CN202217007U - 一种霍尔电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种霍尔电流传感器，包括磁芯、霍尔元件、运算放大器、功率放大电路、线圈，所述霍尔元件的两个输出端分别通过取样电阻与所述运算放大器的两个输入端连接；所述运算放大器的输出端通过功率放大电路与线圈连接。本实用新型通过霍尔元件感应被测电流产生的磁场，产生霍尔电压，经运算放大器电路后以电流形式施加到线圈L1上，该线圈产生的磁场与被测电流产生的磁场叠加，从而使霍尔元件的产生新的霍尔电压，再经过运放施加到次级线圈上，直到磁芯中的磁场为零。通过跟踪线圈L1上的电流获得被测电流值。该测量方便、检测结果精度高、线性度好、反应迅速。

Description

一种霍尔电流传感器

技术领域

本实用新型涉及一种电流传感器，更具体地说，涉及一种霍尔电流传感器。

背景技术

目前，市面上的霍尔电流传感器体积大，且封装在成一个长方体，将其安装在电路板上时，占空间，也不便于维修。该霍尔电流传感器购买成本也高。另外，现有的霍尔电流传感器还具有以下缺点：电流测量不准确、线性度不高、零磁通量动态响应时间长。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种霍尔电流传感器，使得电流检测更加方便，检测结果更加准确。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种霍尔电流传感器，包括：磁芯、水平放置于所述磁芯开口处的霍尔元件、绕在所述磁芯开口两端的线圈、运算放大器、功率放大电路，所述霍尔元件的第一电源端通过并联的两个电阻与电源连接、第二电源端通过并联的两个电阻与电源连接、第一输出端通过取样电阻与所述运算放大器的第一输入端连接、第二输出端通过取样电阻与所述运算放大器的第二输入端连接，所述运算放大器的输出端通过功率放大电路与线圈连接，所述霍尔元件的第一电源端和第二电源端之间连接两个互为反向的二极管。

在本实用新型所述的霍尔电流传感器中，所述功率放大电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一三极管、第二三极管，该第一三极管的基极连接第二二极管的正极、集电极连接电源、发射极连接到线圈的一端，第四二极管的正极连接第一三极管的发射极、负极连接第一三极管的集电极，该第二三极管的基极连接第三二极管的负极、集电极连接电源、发射极连接到线圈的一端，第一二极管的负极连接第二三极管的发射极、正极连接第二三极管的集电极。

在本实用新型所述的霍尔电流传感器中，所述功率放大电路还包括第一电阻、第二电阻、第一电容，该第一电阻的一端连接第一三极管的基极、另一端连接第一三极管的集电极，该第二电阻的一端连接第二三极管的基极、另一端连接第二三极管的集电极，该第一电容一端连接到第一三极管的集电极、另一端连接到第二三极管的集电极。

在本实用新型所述的霍尔电流传感器中，还包括第三电阻、第四电阻，该第三电阻的一端与霍尔元件的第二电源端连接、另一端与该第四电阻的一端连接，该第四电阻的另一端与霍尔元件的第一电源端连接。

实施本实用新型的霍尔电流传感器，具有以下有益效果：通过霍尔元件感应被测电流产生的磁场，产生霍尔电压，经运算放大器电路后以电流形式施加到线圈L1上，该线圈产生的磁场与被测电流产生的磁场叠加，从而使霍尔元件的产生新的霍尔电压，再次经过运放施加到次级线圈上，直到铁心中的磁场为零。此时所测得的线圈L1上的电流极为传感器测得的电流。该霍尔电流传感器测量方便、检测结果精度高、线性度好、反应迅速。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型霍尔电流传感器实施例的结构原理图；

图2是本实用新型霍尔电流传感器实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，霍尔电流传感器的结构原理图。被测电流即原边电流导线绕在磁芯1的一边，副边线圈L1绕在磁芯1开口的两端，霍尔元件U2水平放置于磁芯1的开口处，与磁场方向垂直。原边电流与副边线圈输出信号高度隔离。被测电流In流过导体产生的磁场，由通过霍尔元件输出信号控制的补偿电流Im流过次级线圈产生的磁场补偿，当原边与副边的磁场达到平衡时，其补偿电流Im即可精确反映原边电流In值。当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流Im的大小，即可推算出原边电流In的值，从而实现了原边电流的隔离测量。

如图2所示，本实用新型的霍尔电流传感器的电路原理图。

具体接法如下：霍尔元件U2水平放置于磁芯的开口处，与磁场方向垂直，被测电流流经的导线绕在磁芯的开口的另一端，线圈L1绕在磁芯的开口旁。霍尔元件U2的第一电源端通过并联的两个电阻R9和R10连接到外部-15V电源供应端，霍尔元件U2的第二电源端通过并联的两个电阻R7和R8连接到外部+15V电源供应端，且霍尔元件U2的第一电源端和第二电源端之间并联连接了两个互为反向的二极管D5和D6；霍尔元件U2的第一输出端通过取样电阻R11连接到运算放大器U1的第一输入端，霍尔元件U2的第二输出端通过取样电阻R6连接到运算放大器U1的第二输入端。运算放大器U1的第一电源端+15V电源，第二电源端接-15V电源。运算放大器U1的输出端输出电流值，运算放大器U1的输出端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与NPN型三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极接+15V电源，三极管Q1的发射极与线圈L1的一端连接，线圈L1的另一端输出电流至连接器J1的端口3。三极管Q1的集电极和发射极之间接有二极管D4，该二极管D4的负极接三极管Q1的集电极，二极管D4的正极接三极管Q1的发射极。运算放大器U1的端口1输出电流值，还与二极管D3的正极连接，二极管D3的负极与PNP型三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极接-15V电源，三极管Q2的发射极与线圈L1的一端连接，线圈L1的另一端输出电流。三极管Q2的集电极和发射极之间接有二极管D1，该二极管D1的负极接三极管Q1的发射极，二极管D1的正极接三极管Q1的集电极。三极管Q1的集电极还通过一个电阻R1接到+15V电源，三极管Q2的集电极还通过一个电阻R2接到-15V电源。电容C1的一端连接到+15V电源，另一端连接到-15V电源。运算放大器U1的输出端通过电阻R5、电容C2与三极管Q1和Q2的发射极连接。霍尔电流传感器电路还包括电阻R3、R12、R4，电阻R3的一端与R7连接，另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U1的输出端连接；电阻R4的一端与电阻R3连接，另一端与霍尔元件U2的第一电源端连接。

工作原理如下：

霍尔元件U2的第一电源输入和第二电源输入分别接电源-15V、+15V，并通过电阻R7、R8、R9、R10和二极管D5、D6对外部电源进行限制，保护霍尔元件U2的正常工作。当被测导线有一电流通过时，在导线上会产生磁场，该磁场被磁芯聚集并感应到霍尔元件U2上，霍尔元件U2产生相应的霍尔电动势，并通过第一输出端和第二输出端输出，输入到运算放大器U1的第一输入端和第二输入端，再将放大后的电流通过运算放大器U1的输出端输出，在经过功率放大器Q1和Q2进行电流放大后，电流经过线圈L1，线圈L1产生相应的磁场，该磁场与被测电流产生的磁场方向正好相反，补偿被测电流产生的磁场，使霍尔元件U2的输出逐渐减小。当被测电流产生的磁场与线圈L1上产生的磁场大小一样时，流经线圈L1的电流不再增加，这时霍尔元件的起指示零磁通量的作用，此时可以根据从线圈L1输出的电流跟踪被测电流。当被测电流变化时，霍尔器件U2的磁平衡被破坏，霍尔元件U2有信号输出，即重复上述过程，最后重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过线圈L1以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。

运算放大器U1可以采用如OPA2277或者IMA333等精密运算放大器构成仪用运算放大器电路结构。

该霍尔电流传感器的参数如下：

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种霍尔电流传感器，其特征在于，包括：磁芯(1)、水平放置于所述磁芯(1)开口处的霍尔元件(U2)、绕在所述磁芯(1)开口两端的线圈(L1)、运算放大器(U1)、功率放大电路(100)，所述霍尔元件(U2)的第一电源端通过并联的两个电阻(R9和R10)与电源连接、第二电源端通过并联的两个电阻(R7和R8)与电源连接、所述霍尔元件(U2)第一输出端通过取样电阻(R11)与所述运算放大器(U1)的第一输入端连接、第二输出端通过取样电阻(R6)与所述运算放大器(U1)的第二输入端连接，所述运算放大器(U1)的输出端通过功率放大电路(100)与线圈(L1)连接，所述霍尔元件(U2)的第一电源端和第二电源端之间连接两个互为反向的二极管(D5和D6)。

2.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述功率放大电路(100)包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)，该第一三极管(Q1)的基极连接第二二极管(D2)的正极、集电极连接电源、发射极连接到线圈(L1)的一端，第四二极管(D4)的正极连接第一三极管(Q1)的发射极、负极连接第一三极管(Q1)的集电极，该第二三极管(Q2)的基极连接第三二极管(D3)的负极、集电极连接电源、发射极连接到线圈(L1)的一端，第一二极管(D1)的负极连接第二三极管(Q2)的发射极、正极连接第二三极管(Q2)的集电极。

3.根据权利要求2所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述功率放大电路(100)还包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电容(C1)，该第一电阻(R1)的一端连接第一三极管(Q1)的基极、另一端连接第一三极管(Q1)的集电极，该第二电阻(R2)的一端连接第二三极管(Q2)的基极、另一端连接第二三极管(Q2)的集电极，该第一电容(C1)一端连接到第一三极管(Q1)的集电极、另一端连接到第二三极管(Q2)的集电极。

4.根据权利要求3所述的霍尔电流传感器，其特征在于，还包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)，该第三电阻(R3)的一端与霍尔元件(U2)的第二电源端连接、另一端与该第四电阻(R4)的一端连接，该第四电阻(R4)的另一端与霍尔元件(U2)的第一电源端连接。

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