CN210835038U

CN210835038U - 抗外磁开环电流传感器

Info

Publication number: CN210835038U
Application number: CN201920861196.1U
Authority: CN
Inventors: 钟小军
Original assignee: Senko Mirco Electronics Co ltd
Current assignee: Shanghai Xinggan Semiconductor Co ltd
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-06-10

Abstract

本实用新型提供一种抗外磁开环电流传感器，抗外磁开环电流传感器包括：磁芯，所述磁芯为环形，具有至少两个间隙，将所述磁芯分割为至少两个子磁芯；成对设置的霍尔传感芯片，各霍尔传感芯片分别设置于所述间隙内，每一对的两个霍尔传感芯片的设置方向一致，且分别位于磁芯对称轴的两侧。所述电流传感器不受外部磁场干扰，可提高电流检测的准确性。

Description

抗外磁开环电流传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种抗外磁开环电流传感器。

背景技术

开环霍尔电流传感器是指基于霍尔直放式工作原理，即当原边电流流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环间隙中霍尔器件进行测量并放大输出，其输出电压Vs精确的反映原边电流。因此开环霍尔电流传感器可以用于检测原边电流，广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测电流电压的各个领域中。

现有技术中，采用霍尔电流传感器进行电流检测的过程中，外磁场容易对检测结果造成干扰，导致检测结果产生较大误差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种抗外磁开环霍尔电流传感器，以提高检测结果的准确性。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种抗外磁开环电流传感器，包括：

磁芯，所述磁芯为环形，具有至少两个间隙，将所述磁芯分割为至少两个子磁芯；成对设置的霍尔传感芯片，各霍尔传感芯片分别设置于所述间隙内，每一对的两个霍尔传感芯片的设置方向一致，且分别位于磁芯对称轴的两侧。

可选的，包括两对霍尔传感芯片，且所述两对霍尔传感芯片的设置方向相互垂直。

可选的，所述霍尔传感芯片的尺寸小于所述磁芯横截面的尺寸，使得所述霍尔传感芯片的完全位于所述间隙内。

可选的，各个霍尔传感芯片参数完全相同。

可选的，每个霍尔传感芯片内包含至少两个霍尔敏感元件。

可选的，还包括一差分放大电路，与各个霍尔传感芯片连接，用于对各霍尔传感芯片输出的检测信号进行差分运算，以消除外部磁场的干扰信号。

可选的，所述霍尔传感芯片为敏感度可调的芯片，各霍尔传感芯片的敏感度被调整为在平行于霍尔传感芯片的方向上和/或垂直于霍尔传感芯片的方向上施加均匀外部磁场时，所述差分放大器的输出为0。

可选的，所述差分放大电路，包括多个差分运算单元，每个差分运算单元连接至同一对霍尔传感芯片，用于对同一对内的霍尔传感芯片的检测信号进行差分运算；所述差分放大电路还包括一计算单元，连接至各差分运算单元，用于对差分运算单元输出的信号进行算数平均计算。

可选的，包括一绝缘外壳，所述磁芯设置于所述外壳内。

本实用新型的抗外磁开环霍尔电流传感器包括成对设置的霍尔传感芯片，且方向一致，分别位于磁芯对称轴的两侧，由于磁芯对称轴的两侧的原边磁场方向相反，而外磁场的方向相同，可以对成对的两个霍尔传感芯片的检测信号进行差分运算，消除外磁干扰，提高电流检测的准确性。

附图说明

图1为本实用新型一具体实施方式的抗外磁开环霍尔电流传感器的结构示意图；

图2为本实用新型一具体实施方式的抗外磁开环霍尔电流传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的抗外磁开环霍尔电流传感器的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本实用新型一具体实施方式的抗外磁开环霍尔电流传感器的结构示意图。

所述抗外磁开环电流传感器包括磁芯100，所述磁芯100为环形，具有至少两个间隙101，将所述磁芯100分割为至少两个子磁芯；成对设置的霍尔传感芯片，各霍尔传感芯片分别设置于所述间隙101内，每一对的两个霍尔传感芯片的设置方向一致，且分别位于磁芯100对称轴的两侧。该具体实施方式中，所述开环电流传感器包括两个霍尔传感芯片，分别设置于两个间隙101内。

所述电流传感器包括一绝缘外壳，所述磁芯100以及霍尔传感芯片均设置于所述外壳内。与磁芯100形状对应，所述外壳也为环形。所述抗外磁开环电流传感器适用于检测大电流。

所述磁芯100可以采用铁氧体材料，例如锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体等，还可以采用硅钢合金或者坡莫合金等，根据传感器的具体参数要求，选择合适的材料。

所述电流传感器在进行电流检测时，原边电流I即待检测电流从环形磁芯100包围区域的中心穿过，形成磁场B1。由于所述磁芯100的聚磁特性，会将电流I产生的磁场均聚集在磁路中，即聚集在磁芯周围，这样有利于提高电流检测的准确性。

所述间隙101尺寸较小，可以容纳霍尔传感芯片即可。霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022放置于所述间隙101内，用于检测所述间隙101截面上的磁通量，并输出与所述磁通量成正比的感应霍尔电压/电流，所述感应霍尔电压/电流大小与所述原边电流I成一定比例。

在有外磁场存在的情况下，例如图1中所示的外磁场B0，外磁场B0会对霍尔传感芯片102的检测结果造成影响。

在该具体实施方式中，所述磁芯100为圆环形，两个间隙101设置于圆环直径的两端位置处，关于所述磁芯100的对称轴对称。因此，原边电流I在霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022处产生的原边磁场方向相反。在其他具体实施方式中，所述磁芯100还可以为矩形或其他环形结构，而相应的，霍尔传感芯片设置于原边磁场方向相反的两个位置处，且放置方向一致，器件面均朝向同一方向。所述霍尔传感芯片1021和1022的尺寸小于所述磁芯100横截面的尺寸，使得所述霍尔传感芯片1021和1022完全位于所述间隙101内，提高检测到的磁通量中，有效磁通量的比例，提高信噪比。

所述霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022输出的检测信号包括原边磁场B1产生的霍尔感应信号，也包括外磁场B0产生的霍尔感应信号。由于电流传感器的尺寸有限，通常在其检测位置处，外磁场B0方向和密度分布较为均匀，对霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022产生的影响一致。霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022的参数一致，因此，检测原边磁场输出的检测信号也相同。

对于霍尔感应芯片1021，感应到的原边电流I产生的磁场与外磁场B0方向一致，输出的检测信号为两部分磁场的检测信号之和，H1＝g1+g0；而对于霍尔感应芯片1022，感应到的原边电流I产生的磁场方向与霍尔感应芯片1021感应到的方向相反，与外磁场B0方向相反，因此输出的检测信号为两部分磁场的检测信号之和，H2＝-g1+g0。

所述电流传感器还包括一差分放大电路103，用于对所述霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022进行差分运算，以消除外磁场的干扰信号。例如通过差分运算，将霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022输入的检测信号相减，H1-H2＝2g1，从而可以消除外部磁场的干扰信号，并获得较大的增益信号。所述差分放大电路103还可以进一步对差分运算后的信号进行算数平均，获得所述霍尔传感芯片1021和霍尔传感芯片1022输出的有效信号平均值。

在其他具体实施方式中，所述电流传感器可以还可以包括多对霍尔传感芯片，以提高对各个方向上的抗外磁效果。

参数相同的霍尔传感芯片、间隙的尺寸相同以及同一对内的霍尔传感芯片完全对称安装在现实中都是非常难达到的，任何一个条件没有达到就会造成减弱传感器的抗干扰能力。在其他具体实施方式中，所述霍尔传感芯片可以为灵敏度可调的霍尔传感芯片。可以通过抗干扰校准，对各个霍尔传感芯片的参数进行调整，同一对内的两个霍尔传感芯片的敏感度被调整为在垂直于霍尔传感芯片的器件面的方向上对各霍尔传感芯片施加均匀外部磁场时，所述差分放大电路103的输出为0，从而消除由于霍尔传感芯片、间隙的尺寸以及安装位置等误差造成的对抗干扰能力的影响。

具体的，以图2中的传感器结构为例，当对霍尔传感芯片1022和霍尔传感芯片1021施加一均匀向下的校准磁场时，所述霍尔传感芯片1022和霍尔传感芯片1021会分别输出由所述校准磁场产生的霍尔传感信号，所述差分放大电路103对霍尔传感芯片1022和霍尔传感芯片1021输出的信号进行相减运算后输出校准信号，当校准信号不为0时，表示霍尔传感芯片1022和霍尔传感芯片1021对校准磁场的敏感度不一致，可以对霍尔传感芯片的参数进行调整，直至所述差分放大电路103输出的校准信号为0。此时，霍尔传感芯片1022和1021对外部磁场的敏感度一直，有利于提高抗干扰效果。

对于具有多对霍尔传感芯片的情况，可以分别对每一对的霍尔传感芯片的敏感度进行校准。

请参考图2，为本实用新型另一具体实施方式的霍尔传感芯片的结构示意图。

该具体实施方式中，所述电流传感器包括两对霍尔传感芯片，且所述两对霍尔传感芯片的设置方向相互垂直。所述两对霍尔传感芯片包括第一对霍尔传感芯片1021和1022，以及第二对霍尔传感芯片1023和1024。其中，第一对霍尔传感芯片1021和1022的设置方向一致，器件面朝向同一方向；以及第二对霍尔传感芯片1023和1024的设置方向一致，器件面朝向同一方向。并且，两对霍尔传感芯片的设置方向相互垂直，即器件面朝向的方向相互垂直。

在一个具体实施方式中，外磁场B2可以分解为两个垂直方向上的磁场B21和B22，分别与第一对霍尔感应芯片、第二对霍尔感应芯片垂直。

通过分别对霍尔感应芯片1021、1022的信号进行差分运算，以及对霍尔感应芯片1021、1022的信号进行差分运算，能够消除外磁场的干扰，同时获得4倍大小的检测信号，从而提高有效信号的增益，提高信噪比。

无论外磁场是什么方向，均可以通过对上述两对霍尔感应芯片的输出的检测信号进行差分运算，消除外磁场的干扰，

在其他的具体实施方式中，也可以设置两对以上的霍尔感应芯片，以获取更大增益的检测信号。

在一个具体实施方式中，所述电流传感器内的差分放大电路，可以包括两个差分运算单元，每个差分运算单元连接至同一对霍尔传感芯片，用于对同一对内的霍尔传感芯片的检测信号进行差分运算；所述差分放大电路还包括一计算单元，连接至各差分运算单元，用于对差分运算单元输出的信号进行算数平均计算。

每个霍尔传感芯片内可以包含一个霍尔敏感元件，较佳的，每个霍尔传感芯片内均包含至少两个霍尔敏感元件。且所述霍尔传感芯片可进行编程校准，以确保所述电流传感器内的各个霍尔传感芯片的各项参数一致，以获得最佳的抗外磁效果。

上述抗外磁开环霍尔电流传感器包括成对设置的霍尔传感芯片，且方向一致，分别位于磁芯对称轴的两侧，由于磁芯对称轴的两侧的原边磁场方向相反，而外磁场的方向相同，可以对成对的两个霍尔传感芯片的检测信号进行差分运算，消除外磁干扰，提高电流检测的准确性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种抗外磁开环电流传感器，其特征在于，包括：

磁芯，所述磁芯为环形，具有至少两个间隙，将所述磁芯分割为至少两个子磁芯；

成对设置的霍尔传感芯片，各霍尔传感芯片分别设置于所述间隙内，每一对的两个霍尔传感芯片的设置方向一致，且分别位于磁芯对称轴的两侧。

2.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，包括两对霍尔传感芯片，且所述两对霍尔传感芯片的设置方向相互垂直。

3.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，所述霍尔传感芯片的尺寸小于所述磁芯横截面的尺寸，使得所述霍尔传感芯片的完全位于所述间隙内。

4.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，各个霍尔传感芯片参数完全相同。

5.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，每个霍尔传感芯片内包含至少两个霍尔敏感元件。

6.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，还包括一差分放大电路，与各个霍尔传感芯片连接，用于对各霍尔传感芯片输出的检测信号进行差分运算，以消除外部磁场的干扰信号。

7.根据权利要求6所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，所述霍尔传感芯片为敏感度可调的芯片，同一对内的霍尔传感芯片的参数被调整为在垂直于霍尔传感芯片的方向上施加均匀外部磁场时，所述差分放大电路的输出为0。

8.根据权利要求6所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，所述差分放大电路，包括多个差分运算单元，每个差分运算单元连接至同一对霍尔传感芯片，用于对同一对内的霍尔传感芯片的检测信号进行差分运算；所述差分放大电路还包括一计算单元，连接至各差分运算单元，用于对差分运算单元输出的信号进行算数平均计算。

9.根据权利要求1所述的抗外磁开环电流传感器，其特征在于，包括一绝缘外壳，所述磁芯设置于所述外壳内。