CN213423312U - 一种闭环电流传感器用驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种闭环电流传感器用驱动电路，包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、M1个第一NPN三极管Q1、M2个第一PNP三极管Q2、M3个第二NPN三极管Q4、M4个第二PNP三极管器Q3、采样电阻Res1和第一线圈。本实用新型在单向电源（V+/GND）的供电下，原边电流为正的时候与原边电流为负的时候，电路能够提供相反方向的电流，从而提供相反的补偿磁场，实现闭环电流传感器对电流的测量，所以实现了单向电源供电双向电流测量。此外在原边电流极性发生变化的时候，采样电阻两端的电压极性保持不变，始终高于GND的电压，所以可以通过ADC直接对其进行电压采样，不需要偏置电压。
Description
技术领域
本实用新型公开了一种闭环电流传感器用驱动电路，属于传感器驱动电路领域。
背景技术
现有的高精度电流测量技术有闭环霍尔，闭环AMR，闭环TMR技术，或者闭环磁通门技术。如图1所示，以闭环霍尔技术为例，有带有气隙的铁芯（及副边线圈），霍尔单元，运算放大器，三极管等器件构成。当原边有电流通过，在磁芯气隙中产生磁场，霍尔单元在磁场的作用下输出电压信号，电压经过放大驱动相应的三极管，给线圈供电。因为测量的电流为两个方向，补偿线圈需要两个方向的补偿电流，所以传感器需要双极性电源供电。此外，闭环霍尔技术输出信号为电流信号，客户端需要接下拉电阻对信号进行采样，得到电流信号的大小，因为电流是两个方向的，所以常常需要增加电压偏置元器件，才能进入AD进行电压采样。而在一些工业领域，如汽车零部件领域，几乎不提供双极性电源与电流信号采样电路，所以上述驱动电路并不适用。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型公开了一种闭环电流传感器用驱动电路，通过对驱动电路的设计，传感器在单向电源供电的情况下，实现双向电流的测量，取消了电压偏置电路的使用。
本实用新型的技术方案如下：
一种闭环电流传感器用驱动电路，包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、M1个第一NPN三极管Q1、M2个第一PNP三极管Q2、M3个第二NPN三极管Q4、M4个第二PNP三极管器Q3、采样电阻Res1和第一线圈，其中，
所述第一运算放大器OP1的输入端与外部输入连接，所述第一运算放大器OP1的输出端分别与第一NPN三极管Q1的基极和第一PNP三管Q2的基极连接，所述第一NPN三极管Q1的发射极与第一PNP三极管Q2的发射极在a端连接以后与第一线圈的 b端连接，所述第一NPN三极管Q1的集电极和第二NPN三极管Q4的集电极分别连接电源V+，所述第二NPN三极管Q4的发射极和第二PNP三极管Q3的发射极在d端连接以后与第一线圈的c端连接，所述第一PNP三极管Q2的集电极和第二PNP三极管Q3的集电极连接以后与采样电阻Res1的一端连接，所述采样电阻Res1的另一端与GND连接，所述采样电阻Res1与外部的采样电路连接，所述第二NPN三极管Q4的基极和第二PNP三极管Q3的基极分别与第二运算放大器OP2的输出端连接，所述第二运算放大器OP2的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
优选地，所述M1、M2、M3和M4均大于等于1，且M1个第一NPN三极管Q1之间并联连接，M1个第一PNP三极管Q2之间并联连接，M1个第二NPN三极管Q4之间并联连接、M1个第二PNP三极管器Q3之间并联连接。
优选地，所述采样电阻Res1还可以设置在a端与b端之间或者c端和d端之间。
一种闭环电流传感器用驱动电路，包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、K1个第三NPN三极管Q5、K2个第三PNP三极管Q6、K3个P型MOSFET Q7、K4个N型MOSFET Q8、采样电阻Res2和第二线圈，其中，
所述第三运算放大器OP3的输入端分别与外部输入连接，所述第三运算放大器OP3的输出端分别与第三NPN三极管Q5的基极和第三PNP三极管Q6的基极连接，所述第三NPN三极管Q5的发射极与第三PNP三极管Q6的发射极在A端连接后与第二线圈的B端连接，所述第三NPN三极管Q5的集电极和P型MOSFET Q7的源极分别连接电源V+，所述N型MOSFET Q8的漏极和P型MOSFET Q7的漏极在D端连接以后与第二线圈的C端连接，所述第三PNP三极管Q6的集电极和N型MOSFET Q8的源极连接以后与采样电阻Res2的一端连接，采样电阻Res2的另一端与GND连接，所述采样电阻Res2与外部的采样电路连接，所述N型MOSFET Q8的门极和P型MOSFET Q7的门极连接以后与第四运算放大器OP4的输出端连接，第四运算放大器OP4的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
优选地，所述K1、K2、K3、K4均大于等于1，且K1个第三NPN三极管Q5之间并联连接、K2个第三PNP三极管Q6之间并联连接、K3个P型MOSFET Q7之间并联连接、K4个N型MOSFET Q8之间并联连接。
优选地，所述采样电阻Res2还可以设置在A端与B端之间或者C端和D端之间。
有益效果：本实用新型提供一种闭环电流传感器用驱动电路，在单向电源（V+/GND）的供电下，原边电流为正的时候与原边电流为负的时候，电路能够提供相反方向的电流，从而提供相反的补偿磁场，实现闭环电流传感器对电流的测量，所以实现了单向电源供电双向电流测量。此外在原边电流极性发生变化的时候，采样电阻两端的电压极性保持不变，始终高于GND的电压，所以可以通过ADC直接对其进行电压采样，不需要偏置电压。
附图说明
图1为现有的闭环霍尔电流传感器原理图。
图2为本实用新型的实施例1的电路原理图（M1、M2、M3、M4=1）；
图3为本实用新型的实施例1的正向原边电流时候线圈电流流向图；
图4为本实用新型的实施例1的负向原边电流时候线圈电流流向图；
图5为实施例1的实施原理图；
图6为实施例1的模组结构示意图；
图7为实施例1的OP1输入和线圈上的电压与原边电流的关系图。
图8为本实用新型的实施例2的电路原理图（K1、K2、K3、K4=1）；
图中：霍尔芯片1、线路板2、霍尔芯片安装孔3、线圈安装孔4、第一线圈5、线圈引脚6。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1：如图2所示，一种闭环电流传感器用驱动电路，包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、M1个第一NPN三极管Q1、M2个第一PNP三极管Q2、M3个第二NPN三极管Q4、M4个第二PNP三极管器Q3、采样电阻Res1和第一线圈，M1、M2、M3、M4均为1，其中，
所述第一运算放大器OP1的输入端与外部输入连接，所述第一运算放大器OP1的输出端分别与第一NPN三极管Q1的基极和第一PNP三管Q2的基极连接，所述第一NPN三极管Q1的发射极与第一PNP三极管Q2的发射极在a端连接以后与第一线圈的 b端连接，所述第一NPN三极管Q1的集电极和第二NPN三极管Q4的集电极分别连接电源V+，所述第二NPN三极管Q4的发射极和第二PNP三极管Q3的发射极在d端连接以后与第一线圈的c端连接，所述第一PNP三极管Q2的集电极和第二PNP三极管Q3的集电极连接以后与采样电阻Res1的一端连接，所述采样电阻Res1的另一端与GND连接，所述采样电阻Res1与外部的采样电路连接，所述第二NPN三极管Q4的基极和第二PNP三极管Q3的基极分别与第二运算放大器OP2的输出端连接，所述第二运算放大器OP2的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
本实用新型中，实施例1的技术效果如下：
第一运算放大器OP1的输入端是与磁场信号强弱关联的电压信号，当原边电流为正的时候，如图3所示，当第一运算放大器OP1的同相端高于反相端时的时候，第一运算放大器OP1输出高电平，第一NPN三极管Q1处于“ON”状态，工作在放大区，第一PNP三极管Q2处于“OFF”状态，工作在截止区，此时第二运算放大器OP2自动输出低电平，第二NPN三极管Q4处于“OFF”状态，工作在截止区，第二PNP三极管Q3处于“ON”状态，工作在放大区，所以当外部输入使第一运算放大器OP1的同相端比反相端高的时候，此时电流如图3中虚线箭头所示，电流从第一线圈的左侧流到右侧，从而提供正向的补偿磁场，采样电阻Res1上的电流也是从左侧到右侧，其左侧电压高于右侧电压。
如图4所示，当原边电流为负的时候，第一运算放大器OP1的同相端低于反相端时的时候，其输出低电平，第一NPN三极管Q1处于“OFF”状态，工作截止区，第一PNP三极管Q2处于“ON”状态，工作在放大区，此时第二运算放大器OP2输出高电平，第二NPN三极管Q4处于“ON”状态，工作在放大区，第二PNP三极管Q3处于“OFF”状态，工作在截止区，所以第一线圈上的电流从左侧线圈引脚流入右侧线圈引脚，与上一个状态（图3）电流方向相反，从而提供反向的补偿磁场，采样电阻Res1的电流仍然是从左侧到右侧，其左侧电压仍然高于右侧电压，电压极性并没有翻转。
实施例1具体应用如下：如图5和6所示，霍尔芯片1插入线路板2的霍尔芯片安装孔3中，并通过锡焊实现电气连接，霍尔芯片1的输出进入第一运算放大器OP1的输入端，线路板上布置有实施例1的驱动电路，第一线圈5通过两个线圈引脚6插入线路板2的线圈安装孔中（即为b端和c端），同时霍尔芯片1插入第一线圈5中，测量第一线圈5中的磁场。原边电流从中间的圆孔中经过，该模块即可检测出其大小与方向。
将原边电流从-300A调整到+300A，得到第一运算放大器OP1输入正极与输入负极随原边电流的变化，如图7所示。第一线圈两端正电压，表示b点电压比c点高。从图7中可以看出，当原边电流从负变为正的时候，线圈两端的电压极性也发生了翻转，实现了单向供电的双向测量。
实施例2：如图8所示，一种闭环电流传感器用驱动电路，包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、K1个第三NPN三极管Q5、K2个第三PNP三极管Q6、K3个P型MOSFET Q7、K4个N型MOSFET Q8、采样电阻Res2和第二线圈，K1、K2、K3和K4均为1，其中，
所述第三运算放大器OP3的输入端分别与外部输入连接，所述第三运算放大器OP3的输出端分别与第三NPN三极管Q5的基极和第三PNP三极管Q6的基极连接，所述第三NPN三极管Q5的发射极与第三PNP三极管Q6的发射极在A端连接后与第二线圈的B端连接，所述第三NPN三极管Q5的集电极和P型MOSFET Q7的源极分别连接电源V+，所述N型MOSFET Q8的漏极和P型MOSFET Q7的漏极在D端连接以后与第二线圈的C端连接，所述第三PNP三极管Q6的集电极和N型MOSFET Q8的源极连接以后与采样电阻Res2的一端连接，采样电阻Res2的另一端与GND连接，所述采样电阻Res2与外部的采样电路连接，所述N型MOSFET Q8的门极和P型MOSFET Q7的门极连接以后与第四运算放大器OP4的输出端连接，第四运算放大器OP4的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
本实用新型中，实施例2的应用方法与实施例1相同，其应用效果与实施例1相似。
本实用新型中，M1、M2、M3、M4以及K1、K2、K3和K4的取值均可以由本领域技术人员根据实际需求进行选择，取值可以相同或者不同。
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来说，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 (6)
1.一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，包括第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、M1个第一NPN三极管Q1、M2个第一PNP三极管Q2、M3个第二NPN三极管Q4、M4个第二PNP三极管器Q3、采样电阻Res1和第一线圈，其中，
所述第一运算放大器OP1的输入端与外部输入连接，所述第一运算放大器OP1的输出端分别与第一NPN三极管Q1的基极和第一PNP三管Q2的基极连接，所述第一NPN三极管Q1的发射极与第一PNP三极管Q2的发射极在a端连接以后与第一线圈的 b端连接，所述第一NPN三极管Q1的集电极和第二NPN三极管Q4的集电极分别连接电源V+，所述第二NPN三极管Q4的发射极和第二PNP三极管Q3的发射极在d端连接以后与第一线圈的c端连接，所述第一PNP三极管Q2的集电极和第二PNP三极管Q3的集电极连接以后与采样电阻Res1的一端连接，所述采样电阻Res1的另一端与GND连接，所述采样电阻Res1与外部的采样电路连接，所述第二NPN三极管Q4的基极和第二PNP三极管Q3的基极分别与第二运算放大器OP2的输出端连接，所述第二运算放大器OP2的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，所述M1、M2、M3和M4均大于等于1，且M1个第一NPN三极管Q1之间并联连接，M1个第一PNP三极管Q2之间并联连接，M1个第二NPN三极管Q4之间并联连接、M1个第二PNP三极管器Q3之间并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，所述采样电阻Res1还可以设置在a端与b端之间或者c端和d端之间。
4.一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，包括第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、K1个第三NPN三极管Q5、K2个第三PNP三极管Q6、K3个P型MOSFET Q7、K4个N型MOSFET Q8、采样电阻Res2和第二线圈，其中，
所述第三运算放大器OP3的输入端分别与外部输入连接，所述第三运算放大器OP3的输出端分别与第三NPN三极管Q5的基极和第三PNP三极管Q6的基极连接，所述第三NPN三极管Q5的发射极与第三PNP三极管Q6的发射极在A端连接后与第二线圈的B端连接，所述第三NPN三极管Q5的集电极和P型MOSFET Q7的源极分别连接电源V+，所述N型MOSFET Q8的漏极和P型MOSFET Q7的漏极在D端连接以后与第二线圈的C端连接，所述第三PNP三极管Q6的集电极和N型MOSFET Q8的源极连接以后与采样电阻Res2的一端连接，采样电阻Res2的另一端与GND连接，所述采样电阻Res2与外部的采样电路连接，所述N型MOSFET Q8的门极和P型MOSFET Q7的门极连接以后与第四运算放大器OP4的输出端连接，第四运算放大器OP4的输入端与外部的固定电压基准单元连接。
5.根据权利要求4所述的一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，所述K1、K2、K3、K4均大于等于1，且K1个第三NPN三极管Q5之间并联连接、K2个第三PNP三极管Q6之间并联连接、K3个P型MOSFET Q7之间并联连接、K4个N型MOSFET Q8之间并联连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种闭环电流传感器用驱动电路，其特征在于，所述采样电阻Res2还可以设置在A端与B端之间或者C端和D端之间。
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| CN202022464066.XU CN213423312U (zh) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 一种闭环电流传感器用驱动电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112198362A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-08 | 常州常荣传感技术有限公司 | 一种闭环电流传感器用驱动电路 |
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2020
- 2020-10-30 CN CN202022464066.XU patent/CN213423312U/zh active Active
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