CN208013290U - 应用于磁电流传感器的快速过流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及快速过流检测电路，具体为一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其能够实现过流提示性好的准确检测的同时保证快速响应，其包括串联连接的霍尔器件、开关组、放大器和信号处理电路，所述霍尔器件用于感应磁场信号，其特征在于，所述放大器与所述信号处理电路中间设置有过流信号检测模块，所述过流信号检测模块包括两组高速比较器，两组所述高速比较器的输入端连接所述放大器的输出端，两组所述高速比较器的输出端连接对应的门电路的输入端，所述门电路输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过流指示信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及快速过流检测电路，具体为一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路。
背景技术
电流传感器芯片是利用半导体磁传感器（霍尔、磁阻）技术，通过感应芯片内部（或外部）通电导体形成的磁场来获得流经导体上电流信号的幅值及极性的芯片。这种芯片广泛地应用在工业控制、家电、电动车等应用领域。
由于半导体工艺的原因，霍尔器件在应用中存在较大的零漂电压。为了抑制该零漂电压对于输出信号的干扰，普遍采用旋转电流法等调制方式，将有效感应信号调制到较高的频率，从而可以与较低频率的零漂电压进行区隔。
由于电流传感器芯片在应用中会遇到待测电流值非正常升高，以至于危及系统中其它器件的程度。为了避免这种情况，电流传感器芯片需要快速检测并输出过流保护信号，以便于系统为那些易于损坏的器件提供保护。
图1显示了一种典型的霍尔器件旋转电流读取电路：其中100是霍尔器件；101是控制旋转电流及读取电路的开关组；102是放大器；104是后续的信号处理电路；105是导体中电流产生的感应磁场，106是感应磁场通过霍尔器件所产生的感应电压（这里假设为直流电压）；107是经过放大器放大后的理想信号（在103处）。由于磁传感器器本身的速度及放大器速度的限制，实际信号不是方波信号，而是类似于108所示的过阻尼建立非理想波形。其它传感器信号读出方法，比如：斩波方法，其波形与上面所示的类似。
由于霍尔器件性能限制及系统设计的要求，斩波或开关电流的时钟速率不会太快（通常在100kHz~1MHz左右）。同时，由于希望能够过滤掉不必要的噪声信号，电流传感器芯片通常都会在信号输出端（图1中的104之后）采用低通滤波器来保证良好的噪声特性，但低通滤波器会降低瞬态响应的速度。在通常可以接受的噪声特性条件下，信号输出端的瞬态响应速度一般大于5~10微秒。由于过流指示信号也是一种瞬态响应，所以带有低通滤波器的信号输出端信号难以满足提供高速过流指示信号的要求。
快速过流保护信号一般会通过模拟比较器判断波形是否超过规定阈值，如图2中201所示的两条水平虚线。在201、202中由于信号体现为规整的方波，所以采用比较器判断较为准确。但在实际电路中，波形将会类似于203，由于干扰和噪声产生毛刺（203中箭头所指），这些毛刺宽窄不同，但都容易误触发比较器，从而容易产生误报。
为了避免毛刺引发的误报，可以采用高速采样比较器对波形进行采样，并统计超过阈值的比较结果数量来判断是否应发出过流信号。但由于信号为过阻尼建立的非理想方波，其建立的快慢对统计的过阈值采样数量变化较大。另一方面，由于半导体工艺的波动性，不同批次的芯片建立波形有较大差别，从而导致快速准确地判断过流情况更加困难。
发明内容
为了解决无法快速准确进行过流检测的问题，本实用新型提供了一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其能够实现过流提示性好的准确检测的同时保证快速响应。
其技术方案是这样的：一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其包括串联连接的霍尔器件、开关组、放大器和信号处理电路，所述霍尔器件用于感应磁场信号，其特征在于，所述放大器与所述信号处理电路中间设置有过流信号检测模块，所述过流信号检测模块包括两组高速比较器，两组所述高速比较器的输入端连接所述放大器的输出端，两组所述高速比较器的输出端连接对应的门电路的输入端，所述门电路输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过流指示信号。
其进一步特征在于，所述数字处理模块包括高速数字采样器和数字滤波器；
所述数字滤波器为FIR滤波器，所述FIR滤波器由对应数量的延迟模块、放大器模块和加法器模块构成；
所述数字比较器连接片上存贮器，所述片上存贮器存贮的内容包括所述FIR滤波器的权值和数字比较器的阈值；
每组高速比较器由至少两个高速比较器并联构成；
每组所述高速比较器中的第N个高速比较器的比较点VthN=Vth*N/M，其中N=1、2、……、M，M为每组所述高速比较器的数量，Vth为过流限定值。
采用本实用新型后，在信号链路的中间位置选取信号进行过流检测，该信号经过高速比较器和门电路后输出至数字处理模块，通过高速采样、滤波避免模拟信号中不确定的毛刺及噪声对可能导致的误报信号，最后由数字比较器对数字处理模块输出进行比较，从而确定是否应该输出过流指示信号，保证了过流指示信号准确性的同时，提供了高速响应的特性。
附图说明
图1为现有技术结构示意图；
图2为现有技术中快速过流提示信号示意图；
图3为本实用新型结构示意图；
图4为本实用新型中快速过流提示信号示意图；
图5为本实用新型中FIR滤波器原理图。
具体实施方式
见图3至图5所示，一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其包括串联连接的霍尔器件300、开关组301、放大器302和信号处理电路304，霍尔器件300用于感应磁场信号305，放大器302与信号处理电路304中间303处设置有过流信号检测模块，这个位置最好，在放大器302之前的信号太小，比较器难以有效工作；而信号处理电路304的位置又太靠后，这里信号的延时会导致过流检测失去快速性，过流信号检测模块包括两组高速比较器306、307，两组高速比较器306、307的输入端连接放大器302的输出端，两组高速比较器306、307的输出端连接对应的门电路308的输入端，门电路308输出端连接数字处理模块309的输入端，数字处理模块309的输出端连接数字比较器310的输入端，数字比较器310的输出端输出过流指示信号。
数字处理模块309包括高速数字采样器和数字滤波器；数字滤波器为FIR滤波器。
数字比较器连接片上存贮器，片上存贮器存贮的内容包括FIR滤波器的权值和数字比较器的阈值；
每组高速比较器由至少两个高速比较器并联构成，数量越多，精度越高，但电路会更加复杂；每组高速比较器中的第N个高速比较器的比较点VthN=Vth*N/M，其中N=1、2、……、M，M为每组高速比较器的数量，Vth为过流限定值。
过流信号检测模块主要目的是将一个模拟信号是否超过规定阈值的问题转为数字电路中数值的高低判断。首先通过采样滤波避免模拟信号中不确定的毛刺及噪声对可能导致的误报信号，其次，采用具有权值的FIR滤波器，用以补偿由于建立速度不足的过阻尼非理想方波，在保证过流指示信号准确性的同时，提供高速响应的特性。
FIR滤波器的权值及数字比较器的阈值均可以存贮在片上存贮器311中，并在芯片测试时针对各个芯片的测试结果进行调整并写入。这样可以避免由于半导体工艺波动所导致的性能不稳定。
假设当一个超过规定值的电流流过导体，霍尔器件100将输出一个较高的感应电压401，经过放大器302放大后的波形如402所示。以高速比较器组306、307各有两个比较器为例，波形中有四条比较器阈值（即402中的虚线），比较器的输出经过或门电路308后的波形如403中的实线所示。
本实用新型引入的高速数字采样功能（即数字处理模块309），如403中虚线所示。其采样周期Ps与高速过流指示信号的响应时间s之间应存在以下关系：
s = Ps/m （m可以是大于1的任意数字）
高速数字采样的结果如404，可以通过采样滤除其模拟信号源头中的大部分毛刺，并形成数字码流。这些数字码流输入至后续的数字滤波器进行处理。
数字处理模块309中数字滤波器结构如图5所示，该结构由n个延迟模块、放大器模块与加法器模块构成FIR滤波器，n的数量由高速过流指示信号的响应时间而定。图5中放大器模块引入的权值：A1、A2…An可以事先确定，也可以通过芯片量产测试时调整并写入片上存储器（311）。
数字滤波器不断计算当前波形的形状，其输出由数字比较器310与存贮的阈值进行比较，从而最终给出待测电流是否过流的指示。同样的，数字比较器310中的阈值可以事先确定，或通过芯片量产测试时调整并写入片上存贮器311。
Claims (6)
1.一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其包括串联连接的霍尔器件、开关组、放大器和信号处理电路，所述霍尔器件用于感应磁场信号，其特征在于，所述放大器与所述信号处理电路中间设置有过流信号检测模块，所述过流信号检测模块包括两组高速比较器，两组所述高速比较器的输入端连接所述放大器的输出端，两组所述高速比较器的输出端连接对应的门电路的输入端，所述门电路输出端连接数字处理模块的输入端，所述数字处理模块的输出端连接数字比较器的输入端，所述数字比较器的输出端输出过流指示信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其特征在于，所述数字处理模块包括高速数字采样器和数字滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其特征在于，所述数字滤波器为FIR滤波器，所述FIR滤波器由对应数量的延迟模块、放大器模块和加法器模块构成。
4.根据权利要求1所述的一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其特征在于，所述数字比较器连接片上存贮器，所述片上存贮器存贮的内容包括所述FIR滤波器的权值和数字比较器的阈值。
5.根据权利要求1所述的一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其特征在于，每组高速比较器由至少两个高速比较器并联构成。
6.根据权利要求5所述的一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路，其特征在于，每组所述高速比较器中的第N个高速比较器的比较点VthN=Vth*N/M，其中N=1、2、……、M，M为每组所述高速比较器的数量，Vth为过流限定值。
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| CN108562784A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-09-21 | 无锡思泰迪半导体有限公司 | 一种应用于磁电流传感器的快速过流检测电路 |
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- 2018-03-14 CN CN201820345582.0U patent/CN208013290U/zh active Active
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