CN112858752A - 一种带电源隔离的霍尔传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带电源隔离的霍尔传感器装置，包括电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路、0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路与铁芯线圈。本发明能够最大限度的增加传感器电路稳定性；具有电流积分功能、0V限漂移电路功能；能够避免温度变化时，输出结果产生较大变化和误差；采用电源转换隔离电路提高了传感器对外部电源的抗干扰能力。

Description

一种带电源隔离的霍尔传感器装置
技术领域
本发明属于传感器电路技术领域，尤其涉及一种带电源隔离的霍尔传感器装置。
背景技术
目前导弹牵引头控制电机使用的电流传感器，通常采用霍尔传感器感应电机电流传感器大小，再通过电压放大，再进行信号标准化处理，把电机电流变为0～5V标准电压信号。这个电路的弊端有：
(1)电源电压为电压源，不能适应温度变化；
(2)抗干扰能力差；
(3)抗电源电压干扰能力低；
(4)对电磁兼容适应能力低；
(5)开环测量，采样精度低。
因此现有的电流传感器满足不了现代军用电控系统的技术要求。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种带电源隔离的霍尔传感器装置，包括电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路、0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路与铁芯线圈；
电源转换隔离电路用于输出直流电压与电源隔离；过压保护电路的输入端用于电源输入；电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路依次相连；
电源反接保护电路通过电源转换隔离电路连接0V电源产生电路的电源输入端、0V限漂移电路的电源输入端、第一恒电流电路的电源输入端、电流积分电路的电源输入端与第二恒电流电路的电源输入端；
0V电源产生电路的输出端与第一恒电流电路的输入端相连；第一恒电流电路的输出端与霍尔传感器的第一输入端相连；0V限漂移电路的输出端与霍尔传感器的第二输入端相连；
自动矫正传感器输出电路的第一端与第一恒电流电路的输出端相连；自动矫正传感器输出电路的第二端与霍尔传感器的第二输出端相连；
霍尔传感器的第一输出端与电流积分电路的第一输入端、0V限漂移电路的第一输入端相连；霍尔传感器的第二输出端与电流积分电路的第二输入端、0V 限漂移电路的第二输入端相连；电流积分电路的输出端通过第二恒电流电路与铁芯线圈相连；第二恒电流电路用于驱动铁芯线圈工作。
本发明的有益效果在于：本发明通过设置0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路，能够最大限度的增加传感器电路稳定性；具有电流积分功能、 0V限漂移电路功能；能够避免温度变化时，输出结果产生较大变化和误差；采用电源转换隔离电路提高了传感器对外部电源的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是0V电源产生电路的电路图；
图3是第一恒电流电路的电路图；
图4是自动矫正传感器输出电路的电路图；
图5是0V限漂移电路的电路图；
图6是电流积分电路的电路图；
图7是第二恒电流电路的电路图；
图8是电源转换隔离电路的电路图。
图中：U1-第一运算放大器；U2-第二运算放大器；U3-第三运算放大器；U4- 电源隔离芯片；Q1-第一三极管；Q2-第二三极管；Q3-第三三极管；Q4-第四三极管；Z1-第一稳压二极管；Z2-第二稳压二极管；Z3-第三稳压二极管；Z4-第四稳压二极管；L1-第一电感；L2-第二电感；L3-第三电感；L4-第四共模电感； C1-第一极性电容；C2-第二极性电容；C3-第三电容；C4-第四电容；C5-第五极性电容；C6-第六极性电容；C7-第七电容；C8-第八共模电容；C9-第九共模电容；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；R10-第十电阻；R11- 第十一电阻；R12-第十二电阻；R13-第十三电阻；R14-第十四电阻；H-霍尔传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明一种带电源隔离的霍尔传感器装置，包括电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路、0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路与铁芯线圈；
电源转换隔离电路用于输出直流电压与电源隔离；过压保护电路的输入端用于电源输入；电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路依次相连；
电源反接保护电路通过电源转换隔离电路连接0V电源产生电路的电源输入端、0V限漂移电路的电源输入端、第一恒电流电路的电源输入端、电流积分电路的电源输入端与第二恒电流电路的电源输入端；
0V电源产生电路的输出端与第一恒电流电路的输入端相连；第一恒电流电路的输出端与霍尔传感器的第一输入端相连；0V限漂移电路的输出端与霍尔传感器的第二输入端相连；
自动矫正传感器输出电路的第一端与第一恒电流电路的输出端相连；自动矫正传感器输出电路的第二端与霍尔传感器的第二输出端相连；
霍尔传感器的第一输出端与电流积分电路的第一输入端、0V限漂移电路的第一输入端相连；霍尔传感器的第二输出端与电流积分电路的第二输入端、0V 限漂移电路的第二输入端相连；电流积分电路的输出端通过第二恒电流电路与铁芯线圈相连；第二恒电流电路用于驱动铁芯线圈工作。
具体的，所述0V电源产生电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容与第一运算放大器；第一电阻第一端、第一电容第一端用于正电源输入；第二电阻第二端、第一电容第二端用于负电源输入；第一电阻第二端、第二电阻第一端与第一运算放大器的同向输入端相连；第一运算放大器的反向输入端与第一运算放大器的输出端接0V公共端。
具体的，所述第一恒电流电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一稳压二极管与第一三极管；第一稳压二极管负极接第四电阻第一端、第五电阻第一端，用于15V电源输入；第一稳压二极管正极接第一三极管基极、第三电阻第一端；第三电阻第二端用于-15V电源输入；第四电阻第二端接第一三极管发射极；第一三极管集电极接第五电阻第二端、霍尔传感器的第一输入端。
具体的，所述自动矫正传感器输出电路包括第六电阻与第七电阻；第六电阻第一端接第一恒电流电路的输出端；第六电阻第二端通过第七电阻接霍尔传感器的第二输出端。
具体的，所述0V限漂移电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻与第二运算放大器；第八电阻第一端接霍尔传感器的第一输出端；第八电阻第二端接第二运算放大器的反向输入端；第二运算放大器的同向输入端接0V 公共端；第二运算放大器的输出端通过第九电阻接霍尔传感器的第二输入端、第十电阻第一端、第十一电阻第一端；第十一电阻第二端接霍尔传感器的第二输出端；第十电阻第二端用于-15V电源输入。
具体的，所述电流积分电路包括第三运算放大器、第十二电阻、第十三电阻与第二电容；霍尔传感器的第一输出端与第三运算放大器的反向输入端相连；霍尔传感器的第二输出端与第三运算放大器的同向输入端相连；第三运算放大器的反向输入端通过第十二电阻与第二电容第一端相连；第三运算放大器输出端通过第十三电阻接第二电容第二端、第二恒电流电路的输入端。
具体的，所述第二恒电流电路包括第十四电阻、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管；第十四电阻第一端接第二三极管基极、第三三极管基极、第四三极管基极、第五三极管基极；第十四电阻第二端接第二三极管发射极、第三三极管发射极、第四三极管发射极、第五三极管发射极；第二三极管集电极、第三三极管集电极用于直流电源正输入；第四三极管集电极、第五三极管集电极用于直流电源负输入。
具体的，所述电源转换隔离电路包括电源隔离芯片、第三电容、第四电容、第一极性电容、第二极性电容；过压保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第三稳压管；差模电感电路包括第一电感、第二电感；共模电容电路包括第七电容、第八共模电容、第九共模电容；共模电感电路包括第三共模电感与第四共模电感；第二稳压管第一端、第三稳压管第一端接第一电感第一端，用于电源输入；第三稳压管第二端、第四稳压管第一端接第二电感，用于电源输入；第二稳压管第二端、第四稳压管第二端接地；第一电感第二端接第七电容第一端、第八共模电容第一端、第三电感第一端；第二电感第二端接第七电容第二端、第九共模电容第二端、第四共模电感第一端；第八共模电容第二端、第九共模电容第一端接地；第三共模电感第二端、第四共模电感第二端分别接电源隔离芯片的输入端；电源隔离芯片的第一输出端接第五极性电容第二端、第三电容第一端；电源隔离芯片的第二输出端接第六极性电容第二端、第四电容第二端；第三电容第二端、第四电容第一端、第五极性电容第二端、第六极性电容第一端接地。
本发明的工作原理为：
(1)外部电源通过电源转换隔离电路，把外部电源通过隔离的方式得到和外部输入电压值相等的电源电压，为了增加传感器对外部电源的抗干扰能力，减少传感器对外部设备的电磁兼容和电磁辐射的能力，电源电路增加了过电压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路。
(2)采用差分方式非接触采样外部交直流母线电流信号；再通过积分放大电路对信号进行积分放大，把电压信号转换为电流信号；第二恒流电路驱动铁芯线圈。线圈以单方向绕制在有一个开口的环形铁芯上，霍尔传感器安装在环形铁芯的开口处，霍尔传感器的感应面和环形线圈产生的磁场方向垂直，霍尔元件感应面感应极性和磁场方向相同。环形线圈通过产生的磁场和外部母线产生的磁场相等的时候，霍尔传感器电路的输出电流为一个稳定变的电流值，这个电流值通过数据变换为外部被测母线的电流大小。
具体的，霍尔传感器芯片(采用HW300B传感器)，通过差分方式非接触采样外部交直流母线电流信号，得到信号A1+和A1-；A1+和A1-通过运算放大器ADA4084的输出端产生一个电压信号B；B信号经过由电阻、电容与运算放大器 ADA4084组成积分电路，得到信号C；C信号再经过由2个NPN型三极管、2个 PNP型三极管和一个电阻组成的功率放大电路，把电压信号转换为电流信号，得到信号D，D信号为一个恒电流信号；D信号用于驱动铁芯线圈。铁芯线圈的作用：把线圈电流变为磁场作用在霍尔传感器芯片上，使霍尔传感器芯片反应被测外部电流大小。铁芯材料采用坡莫合金导磁材料(铁镍合金)。
电源接反保护电路的作用：接收外部电压输入、防止电源接反而损伤电路。 10mA恒电流电路能够产生一个10mA的恒电流，作为霍尔元件HW300B的电源输入，如果此电源采用电压源而不是电流源，温度变化时，输出结果会有变化和误差。0V产生电路的作用：由于传感器输入电压中没有0V电压，能够给霍尔传感器提供一个0V电压。0V限漂移电路能够防止电源和温度波动引起0V电压变化。自动矫正传感器输出0mA电流：由于铁芯和线圈有工艺差异，外部为0A电流时，输出不是0mA电流，当0V电压出现波动时，能保证0V电压的稳定性。
本发明传感器电路仅采用+15V和-15V电压输入。为了增加0位电压的驱动能力，0位电压经过一个电压跟随器形成0V电压产生电路。
本发明通过设置0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路，能够最大限度的增加传感器电路稳定性；具有电流积分功能、0V限漂移电路功能；能够避免温度变化时，输出结果产生较大变化和误差；采用电源转换隔离电路提高了传感器对外部电源的抗干扰能力。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，包括电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路、0V电源产生电路、0V限漂移电路、第一恒电流电路、霍尔传感器、自动矫正传感器输出电路、电流积分电路与第二恒电流电路与铁芯线圈；
电源转换隔离电路用于输出直流电压与电源隔离；过压保护电路的输入端用于电源输入；电源转换隔离电路、过压保护电路、差模电感电路、共模电容电路、共模电感电路、电源反接保护电路依次相连；
电源反接保护电路通过电源转换隔离电路连接0V电源产生电路的电源输入端、0V限漂移电路的电源输入端、第一恒电流电路的电源输入端、电流积分电路的电源输入端与第二恒电流电路的电源输入端；
0V电源产生电路的输出端与第一恒电流电路的输入端相连；第一恒电流电路的输出端与霍尔传感器的第一输入端相连；0V限漂移电路的输出端与霍尔传感器的第二输入端相连；
自动矫正传感器输出电路的第一端与第一恒电流电路的输出端相连；自动矫正传感器输出电路的第二端与霍尔传感器的第二输出端相连；
霍尔传感器的第一输出端与电流积分电路的第一输入端、0V限漂移电路的第一输入端相连；霍尔传感器的第二输出端与电流积分电路的第二输入端、0V限漂移电路的第二输入端相连；电流积分电路的输出端通过第二恒电流电路与铁芯线圈相连；第二恒电流电路用于驱动铁芯线圈工作。
2.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述0V电源产生电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容与第一运算放大器；第一电阻第一端、第一电容第一端用于正电源输入；第二电阻第二端、第一电容第二端用于负电源输入；第一电阻第二端、第二电阻第一端与第一运算放大器的同向输入端相连；第一运算放大器的反向输入端与第一运算放大器的输出端接0V公共端。
3.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述第一恒电流电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一稳压二极管与第一三极管；第一稳压二极管负极接第四电阻第一端、第五电阻第一端，用于15V电源输入；第一稳压二极管正极接第一三极管基极、第三电阻第一端；第三电阻第二端用于-15V电源输入；第四电阻第二端接第一三极管发射极；第一三极管集电极接第五电阻第二端、霍尔传感器的第一输入端。
4.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述自动矫正传感器输出电路包括第六电阻与第七电阻；第六电阻第一端接第一恒电流电路的输出端；第六电阻第二端通过第七电阻接霍尔传感器的第二输出端。
5.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述0V限漂移电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻与第二运算放大器；第八电阻第一端接霍尔传感器的第一输出端；第八电阻第二端接第二运算放大器的反向输入端；第二运算放大器的同向输入端接0V公共端；第二运算放大器的输出端通过第九电阻接霍尔传感器的第二输入端、第十电阻第一端、第十一电阻第一端；第十一电阻第二端接霍尔传感器的第二输出端；第十电阻第二端用于-15V电源输入。
6.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述电流积分电路包括第三运算放大器、第十二电阻、第十三电阻与第二电容；霍尔传感器的第一输出端与第三运算放大器的反向输入端相连；霍尔传感器的第二输出端与第三运算放大器的同向输入端相连；第三运算放大器的反向输入端通过第十二电阻与第二电容第一端相连；第三运算放大器输出端通过第十三电阻接第二电容第二端、第二恒电流电路的输入端。
7.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述第二恒电流电路包括第十四电阻、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管；第十四电阻第一端接第二三极管基极、第三三极管基极、第四三极管基极、第五三极管基极；第十四电阻第二端接第二三极管发射极、第三三极管发射极、第四三极管发射极、第五三极管发射极；第二三极管集电极、第三三极管集电极用于直流电源正输入；第四三极管集电极、第五三极管集电极用于直流电源负输入。
8.根据权利要求1所述一种带电源隔离的霍尔传感器装置，其特征在于，所述电源转换隔离电路包括电源隔离芯片、第三电容、第四电容、第一极性电容、第二极性电容；过压保护电路包括第一稳压管、第二稳压管、第三稳压管；差模电感电路包括第一电感、第二电感；共模电容电路包括第七电容、第八共模电容、第九共模电容；共模电感电路包括第三共模电感与第四共模电感；第二稳压管第一端、第三稳压管第一端接第一电感第一端，用于电源输入；第三稳压管第二端、第四稳压管第一端接第二电感，用于电源输入；第二稳压管第二端、第四稳压管第二端接地；第一电感第二端接第七电容第一端、第八共模电容第一端、第三电感第一端；第二电感第二端接第七电容第二端、第九共模电容第二端、第四共模电感第一端；第八共模电容第二端、第九共模电容第一端接地；第三共模电感第二端、第四共模电感第二端分别接电源隔离芯片的输入端；电源隔离芯片的第一输出端接第五极性电容第二端、第三电容第一端；电源隔离芯片的第二输出端接第六极性电容第二端、第四电容第二端；第三电容第二端、第四电容第一端、第五极性电容第二端、第六极性电容第一端接地。
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