CN110398628B - 一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种协同补偿的霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，根据补偿电路和器件特性参数建立了协同补偿的数学模型。引入了稳压管输出参考电压温漂系数项，利用二极管和稳压管的温漂特性共同实现对霍尔元件进行温度补偿，解决了传统设计方法中忽略稳压管输出参考电压温漂系数项，只能选用低温漂稳压管的缺点。通过该模型能够精确地算出补偿所需的电路参数，实现补偿电路性能的提高和成本的降低。该方法数学模型精确度高、通用性强。

Description

一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法
技术领域
本发明涉及开环霍尔电流传感设计领域，采用稳压管和PN结器件进行温度补偿的设计，特别涉及一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法。
背景技术
半导体材料受温度改变输出变化明显，成为影响霍尔传感器精度的主要方面，因此，温度补偿电路是霍尔电流传感器的必要部分。
目前，常采用不等位电势补偿、恒流补偿和恒压补偿等方式对输出进行补偿，但民用市场上的霍尔传感器普遍存在输出温漂过大问题。军用霍尔电流传感器温度特性好，但价格昂贵。军用霍尔电流传感器中，由稳压管和PN结器件组成的恒流补偿电路，其结构简单、电路可靠和性能优异而常被采用，但对稳压管的温漂特性要求较高，造成成本较高，不利于市场推广。如何利用低性能的器件实现与高性能器件相同效果的温度补偿，降低成本，成为军转民需要解决的一大难题。
传统的设计方法都是建立在忽略稳压管的温漂特性基础上的，不适用于稳压管温度特性较差的场合。查阅相关文献发现，王进,阳桂蓉.直测式5V供电霍尔电流传感器设计[J].仪表技术,2016(12):42-45.提出了利用高温票稳压管进行补偿的概念，但未给出实际实用的模型与设计方法。
发明内容
本发明提出了一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，具体提出了协同补偿法，建立了一个关于温度补偿设计的数学模型，利用三端稳压管和二极管的温漂特性协同为霍尔元件进行补偿，用于降低霍尔电流传感器的成本。
为实现上述目的与其他相关目的，本发明提供一种协同补偿法的数学模型，该模型主要由以下参数组成：稳压管偏置电流IBIAS、稳压管输出参考电压E、稳压管参考电压E的温度漂移系数β、二极管的正向导通压降Von、二极管的正向导通压降Von的温度漂移系数γ、霍尔元件的驱动电流IC、霍尔元件输出电压VH、霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α、霍尔元件的霍尔系数KH、霍尔元件不等位电势Vos、磁通密度B、电阻R1、电阻R2。包括以下几个步骤：S1：根据霍尔元件输出电压VH公式和输出电压温度漂移系数α的定义推导出霍尔元件霍尔系数KH的温度漂移系数；S2：根据霍尔元件输出电压VH温度漂移系数α的定义，结和霍尔系数KH的温度漂移系数，建立温度漂移补偿后输出电压VH温度漂移系数α′的公式；S3：对建立的温度漂移系数α′的公式进行变换、化简，在α′＝0的目标函数约束条件下，求出温度补偿参数方程组；S4：对方程组进行求解，求出电路所需的补偿参数。
该数学关系模型中，通过稳压管参考电压E的温度漂移系数β和二极管正向导通压降Von的温度漂移系数γ共同实现对霍尔元件输出电压VH温度漂移系数α的补偿，电阻R1和R2用来设置β与γ的补偿比例。相较于传统采取单一温度漂移系数γ进行补偿设计方法，协同补偿法具有通用性强、准确度高、设计灵活的优点，同时，在硬件电路的选择上，不局限于高性能等级的器件，适用于低成本、高性能霍尔电流传感器的设计。
附图说明
图1是本发明提出的数学模型硬件电路示意图。
具体实施方式
以下通过特定的实例说明本发明的具体实施方式，本技术领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施和应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同的应用场合和需求，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰和改变。
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1，本发明提出一种协同补偿法数学模型所采用的硬件电路，由三端稳压管、电阻和二极管组成。稳压管3输出参考电压的两端并联两路恒流补偿电路，恒流补偿电路1由电阻1组成，恒流补偿电路2由二极管2-1与电阻2-2串联组成，两并联恒流电路与三端稳压管偏置电流IBIAS共同形成霍尔元件4的驱动电流IC，如公式(1)所示：
Figure GDA0002189013010000031
根据霍尔效应原理，霍尔元件的输出电压VH可近似由公式(2)表示：
VH＝KHICB+VOS (2)
由霍尔元件数据表可得霍尔元件输出电压的温度漂移系数α的定义如公式(3)所示：
Figure GDA0002189013010000032
其中，T1为25℃，T2为125℃，将公式(2)带入公式(3)，忽略磁通密度B、驱动电流IC、和不等位电势VOS的温度漂移，可得公式(4)：
Figure GDA0002189013010000033
由公式(4)可得，霍尔元件的输出电压温度漂移主要由霍尔系数温漂引起，引入电流补偿后，只需保证KH·IC恒定，即可保证输出电压VH稳定，则引入电流补偿后输出电压温度漂移系数如公式(5)所示：
Figure GDA0002189013010000034
对公式(5)进行变换、化简得公式(6)、(7)：
Figure GDA0002189013010000035
Figure GDA0002189013010000036
将公式(4)代入公式(7)得公式(8)：
Figure GDA0002189013010000037
令公式(8)中α′(VH)＝0，即可实现电流补偿后霍尔元件输出电压VH稳定，化简可得公式(9)：
Figure GDA0002189013010000041
将公式(9)、公式(1)带入公式(8)化简可得方程组(A)：
Figure GDA0002189013010000042
通常，稳压管参考电压E的温度漂移系数β和二极管正向导通压降Von的温度漂移系数γ定义如式(10)、(11)所示:
Figure GDA0002189013010000043
Figure GDA0002189013010000044
查阅所选用器件的数据表和相关资料即可得到温漂系数β、γ、稳压管参考电压E(T1)和二极管正向导通压降Von(T1)；驱动电流IC(T1)根据霍尔元件参数进行选择；稳压管偏置电流可视为IBIAS恒定值；将上述参数带入方程组A可化简可得方程组(B)：
Figure GDA0002189013010000045
方程组B是一个二元二次方程组，通过将次、消元即可求得电阻R1、R2解为(C)：
Figure GDA0002189013010000046
根据实际器件参数值，求得电阻R1、R2的值，即可实现对霍尔元件输出电压VH的温度补偿。
综上所述，本发明提出的一种协同补偿法的数学模型，相较于传统温度补偿的设计方法，具有准确性高、通用性强的优点：
唯上所述，此数学模型能够克服传统温度补偿电路中只能选择高精密基准稳压源的缺点，可作为高性能、低成本霍尔电流传感器温度补偿电路的设计参考。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，其特征在于，定义参数：稳压管偏置电流IBIAS、稳压管输出参考电压E、稳压管参考电压E的温度漂移系数β、二极管的正向导通压降Von、二极管的正向导通压降Von的温度漂移系数γ、霍尔元件的驱动电流IC、霍尔元件输出电压VH、霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α(VH)、霍尔元件的霍尔系数KH、霍尔元件不等位电势VOS、磁通密度B、电阻R1、电阻R2；包括以下几个步骤：
S1：根据霍尔元件输出电压VH公式和霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α(VH)的定义推导出霍尔元件霍尔系数KH的温度漂移系数α(KH)；
S2：根据霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α(VH)的定义，结合霍尔元件霍尔系数KH的温度漂移系数α(KH)，建立温度漂移补偿后霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α′(VH)的公式；
S3：对建立的温度漂移系数α′(VH)的公式进行变换、化简，在α′(VH)＝0的目标函数约束条件下，求出温度补偿参数方程组；
S4：对方程组进行求解，求出电路所需的补偿参数。
2.根据权利要求1所述的一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，其特征在于，在步骤S1中，根据霍尔元件输出电压VH公式和霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α(VH)的定义，忽略不等位电势VOS的影响，可得霍尔元件霍尔系数KH的温度漂移系数α(KH)为
Figure FDA0003146026900000011
3.根据权利要求1所述的一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，其特征在于，在步骤S2中，根据霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α(VH)的定义，建立温度漂移补偿后霍尔元件输出电压VH的温度漂移系数α′(VH)的公式为：
Figure FDA0003146026900000021
4.根据权利要求1所述的一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，其特征在于，在步骤S3中，对所建立的温度漂移系数α′(VH)的公式进行变换、化简，在α′(VH)＝0的目标函数约束条件下，求出补偿电流关系表达式和温度补偿参数R1、R2方程组为：
Figure FDA0003146026900000022
Figure FDA0003146026900000023
5.根据权利要求1所述的一种霍尔电流传感器温度补偿电路设计方法，其特征在于，在步骤S4中，对步骤S3求得的方程组进行求解，求出电路所需的补偿参数R1、R2为：
Figure FDA0003146026900000024
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112255583B (zh) * 2020-10-29 2023-04-14 杭州电力设备制造有限公司 一种直流电流互感器误差补偿方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3409795A1 (de) * 1983-03-18 1984-09-20 Trw Inc., Redondo Beach, Calif. Temperaturkompensierte vorrichtung mit einem hall-effekt-sensor
CN1070070A (zh) * 1991-07-31 1993-03-17 德中Itt工业股份有限公司 带自动补偿的霍尔传感器
DE102005051848A1 (de) * 2005-10-28 2007-05-03 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation einer in einen Halbleiterkörper integrierten Messwiderstandsstruktur
CN101290233A (zh) * 2007-04-19 2008-10-22 上海钜胜微电子有限公司 霍尔效应电路的温度补偿方法及其电路
CN101459428A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 上海华虹Nec电子有限公司 数模转换器温度补偿方法
CN202421322U (zh) * 2012-01-06 2012-09-05 金海新源电气江苏有限公司 一种具有温度补偿的汇流监测装置
CN104303065A (zh) * 2012-06-29 2015-01-21 旭化成微电子株式会社 霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法
CN105388356A (zh) * 2014-08-22 2016-03-09 比亚迪股份有限公司 电流测量装置
CN106249021A (zh) * 2015-06-08 2016-12-21 英飞凌科技股份有限公司 具有磁场传感器的电流传感器芯片
CN206348379U (zh) * 2016-10-26 2017-07-21 深圳青铜剑科技股份有限公司 一种开环型霍尔电流传感器及电路
CN108304023A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 北京航天发射技术研究所 一种开关电源高负载稳定度补偿电路
CN107340424B (zh) * 2017-05-22 2019-08-27 合肥师范学院 一种霍尔电流传感器的温度补偿方法
CN110208598A (zh) * 2019-05-29 2019-09-06 上海空间电源研究所 一种双霍尔元件结构的霍尔电流传感器电路

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3409795A1 (de) * 1983-03-18 1984-09-20 Trw Inc., Redondo Beach, Calif. Temperaturkompensierte vorrichtung mit einem hall-effekt-sensor
CN1070070A (zh) * 1991-07-31 1993-03-17 德中Itt工业股份有限公司 带自动补偿的霍尔传感器
DE102005051848A1 (de) * 2005-10-28 2007-05-03 Infineon Technologies Ag Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation einer in einen Halbleiterkörper integrierten Messwiderstandsstruktur
CN101290233A (zh) * 2007-04-19 2008-10-22 上海钜胜微电子有限公司 霍尔效应电路的温度补偿方法及其电路
CN101459428A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 上海华虹Nec电子有限公司 数模转换器温度补偿方法
CN202421322U (zh) * 2012-01-06 2012-09-05 金海新源电气江苏有限公司 一种具有温度补偿的汇流监测装置
CN104303065A (zh) * 2012-06-29 2015-01-21 旭化成微电子株式会社 霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法
CN105388356A (zh) * 2014-08-22 2016-03-09 比亚迪股份有限公司 电流测量装置
CN106249021A (zh) * 2015-06-08 2016-12-21 英飞凌科技股份有限公司 具有磁场传感器的电流传感器芯片
CN206348379U (zh) * 2016-10-26 2017-07-21 深圳青铜剑科技股份有限公司 一种开环型霍尔电流传感器及电路
CN107340424B (zh) * 2017-05-22 2019-08-27 合肥师范学院 一种霍尔电流传感器的温度补偿方法
CN108304023A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 北京航天发射技术研究所 一种开关电源高负载稳定度补偿电路
CN110208598A (zh) * 2019-05-29 2019-09-06 上海空间电源研究所 一种双霍尔元件结构的霍尔电流传感器电路

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Compensation of the temperature-dependent offset drift of a Hall sensor;HubertBlanchard et al;《Sensors and Actuators A: Physical》;19970531;第60卷;10-13 *
一种霍尔电流传感器的电路设计;卢敏等;《电子设计工程》;20101130;第18卷(第11期);41-44 *
直测式5V供电霍尔电流传感器设计;王进，阳桂蓉;《仪表技术》;20161231(第12期);42-45 *
霍尔传感器温度补偿方法研究;王锋等;《电子测量技术》;20140630;第37卷(第6期);97-99 *
霍尔传感器温度补偿电路设计;罗志强，阳桂蓉，王进;《兵工自动化》;20141031;第33卷(第10期);87-88、96 *

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