CN203658443U - 霍尔传感装置及三相电流平衡检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种霍尔传感装置及三相电流平衡检测电路，霍尔传感装置包括：一端开口的磁环、霍尔元件、第一运算放大器及补偿线圈，霍尔元件位于磁环的开口处用于感应所述磁感线，霍尔元件的信号输出端分别经过检测电阻连接第一运算放大器的同相输入端和反相输入端，第一运算放大器的输出端经过补偿线圈对外输出，所述补偿线圈缠绕在磁环上用于接收第一运算放大器的输出信号后产生磁感线以补偿输电线所产生的磁场。本实用新型保证了三相电流检测的同时，检测了三相电流的平衡度，减少了PCB材料及电路元件的损耗，霍尔传感装置的安放空间减少。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测控制技术领域，具体涉及一种霍尔传感装置及三相电流平衡检测电路。
背景技术
在自动控制中，霍尔传感器是自动控制电流检测中重要部分，保证自动控制安全工作的重要模块，现有技术中霍尔传感器所采用的电流检测电路可以保证电流检测顺利进行，但在实际自动控制电流检测中，经常需要检测三相电流及三相电流平衡度。由于现有电路的霍尔传感器只能检测一路电流输出，实际应用中需要3个霍尔传感器一起用，并需要专门的电流平衡度检测模块。3个霍尔传感器和专门的电流平衡度检测模块一起使用占用大量的安装空间，每一个霍尔传感器需要一个运算放大器，在制造工艺过程中存在材料损耗增加，成本增加及生产效率低的问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种霍尔传感装置及三相电流平衡检测电路，能够解决上述问题。
本实用新型实施例提供的一种霍尔传感装置，包括：一端开口的磁环、霍尔元件、第一运算放大器及补偿线圈，磁环用于聚集并传导输电线通过电流时所产生磁感线，霍尔元件位于磁环的开口处用于感应所述磁感线，霍尔元件的信号输出端、接地端分别经过检测电阻连接第一运算放大器的同相输入端和反相输入端，第一运算放大器的输出端经过补偿线圈对外输出，所述补偿线圈缠绕在磁环上用于接收第一运算放大器的输出信号后产生磁感线以补偿输电线所产生的磁场，补偿线圈的输出端经过一用于将电流信号转换为电压信号输出的转换电阻接地。
优选地，输电线一侧具有原边线圈，该原边线圈缠绕在磁环上远离开口的一侧。
优选地，第一运算放大器的输出端与补偿线圈之间连接一电流放大模块。
优选地，所述电流放大装置为推挽放大器或三极管电流放大电路。
本实用新型实施例还提供了一种三相电流平衡检测电路，包括第二运算放大器、第一电阻、第二电阻及三个电路结构相同的如上述实施例所述的霍尔传感装置，三个霍尔传感装置的补偿线圈的输出端分别经过电阻连接第二运算放大器的正相输入端，第二运算放大器的反相输入端经过第一电阻接地，第二运算放大器的反相输入端经过第二电阻连接至第二运算放大器的输出端。
上述技术方案可以看出，由于本实用新型实施例在磁环开口位置设置霍尔元件，保证了磁感线被稳定接收的同时减小了元件占用空间，而且磁环上设置补偿线圈充分的利用了磁环，增加整个传感装置输出的驱动力；在此基础上设计的三相电流平衡检测电路，替代了原有需要用3个霍尔传感器和单独的电流平衡度检测电路单元，相对现有的电流检测霍尔传感器，在同等功能的情况下，减少了3个运算放大器，节约了成本，减少了能量损耗，在制作工艺方面三个传感装置的平衡度检测单元可以集中在一块PCB板电路上，减少了PCB材料的损耗，在安装工艺方面，霍尔传感装置的安放空间减少，大大减少自动化设备体积，方便设备的安装，在制作工艺方面也将大幅提升生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。
图1是本实用新型实施例1中霍尔传感装置的电路原理图；
图2是本实用新型实施例2中三相电流平衡检测电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
本实用新型实施例提供一种霍尔传感装置，如图1所示，包括：一端开口的磁环TZ、霍尔元件H1、第一运算放大器U1及补偿线圈MF，磁环TZ用于聚集并传导输电线MY通过电流时所产生磁感线，如图中所示，输电线MY中的电流IN由上至下流动，在输电线的圆周方向产生磁感线，该磁感线能够通过磁环TZ被聚集并传导，为了进一步加强输电线MY产生的磁感线强度，输电线MY可以绕设在磁环上形成原边线圈，即输电线一侧具有原边线圈，该原边线圈缠绕在磁环上远离开口的一侧，该原边线圈产生的磁感线基本上均由磁环传导，可见，此结构能够增加对输电线MY电流的检测深度（即输电线中电流较小时也能够被检测到）霍尔元件H1位于磁环TZ的开口处用于接收所述磁感线，由于磁环用于传导磁感线，因此霍尔元件H1位于磁环开口位置能够最大限度的接收输电线MY产生的磁感线，增强了检测灵敏度，可见，磁环开口的结构能够充分利用空间，减小霍尔元件的空间占用，并使霍尔元件能够更好的接收到磁感线，减小磁感线的传输损耗，增加检测灵敏度，霍尔元件H1为半导体元件，包括三个引脚，即电源输入端，信号输出端和接地端，霍尔元件H1的信号输出端、接地端分别经过检测电阻R1、R2连接第一运算放大器U1的同相输入端和反相输入端，第一运算放大器U1的输出端经过补偿线圈MF对外输出，所述补偿线圈MF缠绕在磁环TZ上用于接收第一运算放大器的输出信号后产生磁感线以补偿输电线所产生的磁场。
当主回路的输电线上有一电流IN通过时，在输电线上产生的磁场被磁环TZ聚集并感应到霍尔器件H1上，所产生的信号输出用于驱动霍尔元件内部的功率管并使其导通（具体的霍尔元件结构及工作原理可以参见现有技术中的霍尔元件，此处不再赘述），从而获得一个输出电流，该输出电流在本实施例中即为检测电流也为补偿电流。这一输出电流经过处理（第一运算放大器对其放大）再通过补偿线圈产生磁场，该磁场的磁感线方向刚好与被测输电线通过的电流IN产生的磁场的磁感线方向相反，因而补偿了输电线上因电流通过产生的磁场，使霍尔器件H1的输出逐渐减小。当输电线原边线圈的电流IN与原边线圈匝数相乘所得的磁场强度与补偿线圈上所产生的磁场强度相等时，霍尔元件H1的输出电流不再增加，电路处于平衡状态，这时的霍尔器件H1起到指示零磁通的作用，此时可以通过霍尔器件的输出电流来检测输电线上通过的电流IN。当输电线上通过的电流IN变化时，上述平衡状态再次受到破坏，霍尔器件H1有输出电流变化，即重复上述过程重新达到平衡，可见输电线上通过的电流IN（被测电流）的任何变化都会破坏这一平衡，一旦输电线产生的磁场失去平衡，霍尔器件H1就有信号输出，经功率放大后，立即就有相应的电流流过补偿线圈以对失衡的磁场进行补偿，从磁场失衡到再次平衡，所需的时间不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，补偿线圈的补偿电流安匝数（安匝数为线圈中电流值与线圈匝数乘积）在任何时间都与输电线原边线圈被测电流的安匝数相等。
本领域技术人员可以理解，在磁感线传导方向确定的情况下，补偿线圈的缠绕方式能够决定补偿线圈所产生的感应电流的方向，因此，本领域技术人员能够对补偿线圈的缠绕方式作出调整，使得补偿线圈实现补偿的作用。而且本实用新型实施例中补偿线圈在结构布局上能够保持平衡，有利于噪声的互相抵消，增加传感装置的检测精确度和检测响应的灵敏度。
在某些采样值要求较高，尤其是要求采样值高出一定限值的情况下，需要对检测电流做进一步的驱动放大，因此，在本实用新型实施例中第一运算放大器U1的输出端与补偿线圈MF之间连接一电流放大模块，具体地，本实用新型实施例中所述电流放大装置为推挽放大器TW，采用推挽放大器能够更加适用于具有补偿线圈的传感装置，以增加电路的功率因数，而且推挽放大器TW具有更好的电流驱动放大的效果，满足后续电路对电流值的精度要求。
为了能够使本实用新型实施例中的霍尔传感装置的输出量能够被后续电路直接利用，本实用新型实施例中补偿线圈MF的输出端经过一用于将电流信号转换为电压信号输出的转换电阻R3接地，后续电路只要检测电阻R3上的电压即可，无需再自行设计转换电路，使用方便。
实施例2：
本实用新型实施例在上述实施例1的基础上实现，能够直接对三相输入电线的电流做出检测，具体的方案如下。
结合图2，本实用新型实施例中提供的一种三相电流平衡检测电路，包括第二运算放大器U2、第一电阻R4、第二电阻R5及三个电路结构相同的霍尔传感装置HA、HB、HC，三个霍尔传感装置的补偿线圈的输出端分别经过电阻R11、R12、R13连接第二运算放大器U2的正相输入端，第二运算放大器U2的反相输入端经过第一电阻R4接地，第二运算放大器U2的反相输入端经过第二电阻R5连接至第二运算放大器U2的输出端(Vout)。
根据三相电的特点，霍尔传感装置HA、HB、HC分别检测三相输电线MY1、MY2、MY3上的电流，可以理解，当三相电处于平衡状态时，由于三相电的相位特征，霍尔传感装置HA、HB、HC分别输出的电流Im1、Im2、Im3分别在各转换电阻上转换为电压且汇集在第二运算放大器U2的正相输入端的总电压和为0，因此第二运算放大器U2的输出端的输出电压Vout=0。
当三相电并未处于平衡状态时，其中某一相线上的电流发生跳变，例如霍尔传感装置HA所对应的那一相的输电线上的电流发生变化，霍尔传感装置HA、输出的电流Im1经过电阻其对应的转换电阻变为电压汇集于第二运算放大器U2的正相输入端，则该第二运算放大器正相输入端的电压和由之前的平衡零点出现波动电压，第二运算放大器U2将正相输入端上的波动电压进行比例放大，并由第二运算放大器U2的输出端输出至后面的电路结构，可见，第一电阻和第二电阻的阻值能够决定第二运算放大器U2的放大比例，使第二运算放大器U2的输出端的输出电压Vout具有较大的幅值，以满足后面电路的采样要求，提高了本实用新型实施例检测电路的适用性，也增强了该检测电路的检测灵敏度和检测深度。
本实用新型实施例增加了霍尔传感装置HB、HC，以第二运算放大器为核心构成电流平衡度检测单元，替代了原有需要用3个霍尔传感器和电流平衡度检测电路单元，相对现有的电流检测霍尔传感器，在同等功能的情况下，减少了3个运算放大器，节约了成本，减少了能量损耗，在制作工艺方面霍尔传感装置HA、HB、HC、平衡度检测单元集中在一块PCB板电路上，减少了PCB材料的损耗，在安装工艺方面，霍尔传感装置的安放空间减少，大大减少自动化设备体积，方便设备的安装，在制作工艺方面也将大幅提升生产效率。
以上对本实用新型实施例所提供的霍尔传感装置及三相电流平衡检测电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (5)
1.霍尔传感装置，其特征在于，包括：一端开口的磁环、霍尔元件、第一运算放大器及补偿线圈，磁环用于聚集并传导输电线通过电流时所产生磁感线，霍尔元件位于磁环的开口处用于感应所述磁感线，霍尔元件的信号输出端、接地端分别经过检测电阻连接第一运算放大器的同相输入端和反相输入端，第一运算放大器的输出端经过补偿线圈对外输出，所述补偿线圈缠绕在磁环上用于接收第一运算放大器的输出信号后产生磁感线以补偿输电线所产生的磁场，补偿线圈的输出端经过一用于将电流信号转换为电压信号输出的转换电阻接地。
2.如权利要求1所述的霍尔传感装置，其特征在于，输电线一侧具有原边线圈，该原边线圈缠绕在磁环上远离开口的一侧。
3.如权利要求1或2所述的霍尔传感装置，其特征在于，第一运算放大器的输出端与补偿线圈之间连接一电流放大模块。
4.如权利要求3所述的霍尔传感装置，其特征在于，所述电流放大装置为推挽放大器或三极管电流放大电路。
5.三相电流平衡检测电路，其特征在于，包括第二运算放大器、第一电阻、第二电阻及三个电路结构相同的如上述权利要求1或2或3或4所述的霍尔传感装置，三个霍尔传感装置的补偿线圈的输出端分别经过电阻连接第二运算放大器的正相输入端，第二运算放大器的反相输入端经过第一电阻接地，第二运算放大器的反相输入端经过第二电阻连接至第二运算放大器的输出端。
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