CN114137464A - 一种霍尔电流传感器调零系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种霍尔电流传感器调零系统，其采样模块、信号处理模块、处理控制模块、补偿模块和电源模块；采样模块用于在霍尔电流传感器得电后，对霍尔电流传感器的输出电压进行实时采样，以输出采样信号；信号处理模块用于对采样信号处理，以输出识别信号；处理控制模块用于在采样信号反映的电压值与预设标准值不等时，输出补偿信号；补偿模块用于在接收到补偿信号时向霍尔电流传感器施加可调的补偿电压，使得当前采样信号所反映的电压值为零；处理控制模块还用于根据输出电压和补偿电压计算配置于霍尔电流传感器上的补偿电阻器的阻值，以输出阻值检测信号；电源模块用于提供多种电压。本申请能缓解霍尔电流传感器的零点漂移程度。

Description

一种霍尔电流传感器调零系统

技术领域

本申请涉及霍尔电流传感器的领域，尤其是涉及一种霍尔电流传感器调零系统。

背景技术

霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应的传感器，由于其具有精度高、宽带宽、测量范围广、低成本、低功耗等优点，故霍尔传感器被广泛应用于工业领域。

一般的，在霍尔电流传感器出厂前都需要进行调零工作，以降低零点漂移的程度。具体的，霍尔电流传感器上配置有一个补偿电阻器。相关技术中，补偿电阻器为滑动变阻器，工作人员需要调节滑动变阻器使得霍尔电流传感器处于非工作状态时输出小于零的值。而后，补偿电阻器还连接有辅助校准电路。通过配合辅助校准电路，能够进一步地改善零点漂移问题。

但是，上述补偿电阻器配合辅助校准电路以实现调零的方式较为复杂。

发明内容

为了更易于通过补偿电阻器改善零点漂移问题，本申请提供了一种霍尔电流传感器调零系统。

本申请提供的一种霍尔电流传感器调零系统采用如下的技术方案：

一种霍尔电流传感器调零系统，包括采样模块、信号处理模块、处理控制模块、补偿模块和电源模块；

所述采样模块用于在霍尔电流传感器得电后，对所述霍尔电流传感器的输出电压进行实时采样，以输出采样信号；

所述信号处理模块连接所述采样模块，用于对所述采样信号处理，以输出可识别范围内的识别信号；

所述处理控制模块连接所述信号处理模块，用于根据所述识别信号计算所述采样信号反映的电压值，并在所述采样信号反映的电压值不为零时，输出补偿信号；

所述补偿模块连接所述处理控制模块，用于在接收到所述补偿信号时向所述霍尔电流传感器施加可调的补偿电压，使得当前采样信号所反映的电压值为零；

所述处理控制模块还用于根据所述输出电压和补偿电压计算配置于所述霍尔电流传感器上的补偿电阻器的阻值，以输出阻值检测信号；

所述电源模块分别连接所述采样模块、信号处理模块、处理控制模块和补偿模块，接入市电，用于提供多种电压。

通过采用上述技术方案，处理控制模块能够计算当前采样信号所反映的电压值，并能够判断当前霍尔电流传感器是否发生零点偏移。当霍尔电流传感器零点发生偏移后，处理控制模块能够控制补偿模块启动，以向霍尔电流传感器施加补偿电压以调零。当霍尔电流传感器完成调零工作后，处理控制模块能够根据输出电压和补偿电压计算补偿电阻器的阻值，使得工作人员能够将该阻值的固定电阻器焊接于当前霍尔电流传感器上，进而改善霍尔电流传感器的零点漂移问题。相比于相关技术而言，无需再通过辅助校准电路进行补偿，较为便捷。

可选的，所述处理控制模块包括放大器和同相加法器；

所述放大器用于放大所述采样信号；

所述同相加法器连接所述放大器，用于将放大后的采样信号所反映的电压值与预设标准值相加，以输出可识别范围内的识别信号。

通过采用上述技术方案，由于采样信号所反映的电压值有正负之分，处理控制模块能够读取的数值范围有限，故需要对采样信号进行放大，并与预设标准值进行叠加，以使处理控制模块能够读取。

可选的，所述放大器为2倍放大器。

通过采用上述技术方案，放大器放大倍数取决于处理控制模块的可读取的数值范围，放大倍数较小会使得处理控制模块无法读取，放大倍数较大会使得处理控制模块读取不全。

可选的，所述补偿模块包括第一继电器和补偿电源；

所述第一继电器连接所述处理控制模块，用于在接收到所述补偿信号时闭合，以输出触发信号；

所述补偿电源分别连接所述第一继电器和所述霍尔电流传感器，用于在接收到所述触发信号时为所述霍尔电流传感器提供补偿电压。

通过采用上述技术方案，第一继电器能够受处理控制模块控制以闭合或断开，进而控制补偿电源在霍尔传感器需要补偿时向霍尔传感器提供补偿电压。

可选的，处理模块连接有显示模块，所述显示模块用于接收所述阻值检测信号，并用于显示所述补偿电阻器的阻值。

通过采用上述技术方案，能够便于工作人员得知补偿电阻器的阻值。

可选的，所述处理控制模块是MCU。

可选的，所述同相加法器与所述2倍放大器以及第一继电器与所述处理控制模块都通过隔离模块连接。

通过采用上述技术方案，隔离模块能够保护系统安全，避免不同电压的模块相互干扰。

可选的，所述采样模块包括第二继电器和两个采样电阻器，两个所述采样电阻器串联，所述第二继电器与一个所述采样电阻器并联，所述处理控制模块连接所述第二继电器，还用于控制所述第二继电器闭合或断开。

通过采用上述技术方案，处理控制单元能够控制第二继电器闭合或断开以测试霍尔电流传感器的线性。

可选的，所述电源模块包括第一电平转换单元、第二电平转换单元和第三电平转换单元；

所述第一电平转换单元接入市电，用于改变市电电压，以输出第一幅值电压；

所述第二电平转换单元连接所述第一电平转换单元，接入所述第一幅值电压，用于改变第一幅值电压，以输出第二幅值电压；

所述第三电平转换单元连接所述第一电平转换单元，接入所述第一幅值电压，用于改变第一幅值电压，以输出第三幅值电压。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.处理控制模块能够根据采样模块采集的电压判断霍尔电流传感器的零点是否发生了漂移。当霍尔电流传感器的零点漂移时，处理控制模块能够控制补偿模块向霍尔电流传感器施加补偿电压以进行补偿，进而测得补偿电阻器的阻值，使得工作人员能够为霍尔电流传感器配置相应阻值的电阻器，以改善霍尔电流传感器的零点漂移问题；

2.通过设置放大器和同相加法器，能够改变采样信号所反映的电压值，使得处理控制模块能够读取采样信号所反映的电压值。

附图说明

图1是本申请实施例的霍尔电流传感器调零系统的系统示意图。

图2是本申请实施例的霍尔电流传感器调零系统的原理示意图。

附图标记说明：1、采样模块；11、第二继电器；2、信号处理模块、21、放大器；22、同相加法器；3、处理控制模块；31、AD采样单元；32、处理单元；33、控制单元；34、第一DA输出单元；35、第二DA输出单元；4、补偿模块；41、第一继电器；42、补偿电源；5、电源模块；51、第一电平转换单元；52、第二电平转换单元；53、第三电平转换单元；6、霍尔电流传感器；7、供电单元；8、第三继电器；9、隔离模块；10、显示模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种霍尔电流传感器调零系统。参照图1，霍尔电流传感器调零系统包括采样模块1、信号处理模块2、处理控制模块3、补偿模块4和电源模块5。其中，处理控制模块3用于判断当前霍尔电流传感器6是否存在零点漂移的问题，并用于在当前霍尔电流传感器6发生零点漂移时控制补偿模块4进行补偿，以测得补偿电阻器的阻值，进而缓解了霍尔电流传感器6零点漂移的程度。

具体的，电源模块5接入市电，用于提供多种电压。电源模块5第一电平转换单元51、第二电平转换单元52和第三电平转换单元53。

第一电平转换单元51用于接入220V市电，用于调整市电电压，以输出第一幅值电压。在本申请中，第一幅值电压为24V。

第二电平转换单元52连接第一电平转换单元51，接入第一幅值电压，用于调整第一幅值电压，以输出第二幅值电压。在本申请中，第二幅值电压为15V。

第三电平转换单元53连接第一电平转换单元51，接入第一幅值电压，用于调整第一幅值电压，以输出第三幅值电压。在本申请中，第三幅值电压为5V。

可以了解的是，第一电平转换单元51与220V插座之间和第二电平转换单元52与第一电平转换单元51之间以及第三电平转换单元53与第一电平装换单元之间均连接有滤波单元，以去除高频干扰。

第一电平转换单元51、第二电平转换单元52和第三电平转换单元53均具有调压的功能，属于相关领域的常规技术手段，故此处不再作详细说明。

霍尔电流传感器6与第二电平转换单元52连接，使得霍尔电流传感器6的原边有电流流过。

采样模块1连接霍尔电流传感器6的副边，用于在霍尔电流传感器6得电后，对霍尔电流传感器6的输出电压进行实时采样，输出采样信号。

具体的，采样模块1包括采样电阻器，用于在有电流流过时，对霍尔电流传感器6的输出电压进行实时采样，以反映霍尔电流传感器6输出电压的实际情况。由于流过霍尔电流传感器6原边的的电流有正负之分，故采样电阻器两端的电压值也有正负之分。

信号处理模块2分别连接第二电平转换单元52和采样模块1，用于接收采样信号，并对采样信号进行处理，以输出可识别范围内的识别信号。

具体的，信号处理模块2包括放大器21和同相加法器22。

放大器21连接采样模块1，用于接收采样信号，并对采样信号反映的电压值进行放大处理。在本申请中，放大器21优选为2倍放大器21。当然，放大器21的放大倍数可根据实际情况进行适应性调整。

同相加法器22连接放大器21，用于将经过放大后的采样信号所反映的电压值与预设标准值进行叠加，以输出可识别范围内的识别信号。可以了解的是，采样信号所反映的电压值存在正负两种数值，而用于识别经过放大后的采样信号的处理控制模块3无法识别电压值为负的数值。因而将经过放大后的采样信号所反映的电压值与预设标准值进行叠加。其中，预设标准值大于经过放大后的采样信号所反映的电压值的最大值，使得无论采样信号所反映的电压值为多少，经过放大后与预设标准值叠加后的值都为正数，以便于处理控制模块3识别。优选的，处理控制模块3能够识别的范围为0-5V，相应的，预设标准值为2.5V。

下面以一个具体的示例进行说明，以方便理解：

假设采样电阻器两端的电压为-0.6V，则经过放大后的采样信号所反映的电压值为-1.2V，进一步的，与预设标准值叠加后的识别信号所反映的电压值为1.3V。

处理控制模块3分别连接第三电平转换单元53和信号处理单元32，用于根据识别信号计算采样信号反映的电压值，并在采样信号所反映的电压值不为零时输出补偿信号。处理控制模块3包括AD采样单元31、处理单元32和控制单元33。

其中，AD采样单元31连接同相加法器22，用于接收识别信号，并将模拟量的识别信号转换为数字量的识别信号。可以了解的是，AD采样单元31能够识别0-5V的电压，但识别信号所反映的电压值并不是采样电阻器实际采样得到的电压。因此，为了判断霍尔电流传感器6是否产生零点偏移，需要通过识别信号所反映的电压值计算采样信号所反映的电压值。

处理单元32连接的AD采样单元31，用于接收数字量的识别信号，并用于根据识别信号计算采样信号反映的电压值。具体的，计算采样信号反映的电压值的方法为：

以上面的示例进行说明：

当识别信号所反映的电压值为1.3V，经过放大的采样信号反映的电压值为-1.2V，进而采样信号反映的电压值为-0.6V。

值得说明的是，处理控制单元33还包括第一DA输出单元34。第一DA输出单元34用于输出上述预设标准值。

第一DA输出单元34连接有供电单元7。供电单元7用于输出幅值为预设标准值的电压，以和经过放大的采样信号进行叠加。

控制单元33连接处理单元32，用于判断霍尔电流传感器6是否产生零点偏移。具体的，当采样信号所反映的电压值不为零时，控制单元33输出高电平，即输出补偿信号。反之，当采样信号所反映的电压值为零时，控制单元33输出低电平，即不输出补偿信号，这说明此时霍尔电流传感器6未产生零点偏移。

补偿模块4连接处理控制模块3，用于在接收到补偿信号时向霍尔电流传感器6施加可调的补偿电压，使得采样信号当前反映的电压值为零。

补偿模块4包括第一继电器41和补偿电源42。

其中，第一继电器41连接控制单元33，用于在接收到补偿信号时闭合，以输出触发信号。

可以了解的是，处理控制模块3还包括第二DA输出单元35。控制单元33连接第二DA输出单元35，用于在输出补偿信号的同时，控制第二DA输出单元35输出补偿电压值。

补偿电源42分别连接第一继电器41和霍尔电流传感器6，用于在接收到触发信号时为霍尔电流传感器6提供补偿电压。当第一继电器41闭合时，补偿电源42与第二DA输出单元35连通，能够接收到物理量的补偿电压值，以输出相应的补偿电压。反之，当第一继电器41断开时，补偿电源42与第二DA输出单元35断开，即不输出补偿电压。

值得说明的是，由补偿电输出的补偿电压并非是特定的某一电压值，而是需要处理控制模块3进行调节的，即通过调节补偿电压，使得当前采样信号所反映的电压值为零。在本申请实施例中，主要采用逼近式补偿法，其具体补偿步骤如下：

首先，控制单元33控制补偿电源42输出电压为采样信号所反映的电压的初始值的2倍。例如，采样信号所反映的电压值为0.6V，则补偿电压为1.2V。

而后，根据采样信号所反映的电压值和补偿后采样电阻器的电压值计算补偿效率，即

由此可得，第N次补偿时采样信号所反映的电压值的变化量为：

V_N＝Δ×V_N-1

其次，以4倍步距调节补偿电压。即每次调节4个AD，其中1个AD大约为1.22mV。

最后，当补偿后采样信号所反映的电压值进入限定条件后，重新调整步距至1倍步距进行补偿，直至采样信号所反映的电压值为零。其中，限定条件为人为预先设定的调节条件，具体优选为补偿后采样信号所反映的电压值小于10个AD。当然，可根据实际情况对每一次补偿电压的调节量做适应性设计。

控制单元33还用于在当前采样信号所反映的电压值为零时，控制第一继电器41断开。此时，处理单元32还用于根据输出电压和补偿电压计算补偿电阻器的阻值，以输出阻值检测信号。具体的，补偿电阻器的的阻值计算公式为：

其中，V_3-1为霍尔电流传感器6的霍尔元件上1号管脚和3号管脚上的补偿电压，V_4-2为霍尔元件上2号管脚和4号管脚上的电压，R₁为固定电阻器，其阻值为240KΩ。

参照图1和图2，可以理解的是，固定电阻器R₁串联于霍尔元件的1号管脚与3号管脚之间，补偿电阻器R串联于霍尔元件的2号管脚与4号管脚之间。由于流经霍尔元件的1号管脚与3号管脚的电流与流经霍尔元件的2号管脚与4号管脚的电流是相等的，故

当然，也可将补偿电阻器R看做是两个补偿电阻器R_补串联，这样可以得到

其中，R_补＝1/2×R。

本申请中的霍尔电流传感器调零系统不仅能够检测霍尔电流传感器6是否产生零点漂移，并对产生零点漂移的霍尔电流传感器6进行调零，还能够检测霍尔电流传感器6的线性。

具体来说，采样电阻器设置有两个，采样电阻器R_A和采样电阻器R_B串联于霍尔电流传感器6的副边。采样模块1还包括第二继电器11。第二继电器11与任意一个采样电阻器并联，第二继电器11连接控制单元33，以在控制单元33的控制下闭合或断开，进而实现对霍尔电流传感器6线性的检测。

不仅如此，第二电平转换单元52与第一电平转换单元51之间还连接有开关元件，霍尔电流传感器6与第二电平转换单元52之间还连接有第三继电器8，第三继电器8连接控制单元33，用于切断或导通霍尔电流传感器6供电。

除此之外，在同相加法器22与2倍放大器21以及第一继电器41与处理控制模块3都是通过隔离模块9连接。隔离模块9为相关领域中的常规技术手段，故此处不做过多说明。

上述提及的处理控制模块3优选为MCU单片机。

还包括显示模块10，显示模块10连接处理单元32，用于接收阻值检测信号，并显示对应的阻值。优选的，显示模块10为显示屏。

本申请实施例一种霍尔电流传感器调零系统的实施原理为：通过采样模块1对霍尔电流传感器6输出电压进行采样，根据采样信号反映的电压值判断霍尔电流传感器6是否产生零点漂移。当霍尔电流传感器6产生零点漂移时，开启补偿模块4以为霍尔电流传感器6施加补偿电压，使得采样信号所反映的电压值为零，实现对霍尔电流传感器6的调零。同时，根据霍尔电流传感器6的输出电压和补偿电压计算补偿电阻器的阻值。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种霍尔电流传感器调零系统，其特征在于，包括：采样模块(1)、信号处理模块(2)、处理控制模块(3)、补偿模块(4)和电源模块(5)；

所述采样模块(1)用于在霍尔电流传感器(6)得电后，对所述霍尔电流传感器(6)的输出电压进行实时采样，以输出采样信号；

所述信号处理模块(2)连接所述采样模块(1)，用于对所述采样信号处理，以输出可识别范围内的识别信号；

所述处理控制模块(3)连接所述信号处理模块(2)，用于根据所述识别信号计算所述采样信号反映的电压值，并在所述采样信号反映的电压值不为零时，输出补偿信号；

所述补偿模块(4)连接所述处理控制模块(3)，用于在接收到所述补偿信号时向所述霍尔电流传感器(6)施加可调的补偿电压，使得当前采样信号所反映的电压值为零；

所述处理控制模块(3)还用于根据所述输出电压和补偿电压计算配置于所述霍尔电流传感器(6)上的补偿电阻器的阻值，以输出阻值检测信号；

所述电源模块(5)分别连接所述采样模块(1)、信号处理模块(2)、处理控制模块(3)和补偿模块(4)，接入市电，用于提供多种电压。

2.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述处理控制模块(3)包括放大器(21)和同相加法器(22)；

所述放大器(21)用于放大所述采样信号；

所述同相加法器(22)连接所述放大器(21)，用于将放大后的采样信号所反映的电压值与预设标准值相加，以输出可识别范围内的识别信号。

3.根据权利要求2所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述放大器(21)为2倍放大器(21)。

4.根据权利要求3所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述补偿模块(4)包括第一继电器(41)和补偿电源(42)；

所述第一继电器(41)连接所述处理控制模块(3)，用于在接收到所述补偿信号时闭合，以输出触发信号；

所述补偿电源(42)分别连接所述第一继电器(41)和所述霍尔电流传感器(6)，用于在接收到所述触发信号时为所述霍尔电流传感器(6)提供补偿电压。

5.根据权利要求4所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：处理模块连接有显示模块(10)，所述显示模块(10)用于接收所述阻值检测信号，并用于显示所述补偿电阻器的阻值。

6.根据权利要求5所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述处理控制模块(3)是MCU。

7.根据权利要求6所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述同相加法器(22)与所述2倍放大器(21)以及第一继电器(41)与所述处理控制模块(3)都通过隔离模块(9)连接。

8.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述采样模块(1)包括第二继电器(11)和两个采样电阻器，两个所述采样电阻器串联，所述第二继电器(11)与一个所述采样电阻器并联，所述处理控制模块(3)连接所述第二继电器(11)，还用于控制所述第二继电器(11)闭合或断开。

9.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器调零系统，其特征在于：所述电源模块(5)包括第一电平转换单元(51)、第二电平转换单元(52)和第三电平转换单元(53)；

所述第一电平转换单元(51)接入市电，用于改变市电电压，以输出第一幅值电压；

所述第二电平转换单元(52)连接所述第一电平转换单元(51)，接入所述第一幅值电压，用于改变第一幅值电压，以输出第二幅值电压；

所述第三电平转换单元(53)连接所述第一电平转换单元(51)，接入所述第一幅值电压，用于改变第一幅值电压，以输出第三幅值电压。

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