CN205608063U - 一种霍尔电流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种霍尔电流传感器，传感器包括：第一霍尔元件、第二霍尔元件、第一U型磁环、第二U型磁环、第一线圈、第二线圈、第一线圈骨架以及第二线圈骨架，第一线圈套在第一线圈骨架上，第二线圈套在第二线圈骨架上，第一U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的一端，第二U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的另一端，第一U型磁环与第二U型磁环相对设置并留有缝隙；第一霍尔元件、第二霍尔元件分别设置在两个缝隙中间，采用两个霍尔元件的方法能解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，因此，检测精度更高，稳定可靠。

Description

一种霍尔电流传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，尤其涉及一种霍尔电流传感器。

背景技术

传感器是将各种参量送入计算机系统，进行智能监测、控制的最前端。随着科技的发展，数字化、网络化传感器应用日益广泛，以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流。

近年来，新一代功率半导体器件大量进入电力电子、交流变频调速、逆变装置及开关电源等领域，霍尔电流、电压传感器是近十几年发展起来的测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是一种新型的高性能电气检测元件，利用同一只霍尔传感器变送器模块检测元件既可以检测交流也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，因而是替代互感器和分流器的新一代产品，但在现有技术中，利用单一霍尔元件在某一固定位置来检测电流时，往往表现出来的稳定性不够。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种霍尔电流传感器，旨在解决现有的电流传感器检测电流稳定性不好的问题。

本实用新型提供了一种霍尔电流传感器，包括：第一霍尔元件、第二霍尔元件、第一U型磁环、第二U型磁环、第一线圈、第二线圈、第一线圈骨架以及第二线圈骨架；

第一线圈套在所述第一线圈骨架上，第二线圈套在所述第二线圈 骨架上，第一U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的一端，第二U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的另一端，第一U型磁环与第二U型磁环相对设置并留有缝隙；

第一霍尔元件、第二霍尔元件分别设置在两个缝隙中间。

进一步地，第一U型磁环与第二U型磁环之间缝隙的宽度为1mm。

进一步地，第一霍尔元件和所述第一线圈还连接有第一霍尔电路、第一驱动电路以及第一输出电路，所述第一霍尔元件与所述第一霍尔电路连接，所述第一霍尔电路与所述第一驱动电路连接，所述第一驱动电路与所述第一输出电路连接，所述第一输出电路与所述第一线圈的一端连接，所述第一线圈的另一端接地。

进一步地，第一霍尔电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；

二极管D1正极与外部正15V电压连接，二极管D1的负极通过电阻R1连接到第一霍尔元件第一引脚，二极管D2的负极与外部负15V电压连接,二极管D2的正极通过电阻R2连接到第一霍尔元件第三引脚，电阻R3的一端连接第一霍尔元件第二引脚，电阻R4的一端连接第一霍尔元件第四引脚。

进一步地，电阻R1由电阻R11和电阻R12并联组成，电阻R2由电阻R21和电阻R22并联组成。

进一步地，第一驱动电路包括运算放大器U1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R5、电阻R6、电容C1；

运算放大器U1第二引脚与电阻R3的另一端连接，运算放大器 U1第三引脚与电阻R4的另一端连接，运算放大器U1第七引脚与外部正15V电压连接，运算放大器U1第七引脚还通过电阻R5与NPN三极管Q1的集电极连接，运算放大器U1第四引脚与外部负15V电压连接，运算放大器U1第四引脚还通过电阻R6与PNP三极管Q2的集电极连接，运算放大器U1第一引脚通过电容C1与运算放大器U1第五引脚连接，运算放大器U1第六引脚分别与NPN三极管Q1的基极和PNP三极管Q2的基极连接，NPN三极管Q1的发射极与PNP三极管Q2的发射极连接。

进一步地，第一输出电路包括电阻R9、电阻R10、电容C2、电容C3、PNP三极管Q3、NPN三极管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6；

电容C2的一端与NPN三极管Q1的发射极连接，电容C2的另一端通过串联电阻R9和电阻R10与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与第一线圈的一端连接，PNP三极管Q3的基极与NPN三极管的集电极连接；

PNP三极管Q3的基极与NPN三极管Q1的集电极连接，PNP三极管Q3的发射极与运算放大器U1第七引脚连接，PNP三极管Q3的集电极与第一线圈的一端连接；

NPN三极管Q4的基极与NPN三极管Q1的集电极连接，NPN三极管Q4的发射极与运算放大器U1第四引脚连接，NPN三极管Q4的集电极与第一线圈的一端连接；

二极管D3的负极与运算放大器U1第七引脚连接，二极管D3的 正极与第一线圈的一端连接；

二极管D4的负极与运算放大器U1第七引脚连接，二极管D4的正极与第一线圈的另一端连接；

二极管D5的正极与运算放大器U1第四引脚连接，二极管D5的负极与第一线圈的一端连接；

二极管D6的正极与运算放大器U1第四引脚连接，二极管D6的负极与第一线圈的另一端连接。

进一步地，第二霍尔元件和第二线圈还连接有第二霍尔电路、第二驱动电路以及第二输出电路，第二霍尔电路与第二驱动电路连接，第二驱动电路与第二输出电路连接，第二输出电路与第二线圈的一端连接，所述第二线圈的另一端接地。

本实用新型一种霍尔电流传感器的有益效果:采用两个霍尔元件的方法能解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，因此，检测精度更高，稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例中霍尔电流传感器的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的第一U型磁环3结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的第一U型磁环4结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的电路示意图；

图6为本实用新型一实施例中第一霍尔电路的电路图；

图7为本实用新型一实施例中第一驱动电路的电路图；

图8为本实用新型一实施例中第一输出电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的结构示意图，图2为本实用新型另一实施例中霍尔电流传感器的结构示意图，图3为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的第一U型磁环3结构示意图，图4为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的第一U型磁环4结构示意图。参考图1、2、3、4，本实用新型实施例提供了一种霍尔电流传感器，包括：第一霍尔元件1、第二霍尔元件2、第一U型磁环3、第二U型磁环4、第一线圈5、第二线圈6、第一线圈骨架7以及第二线圈骨架8；

第一线圈5套在第一线圈骨架7上，第二线圈6套在第二线圈骨架8上，第一U型磁环3分别插入第一线圈骨架7和第二线圈骨架8的左端，第二U型磁环4分别插入第一线圈骨架7和第二线圈骨架8的右端，第一U型磁环3与第二U型磁环4相对设置并留有缝隙；第一霍尔元件1、第二霍尔元件2分别设置在两个缝隙中间，霍尔元件可以检测周围磁场及其变化，并在连接的电路中输出一个信号，来反应检测到的磁场，采用霍尔元件放置在缝隙的不同位置，能够解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，因此，检测精度更高，稳定 可靠。

优选地，第一U型磁环3与第二U型磁环4之间缝隙的宽度为1mm，这样的结构，能够做到体积小巧。

图5为本实用新型一实施例中霍尔电流传感器的电路示意图，参考图5，第一霍尔元件1和第一线圈5还连接有第一霍尔电路100、第一驱动电路200以及第一输出电路300，其中，第一霍尔元件1与第一霍尔电路100连接，第一霍尔电路100与第一驱动电路200连接，第一驱动电路200与第一输出电路300连接，第一输出电路300与第一线圈5的一端连接，第一线圈5的另一端接地。当原边电流Ip在第一U型磁环3与第二U型磁环4的中心空心处产生一个磁场，霍尔元件检测到周围磁场及其变化，并在电路中输出一个信号，这个信号反应着检测到的磁场大小，第一霍尔元件1再通过上述电路使第一线圈5产生补偿电流Is，补偿电流Is同样也产生另一个磁场，当两个磁场在第一霍尔元件1处大小相等、方向相反时，使得第一霍尔元件1感应到的磁场为零时，即补偿电流Is按一定的比例能够真实的反应被测试电流Ip的大小。

图6为本实用新型一实施例中第一霍尔电路的电路图，参考图6，第一霍尔电路100包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4；

二极管D1正极与外部正15V电压连接，二极管D1的负极通过电阻R1连接到第一霍尔元件第一引脚，所述二极管D2的负极与外部负15V电压连接,所述二极管D2的正极通过电阻R2连接到第一霍尔元 件第三引脚，所述电阻R3的一端连接所述第一霍尔元件第二引脚，所述电阻R4的一端连接所述第一霍尔元件第四引脚，霍尔电路100用于检测磁感应强度，并通过电阻R3和电阻R4输出一个与检测到磁感应强度相关的信号。

优选地，电阻R1由电阻R11和电阻R12并联代替，所述电阻R2由电阻R21和电阻R22并联代替，用几个阻值相对大的电阻并联代替，用大的电阻不容易被烧坏。

图7为本实用新型一实施例中第一驱动电路的电路图，参考图7，第一驱动电路200包括运算放大器U1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R5、电阻R6、电容C1；

运算放大器U1包括运算放大器U1第一引脚、运算放大器U1第二引脚、运算放大器U1第三引脚、运算放大器U1第四引脚、运算放大器U1第五引脚、运算放大器U1第六引脚以及运算放大器U1第七引脚；

运算放大器U1第二引脚与电阻R3的另一端连接，运算放大器U1第三引脚与电阻R4的另一端连接，运算放大器U1第七引脚与外部正15V电压连接，同时运算放大器U1第七引脚还通过电阻R5与所述NPN三极管Q1的集电极连接，运算放大器U1第四引脚与外部负15V电压连接，同时所述运算放大器U1第四引脚还通过电阻R6与PNP三极管Q2的集电极连接，运算放大器U1第一引脚通过电容C1与运算放大器U1第五引脚连接，运算放大器U1第六引脚分别与NPN三极管Q1的基极和PNP三极管Q2的基极连接，NPN三极管Q1的发射极 与PNP三极管Q2的发射极连接，电阻R3和电阻R4输入的信号经过第一驱动电路200中的运算放大器U1、NPN三极管Q1以及PNP三极管Q2的放大，再输送给第一输出电路300。

图8为本实用新型一实施例中第一输出电路的电路图，参考图8，第一输出电路300包括电阻R9、电阻R10、电容C2、电容C3、PNP三极管Q3、NPN三极管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6；

电容C2的一端与NPN三极管Q1的发射极连接，电容C2的另一端通过串联电阻R9和电阻R10与电容C3的一端连接，电容C3的另一端与第一线圈的一端连接，PNP三极管Q3的基极与NPN三极管的集电极连接；

PNP三极管Q3的基极与NPN三极管Q1的集电极连接，PNP三极管Q3的发射极与运算放大器U1第七引脚连接，PNP三极管Q3的集电极与第一线圈的一端连接；

NPN三极管Q4的基极与NPN三极管Q1的集电极连接，NPN三极管Q4的发射极与运算放大器U1第四引脚连接，NPN三极管Q4的集电极与第一线圈的一端连接；

二极管D3的负极与运算放大器U1第七引脚连接，二极管D3的正极与第一线圈的一端连接；

二极管D4的负极与运算放大器U1第七引脚连接，二极管D4的正极与第一线圈的另一端连接；

二极管D5的正极与运算放大器U1第四引脚连接，二极管D5的 负极与第一线圈的一端连接；

二极管D6的正极与运算放大器U1第四引脚连接，二极管D6的负极与第一线圈的另一端连接。

第一输出电路300与第一线圈5连接，使第一线圈5产生的电流直接反应第一霍尔元件1检测到的磁感应强度。

本实施新型的霍尔电流传感器工作原理：原边电流Ip在第一U型磁环3与第二U型磁环4的中心空心处产生一个磁场，另一方面，外部电压使第一线圈5、第二线圈6产生补偿电流Is，补偿电流Is也将产生另一个磁场，当这两个磁场综合，在霍尔器件的位置处磁通量为零时，则补偿电流Is能够精确的反映原边电流Ip。具体工作过程为：当主回路有一电流Ip通过时，在导线上产生的磁场被第一U型磁环3与第二U型磁环4聚集，同时，霍尔元件也将感应到此磁场，使得霍尔元件产生一个信号输出用于驱动霍尔电路、驱动电路以及输出电路导通，从而使第一线圈5、第二线圈6获得一个补偿电流Is。补偿电流Is通过第一线圈5、第二线圈6产生另一磁场，该磁场与被测电流Ip产生的磁场方向相反，当补偿电流Is与原边电流Ip产生的磁场大小相等，方向相反时，Is不再增加，这时的霍尔器件位置的磁通量为零，此时可以通过补偿电流Is来测试原边电流Ip。当原边电流Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔元件有信号输出，即重复上述过程、重新达到平衡。被测原边电流Ip的任何变化都会破坏这一平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔元件就有信号输出，再由运算放大器U1放大后，立即产生相应的电流流过第一线圈5、第二线圈6以 对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，本实用新型的霍尔电流传感器所需的时间小于1μs。因此，从补偿线圈流出的电流Is按一定的比例放大能够真实的反应被测试电流Ip的大小。

本实用新型的霍尔电流传感器提供了两个霍尔元件，与第一霍尔元件1和第一线圈5的连接关系类似，第二霍尔元件2和第二线圈6还连接有第二霍尔电路、第二驱动电路以及第二输出电路，第二霍尔电路与第二驱动电路连接，第二驱动电路与第二输出电路连接，第二输出电路与第二线圈的一端连接，第二线圈的另一端接地，其他的电路连接关系，也类似于上述所述，这里不再重复。

本实用新型实施例提供的一个或多个技术方案，至少有以下技术效果：

1)利用磁材料第一U型磁环3、第二U型磁环4相对设置，形成一个含有两个缝隙的矩形结构，这样的结构，能够做到体积小巧，方便加工。

2)采用两个霍尔元件的方法能解决被测电流因导线位置的改变对磁场的影响，因此，检测精度更高，稳定可靠。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种霍尔电流传感器，其特征在于，包括：第一霍尔元件、第二霍尔元件、第一U型磁环、第二U型磁环、第一线圈、第二线圈、第一线圈骨架以及第二线圈骨架；

所述第一线圈套在所述第一线圈骨架上，第二线圈套在所述第二线圈骨架上，第一U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的一端，第二U型磁环分别插入第一线圈骨架和第二线圈骨架的另一端，第一U型磁环与第二U型磁环相对设置并留有缝隙；

所述第一霍尔元件、第二霍尔元件分别设置在两个缝隙中间。

2.根据权利要求1所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第一U型磁环与第二U型磁环之间缝隙的宽度为1mm。

3.根据权利要求1或2所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第一霍尔元件和所述第一线圈还连接有第一霍尔电路、第一驱动电路以及第一输出电路，所述第一霍尔元件与所述第一霍尔电路连接，所述第一霍尔电路与所述第一驱动电路连接，所述第一驱动电路与所述第一输出电路连接，所述第一输出电路与所述第一线圈的一端连接，所述第一线圈的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第一霍尔电路包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；

所述二极管D1正极与外部正15V电压连接，所述二极管D1的负极通过电阻R1连接到第一霍尔元件第一引脚，所述二极管D2的负极与外部负15V电压连接,所述二极管D2的正极通过电阻R2连接到第 一霍尔元件第三引脚，所述电阻R3的一端连接第一霍尔元件第二引脚，所述电阻R4的一端连接第一霍尔元件第四引脚。

5.根据权利要求4所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述电阻R1由电阻R11和电阻R12并联组成，所述电阻R2由电阻R21和电阻R22并联组成。

6.根据权利要求5所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第一驱动电路包括运算放大器U1、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R5、电阻R6、电容C1；

运算放大器U1第二引脚与所述电阻R3的另一端连接，运算放大器U1第三引脚与所述电阻R4的另一端连接，运算放大器U1第七引脚与外部正15V电压连接，运算放大器U1第七引脚还通过电阻R5与所述NPN三极管Q1的集电极连接，运算放大器U1第四引脚与外部负15V电压连接，运算放大器U1第四引脚还通过电阻R6与所述PNP三极管Q2的集电极连接，运算放大器U1第一引脚通过所述电容C1与运算放大器U1第五引脚连接，运算放大器U1第六引脚分别与NPN三极管Q1的基极和PNP三极管Q2的基极连接，所述NPN三极管Q1的发射极与所述PNP三极管Q2的发射极连接。

7.根据权利要求6所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第一输出电路包括电阻R9、电阻R10、电容C2、电容C3、PNP三极管Q3、NPN三极管Q4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6；

所述电容C2的一端与所述NPN三极管Q1的发射极连接，所述电容C2的另一端通过串联电阻R9和电阻R10与所述电容C3的一端连 接，所述电容C3的另一端与第一线圈的一端连接，所述PNP三极管Q3的基极与所述NPN三极管的集电极连接；

所述PNP三极管Q3的基极与所述NPN三极管Q1的集电极连接，所述PNP三极管Q3的发射极与所述运算放大器U1第七引脚连接，所述PNP三极管Q3的集电极与所述第一线圈的一端连接；

所述NPN三极管Q4的基极与所述NPN三极管Q1的集电极连接，所述NPN三极管Q4的发射极与所述运算放大器U1第四引脚连接，所述NPN三极管Q4的集电极与所述第一线圈的一端连接；

所述二极管D3的负极与所述运算放大器U1第七引脚连接，所述二极管D3的正极与所述第一线圈的一端连接；

所述二极管D4的负极与所述运算放大器U1第七引脚连接，所述二极管D4的正极与所述第一线圈的另一端连接；

所述二极管D5的正极与所述运算放大器U1第四引脚连接，所述二极管D5的负极与所述第一线圈的一端连接；

所述二极管D6的正极与所述运算放大器U1第四引脚连接，所述二极管D6的负极与所述第一线圈的另一端连接。

8.根据权利要求1或2所述的霍尔电流传感器，其特征在于，所述第二霍尔元件和所述第二线圈还连接有第二霍尔电路、第二驱动电路以及第二输出电路，所述第二霍尔电路与所述第二驱动电路连接，所述第二驱动电路与所述第二输出电路连接，所述第二输出电路与所述第二线圈的一端连接，所述第二线圈的另一端接地。