CN117538590A - 一种霍尔传感器电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种霍尔传感器电路和电子设备。所述霍尔传感器电路，通过采用两个霍尔元件协同测量待测电流产生的磁场。其中，第一霍尔元件的输出经过斩波、低通滤波等信号处理后具有符合要求的输出信号质量，第二霍尔元件的输出不经过斩波电路，直接输出测量信号的高频跳变部分，与第一霍尔元件进行信号处理后的输出信号进行叠加。本发明提供的霍尔传感器电路，能够在兼顾输出测量信号的质量的同时，提高响应速度。

Description

一种霍尔传感器电路和电子设备
技术领域
本申请涉及霍尔元件信号处理技术领域，尤其涉及一种霍尔传感器电路和电子设备。
背景技术
现有的霍尔传感器输出信号处理电路如图1，霍尔元件的输出信号依次经过斩波电路，初级运放以及低通滤波等信号处理后得到测量输出。例如，为了提高输出信号的质量，往往经过低通滤波处理后需要进行零点补偿、极性选择，甚至再次经过放大、滤波处理。这些信号处理措施或多或少都会导致霍尔传感器的输出信号相对于电流磁场产生延时，导致霍尔传感器的响应速度变差。例如，初级运放也会有一定的响应时间(例如初级运放的响应时间为2ms)，后续的低通滤波滤除了高频部分也会带来延时。在上述信号处理环节中，最令人难以忽视的延时是由斩波电路所带来的。
由于斩波电路通常采用电容/电感对霍尔传感器的输出信号进行周期性积分(即电容或电感充、放电)，其带来的延时通常占到信号处理环节总体延时的一半以上。具体来说，霍尔元件的输出需要4次斩波、采样后，取平均才能得到1个有效信号。斩波速度一般是MHz级，因为每次斩波后，需要稳定一段时间再进行采样，进一步提高斩波速度非常困难，且会导致EMI问题。这是目前限制霍尔传感器带宽和响应时间进一步提高的主要因素。
有些应用场景对于霍尔传感器的延时具有严格的要求。例如，对于采用霍尔传感器产生电流突变保护触发信号的场景，就要求霍尔传感器的输出延时尽可能小，甚至无延时。为此，如何兼顾霍尔传感器的输出信号质量的同时，尽可能缩短其响应延时是需要解决的一个工程应用问题。
发明内容
为了解决在兼顾霍尔传感器输出信号质量，同时提高其响应速度以满足特定应用场景对霍尔传感器的性能要求。本申请提供一种霍尔传感器电路和电子设备，利用两个霍尔元件协同对同一磁场进行测量、对所述两个霍尔元件的输出信号进行有机叠加，以实现上述技术目标。
本发明提供的技术方案如下：
本发明的第一方面，提供一种霍尔传感器电路。所述霍尔传感器电路，包括：用于测量待测电流产生磁场的第一测量支路、第二测量支路，以及信号叠加模块(U4)；
所述第一测量支路，包括：第一霍尔元件(H1)、斩波模块(U1)、低通滤波模块(U2)；所述第一霍尔元件(H1)的输出端连接所述斩波模块(U1)的输入端，所述斩波模块(U1)的输出端连接所述低通滤波模块(U2)的输入端，所述低通滤波模块(U2)的输出端连接所述信号叠加模块(U4)的第一输入端；
所述第二测量支路，包括：第二霍尔元件(H2)和高通滤波模块(U3)；所述第二霍尔元件(H2)的输出端连接所述高通滤波模块(U3)的输入端，所述高通滤波模块(U3)的输出端连接所述信号叠加模块(U4)的第二输入端；
所述信号叠加模块(U4)的输出端和第一输入端通过负反馈支路(U7)连接；所述第二霍尔元件(H2)响应速度不慢于所述第一霍尔元件(H1)的响应速度。
优选地，所述第一霍尔元件(H1)、第二霍尔元件(H2)的响应速度相同，或者所述第一霍尔元件(H1)、第二霍尔元件(H2)为相同的霍尔元件。
进一步地，所述第二测量支路，还包括可调延时模块；所述可调延时模块，用于调节第二测量支路输出的高频信号与第一测量支路输出的低频信号的时间差。通过调节所述可调延时模块，使第二测量支路的输出信号在信号叠加模块(U4)处，能够顺利与第一测量支路的输出信号进行接合。
优选地，所述第一测量支路、所述第二测量支路中的至少一者，还包括可调增益放大模块。
进一步地，所述信号叠加模块(U4)包括加法运算电路(U41)；所述加法运算电路(U41)的两个输入端分别作为所述信号叠加模块(U4)的第一输入端和第二输入端；所述加法运算电路(U41)的输出端通过负反馈支路(U7)连接所述第一输入端。
与上述霍尔传感器电路相对应，本发明的第二方面还提供一种电子设备，包括上述霍尔传感器电路。
本申请实施例提供的霍尔传感器电路和电子设备，利用两个霍尔元件协同对同一磁场进行测量、对所述两个霍尔元件的输出信号进行有机叠加。在待测电流快速变化、导致测量磁场突变时，在第一测量支路的输出未能及时响应时，通过第二测量支路输出一个高频信号在信号叠加处对所述第一测量支路的输出信号产生一个提拉的作用，以提高霍尔传感器的整体响应速度。而当第一支路响应已经处于稳态时，采用负反馈抑制第二测量支路在信号叠加处的输入，使叠加后的信号更快地趋于稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现有技术中的霍尔传感器输出信号处理电路示意图；
图2为本发明提供的霍尔传感器电路在一个实施例的示意图；
图3为本发明提供的霍尔传感器电路在另一个实施例的示意图。
附图标记说明：
H1-第一霍尔元件
H2-第二霍尔元件
U1-斩波模块
U2-低通滤波模块
U3-高通滤波模块
U4-信号叠加模块
U41-加法运算电路
U42-第三可调增益放大模块
U5-第一可调增益放大模块
U6-第二可调增益放大模块
U7-负反馈支路
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要说明的是：
诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序；
术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
本申请提供的霍尔传感器电路在一个实施例中的结构示意图，如图2所示。在该实施例中，本申请提供的霍尔传感器电路，包括：
第一霍尔元件H1、第二霍尔元件H2、斩波模块U1、低通滤波模块U2、高通滤波模块U3，信号叠加模块U4，可调增益放大模块U5、U6以及负反馈支路U7。上述组件通过电性连接分别在信号叠加模块U4处实现信号叠加的、用于测量待测电流产生磁场的第一测量支路、第二测量支路。所述第二霍尔元件H2响应速度不慢于所述第一霍尔元件H1的响应速度。
其中，所述第一测量支路，包括：第一霍尔元件H1、第一可调增益放大模块U5，斩波模块U1、低通滤波模块U2。所述第一霍尔元件H1的输出端连接第一可调增益放大模块U5的输入端，霍尔元件H1的输出信号经第一可调增益放大模块U5放大后输入到所述斩波模块U1的输入端，所述斩波模块U1的输出端连接所述低通滤波模块U2的输入端，所述低通滤波模块U2的输出端连接所述信号叠加模块U4的第一输入端。所述信号叠加模块U4的输出端和第一输入端通过负反馈支路U7连接。
所述第二测量支路，包括：第二霍尔元件H2，第二可调增益放大模块U6和高通滤波模块U3。所述第二霍尔元件H2的输出端连接第二可调增益放大模块U6的输入端，霍尔元件H2的输出信号经第二可调增益放大模块U6放大后输入到所述高通滤波模块U3的输入端，所述高通滤波模块U3的输出端连接所述信号叠加模块U4的第二输入端。
显然，在可调增益放大模块U5、U6并非必须的模块。在图2所示的实施例中，增设可调增益放大模块U5、U6主要是为了将两个测量支路的输出信号调整到合适的幅度以便叠加。
所述第二测量支路，还可包括可调延时模块，可调延时模块可以串联在第二测量支路中；所述可调延时模块，用于调节第二测量支路输出的高频信号与第一测量支路输出的低频信号的时间差。通过调节所述可调延时模块，使第二测量支路的输出信号在信号叠加模块U4处，能够顺利与第一测量支路的输出信号进行接合。
优选地，所述第一霍尔元件H1、第二霍尔元件H2的响应速度相同，或者所述第一霍尔元件H1、第二霍尔元件H2为相同的霍尔元件。
在图2所示的实施例中，所述第一霍尔元件H1、第二霍尔元件H2为相同的霍尔元件。为了降低电源差异两个霍尔元件H1、H2的干扰，第一霍尔元件H1、第二霍尔元件H2均采用相同激励电流I。所需要的激流电流I可以采用镜像电流源生成。
对于叠加模块U4，叠加模块U4可以是一个能够进行加法运算的电路，例如，加法运算电路。如图3所示的另一个实施例中，所述信号叠加模块U4包括加法运算电路U41；所述加法运算电路U41的两个输入端分别作为所述信号叠加模块U4的第一输入端和第二输入端；所述加法运算电路U41的输出端作为所述信号叠加模块U4的输出端。
如图3所示的实施例中，所述信号叠加电路还包括第三可调增益放大模块U42。加法运算电路U41的输出端连接可调增益放大模块U42的输入端。
本发明提供的霍尔传感器电路的工作原理如下：
利用两个霍尔元件协同对同一磁场进行测量、对所述两个霍尔元件的输出信号进行有机叠加。其中，第一测量支路带有斩波电路，用于提取保证整体输出信号质量的低频有效部分，其输出信号带有岷县的延时。在待测电流快速变化、导致测量磁场突变时，在第一测量支路的输出未能及时响应时，通过第二测量支路输出一个高频信号在信号叠加处对所述第一测量支路的输出信号产生一个提拉的作用，以提高霍尔传感器的整体响应速度。而当第一支路响应已经处于稳态时，采用负反馈抑制第二测量支路在信号叠加处的输入，使叠加后的信号更快地趋于稳定。
显然，本发明提供的霍尔传感器电路适合应用在设备过流保护或者浪涌保护的场景中。这是因为在这些场景中不仅要求准确测量电流大小，还要求及时对电流的突变产生触发保护动作，避免损坏器件。
与上述霍尔传感器电路相对应，本申请还提供一种电子设备。所述电子设备包括上述霍尔传感器电路。
以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种霍尔传感器电路，其特征在于，所述霍尔传感器电路，包括：用于测量待测电流产生磁场的第一测量支路、第二测量支路，以及信号叠加模块(U4)；
所述第一测量支路，包括：第一霍尔元件(H1)、斩波模块(U1)、低通滤波模块(U2)；所述第一霍尔元件(H1)的输出端连接所述斩波模块(U1)的输入端，所述斩波模块(U1)的输出端连接所述低通滤波模块(U2)的输入端，所述低通滤波模块(U2)的输出端连接所述信号叠加模块(U4)的第一输入端；
所述第二测量支路，包括：第二霍尔元件(H2)和高通滤波模块(U3)；所述第二霍尔元件(H2)的输出端连接所述高通滤波模块(U3)的输入端，所述高通滤波模块(U3)的输出端连接所述信号叠加模块(U4)的第二输入端；
所述信号叠加模块(U4)的输出端和第一输入端通过负反馈支路(U7)连接；所述第二霍尔元件(H2)响应速度不慢于所述第一霍尔元件(H1)的响应速度。
2.如权利要求1所述的霍尔传感器电路，其特征在于，所述第一霍尔元件(H1)、第二霍尔元件(H2)的响应速度相同。
3.如权利要求2所述的霍尔传感器电路，其特征在于，所述第二测量支路，还包括可调延时模块；所述可调延时模块，用于调节第二测量支路输出的高频信号与第一测量支路输出的低频信号的时间差。
4.如权利要求1-3中任一项所述的霍尔传感器电路，其特征在于，所述第一测量支路、所述第二测量支路中的至少一者，还包括可调增益放大模块。
5.如权利要求4所述的霍尔传感器电路，其特征在于，所述信号叠加模块(U4)包括加法运算电路(U41)；所述加法运算电路(U41)的两个输入端分别作为所述信号叠加模块(U4)的第一输入端和第二输入端；所述加法运算电路(U41)的输出端通过负反馈支路(U7)连接所述第一输入端。
6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的霍尔传感器电路。
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