻的另一端相连；
供电引脚VCC，与外部电源相连；
电压输出引脚VOUT，用于输出霍尔芯片的输出电压；
滤波引脚FILTER，与外部滤波器件相连；
接地引脚GND，与GND相连。
6.根据权利要求5所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述霍尔芯片为霍尔芯片ACS712。
7.根据权利要求5所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述滤波引脚FILTER与GND之间设有第一滤波电容。
8.根据权利要求5所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述输出电压输出引脚VOUT与GND之间设有第二滤波电容。
9.根据权利要求5所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述供电引脚VCC与GND之间设有第三滤波电容。
10.根据权利要求1所述的基于霍尔芯片和分流电阻的电流测量电路，其特征在于，所述电流测量电路用于测量回路电流大于或等于100A的电路。
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