CN205786806U - 一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及霍尔电流传感器电子线路领域，尤其涉及一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，包括一个大闭环负反馈，大闭环负反馈由霍尔元件、轨至轨输出的双运算放大器、带有源偏置的推挽输出功率三极管和带有气隙磁芯的线圈组成，霍尔元件安装在磁芯的气隙中，轨至轨输出的双运算放大器之一的输入端与霍尔元件输出端相连接，与霍尔元件输出端相连接的运算放大器输出端驱动带有源偏置的推挽输出功率三极管，推挽输出功率三极管驱动带有气隙磁芯的线圈；它既可以是电流输出也可以是电压输出。本实用新型提供了一种低成本、适用性更好的闭环型霍尔电流传感器的电子线路。
Description
技术领域
本实用新型涉及霍尔电流传感器电子线路领域，尤其涉及一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路。
背景技术
电流传感器是一种应用十分广泛的电子组件，它被广泛应用于各种变流技术、交流数控装置等以电流作为控制对象的自控领域中。
霍尔电流传感器通常有开环、闭环两种工作模式，闭环型霍尔电流传感器由用软磁材料制成带气隙的环形磁芯、霍尔元件、次级线圈及适当的功率放大电路组成，霍尔元件一般选用InSb材料制作，国外闭环型霍尔电流传感器电子线路图如图1所示，其所用InSb霍尔元件的不平衡电压特性如图2所示，输出电压特性如图3所示，国外闭环型霍尔电流传感器电子线路存在如下问题：
1)如图2所示，霍尔元件的不平衡电压在恒压工作条件下其温度特性曲线非常平坦，而在恒流工作条件下，其温度特性曲线在负温区非常陡峭，当图1的供电电压一定时，霍尔元件近似在恒流条件下工作，当工作温度低于0℃时，闭环型霍尔电流传感器的零点温漂将会很大，严重影响传感器的电流测量精度，基于这种原因，传感器只能在-10-80℃工作；
2)图1中的运算放大器的输出端驱动没有偏置的射极跟随器，因此，在测量交变电流时，其输出波形中存在非常严重的交越失真，同时无偏置的射极跟随器输出结构，使得传感器的输出电压幅度下降，影响了电流传感器对电流的线性测量范围及抗饱和能力；
3)图1中的霍尔元件为单列直插4引脚封装，引脚的中心间距仅为1.0mm，自动焊接时，通过率低，需要人工补焊，无法实现全自动流水线生产。
4)当要求闭环型霍尔电流传感器电压输出时，需另增加一个放大器和高精度的取样电阻才能将次级输出电流转换为电压输出，增加了成本。
实用新型内容
为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种低成本、适用性更好的闭环型霍尔电流传感器的电子线路。
实现本实用新型目的的技术方案是：一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，包括一个大闭环负反馈，大闭环负反馈由霍尔元件、轨至轨输出的双运算放大器、带有源偏置的推挽输出功率三极管和带有气隙磁芯的线圈组成，霍尔元件安装在磁芯的气隙中，轨至轨输出的双运算放大器之一的输入端与霍尔元件的输出端相连接，与霍尔元件输出端相连接的运算放大器输出端驱动带有源偏置的推挽输出功率三极管，带有源偏置的推挽输出功率三极管驱动带有气隙磁芯的线圈；在大闭环负反馈中的带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流与初级电流一一对应，带有源偏置的推挽输出功率三极管最大输出电压接近电源电压；对霍尔元件采用恒压工作模式。
作为本实用新型的优化方案，当要求闭环型霍尔电流传感器电压输出时，用高精度的取样电阻和所述的轨至轨输出的双运算放大器中另一个放大器组成带一定放大倍数、防短路的放大器将带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流转换为电压输出。
作为本实用新型的优化方案，与霍尔元件输出端相连接的运算放大器反相输入端与带有源偏置的推挽输出功率三极管输出端之间设置有比例积分电路。
作为本实用新型的优化方案，带有源偏置的推挽输出功率三极管设置有高压释放电路，所述高压释放电路为串联二极管D2，串联二极管D2分别连接带有源偏置的推挽输出功率三极管的发射极和正负电源，并与正负电源形成反向偏置。
作为本实用新型的优化方案，霍尔元件采用贴片式封装。
作为本实用新型的优化方案，带有源偏置的推挽输出功率三极管的功率为0.5W-3W。
作为本实用新型的优化方案，霍尔元件的恒压偏置电压采用0.6-1.25V的电压基准。
本实用新型具有积极的效果：1)本实用新型采用轨至轨输出的双运算放大器和带有源偏置的推挽输出功率三极管，使得带有源偏置的推挽输出功率三极管输出无畸变，使得闭环型霍尔电流传感器的工作电源电压更宽，使得带有源偏置的推挽输出功率三极管的输出电压接近轨至轨，增加了霍尔型电流传感器对电流的线性测量范围及抗饱和能力；
2)本实用新型霍尔元件的输出电压经放大器直接驱动推挽输出功率三极管，信号传输级数少、传输时间短，使得霍尔电流传感器的响应速度快、工作频带宽，静态功耗小；
3)本实用新型的霍尔元件为恒压工作模式，使得霍尔电流传感器输出的温度稳定性好，工作的温度范围更宽，测量精度高，从而提高了霍尔电流传感器的性价比；
4)本实用新型的霍尔元件采用贴片式封装，所有的电子元器件采用SMD工艺，实现了全自动流水生产，产品可靠性高，生产效率也得到了大幅提高，从而使得制造成本降低；
5)本实用新型的既可以是电流输出也可以是电压输出，电压输出时线路结合了开环和闭环的特点，使得霍尔电流传感器具有其两种工作模式的优势。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为国外闭环型霍尔电流传感器的电子线路图；
图2为InSb霍尔元件的不平衡电压的温度特性图；
图3为InSb霍尔元件的输出电压的温度特性图；
图4为电流输出闭环型霍尔电流传感器的原理框图；
图5为电流输出闭环型霍尔电流传感器的电路图；
图6为电压输出闭环型霍尔电流传感器的电路图。
具体实施方式
如图4-6所示，本实用新型公开了一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，包括一个大闭环负反馈，大闭环负反馈由霍尔元件、轨至轨输出的双运算放大器、带有源偏置的推挽输出功率三极管和带有气隙磁芯的线圈组成，霍尔元件安装在磁芯的气隙中，所述的轨至轨输出的双运算放大器之一的输入端与霍尔元件的输出端相连接，与霍尔元件输出端相连接的运算放大器输出端驱动带有源偏置的推挽输出功率三极管，带有源偏置的推挽输出功率三极管驱动带有气隙磁芯的线圈；在所述的大闭环负反馈中的带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流与初级电流一一对应，所述的带有源偏置的推挽输出功率三极管最大输出电压接近电源电压；对所述的霍尔元件采用恒压工作模式；与霍尔元件输出端相连接的运算放大器的输入端设置有电平转移电路。
如图6所示，当要求闭环型霍尔电流传感器电压输出时，用高精度的取样电阻和所述的轨至轨输出的双运算放大器中另一个放大器组成带一定放大倍数、防短路的放大器将带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流转换为电压输出。其中取样电阻R14实现了I/V变换，输出级运算放大器的电压放大倍数为Av＝1+R17/R16，R18为防短路电阻。
与霍尔元件输出端相连接的运算放大器反相输入端与带有源偏置的推挽输出功率三极管输出端之间设置有比例积分电路，其中，比例积分电路包括R4、R6和C2。
带有源偏置的推挽输出功率三极管设置有高压释放电路，高压释放电路为串联二极管D2，串联二极管D2的3只引脚分别连接带有源偏置的推挽输出功率三极管的发射极和正负电源，并与正负电源形成反向偏置，通过串联二极管D2对带有源偏置的推挽输出功率三极管进行了保护。其中，带有源偏置的推挽输出功率三极管包括正有源偏置的推挽输出功率三极管和负有源偏置的推挽输出功率三极管，二者采用相同的封装方式。
霍尔元件采用贴片式封装，其它的电子元器件均采用SMD封装，可以实现全自动流水生产。
带有源偏置的推挽输出功率三极管的功率为0.5W-3W。霍尔元件的恒压偏置电压采用0.6-1.25V的电压基准。由于采用了中小功率的带有源偏置的推挽输出功率三极管，使得静态功耗在整个温区非常稳定。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：包括一个大闭环负反馈，大闭环负反馈由霍尔元件、轨至轨输出的双运算放大器、带有源偏置的推挽输出功率三极管和带有气隙磁芯的线圈组成，所述的霍尔元件安装在磁芯的气隙中，所述的轨至轨输出的双运算放大器之一的输入端与霍尔元件的输出端相连接，所述的与霍尔元件输出端相连接的运算放大器输出端驱动带有源偏置的推挽输出功率三极管，所述的带有源偏置的推挽输出功率三极管驱动带有气隙磁芯的线圈；在所述的大闭环负反馈中的带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流与初级电流一一对应，所述的带有源偏置的推挽输出功率三极管最大输出电压接近电源电压；对所述的霍尔元件采用恒压工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：当要求闭环型霍尔电流传感器电压输出时，用高精度的取样电阻和所述的轨至轨输出的双运算放大器中另一个放大器组成带一定放大倍数、防短路的放大器将带有气隙磁芯的线圈中次级输出电流转换为电压输出。
3.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：所述的与霍尔元件输出端相连接的运算放大器反相输入端与带有源偏置的推挽输出功率三极管输出端之间设置有比例积分电路。
4.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：所述的带有源偏置的推挽输出功率三极管设置有高压释放电路，所述高压释放电路为串联二极管D2，串联二极管D2分别连接带有源偏置的推挽输出功率三极管的发射极和正负电源，并与正负电源形成反向偏置。
5.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：所述的霍尔元件采用贴片式封装。
6.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：带有源偏置的推挽输出功率三极管的功率为0.5W-3W。
7.根据权利要求1所述的一种闭环型霍尔电流传感器的电子线路，其特征在于：霍尔元件的恒压偏置电压采用0.6-1.25V的电压基准。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110233572A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-09-13 | 苏州华兴源创科技股份有限公司 | 一种恒压源和恒压输出方法 |
| CN112838575A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-25 | 四川众航电子科技有限公司 | 一种温度补偿的霍尔传感器装置 |
| CN113804940A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-17 | 华东光电集成器件研究所 | 一种高精度闭环霍尔电流传感器电路 |
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| CN113804940B (zh) * | 2021-09-23 | 2024-03-01 | 华东光电集成器件研究所 | 一种高精度闭环霍尔电流传感器电路 |
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