CN214750537U - 一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于霍尔电流传感器电子线路领域，公开了一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，提供一种从运算放大器电源端取电流信号并加电平转移和对输出三极管进行静态偏置，用运算放大器静态工作电流的线性负温度系数对输出三极管PN结压降的线性负温度系数全温区跟踪补偿，运算放大器与三极管组成压控电流源并带可变电流放大倍数，霍尔元件的输出电压经压控电流源中的运算放大器放大后，由压控电流源的输出功率管驱动次级线圈产生与输入电流一一对应的次级电流，对多个霍尔元件输出求算术平均值，在霍尔元件恒压偏置电压端加一积分电路，电源端带TVS管、共模、差模滤波器的电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路。

Description

一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路

技术领域

本实用新型具体涉及一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路。

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。

对电流的非接触测量和监控方法很多,霍尔电流传感器因其优异的性价比被广泛应用而形成产业化；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，在这里霍尔元件起指零器的作用，因此其灵敏度越高越好，一般选InSb材料制作的高灵敏度霍尔元件，其相关特性如图1、图2所示。国外宽电源范围闭环型霍尔电流传感器电子线路图如图3，这种电子线路存在以下问题：

1，如图1，InSb霍尔元件的不平衡电压在恒压工作条件下其温度特性非常平坦。而在图3中，当传感器供电电压一定时，两种电子线路中霍尔元件都在恒流条件下工作，当工作温度低于0℃时，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，从而限制了传感器的工作温度范围。

2.这种电子线路中运算放大器的输出端驱动无偏置的射极跟随器，因此用这种电子线路的电流传感器在测量交变电流时，其输出波形中存在非常严重的交越失真。从放大器的输出端看，放大器输出直接控制一个无偏置的射极跟随器其负载电阻由电源电压直接偏置，压控电流源的输出电流越大其静态功耗越大，负载电阻上的功耗越大，因此负载电阻必须是大功率电阻。

3.在工业自控系统中，电流传感器一般由开关电源供电，开关电源一般由变压器变压、整流、滤波成直流电压向控制系统供电，而滤波一般由大容量铝电解电容器完成，随着时间、工作温度的增加，铝电解电容器的电解液不断挥发，导致铝电解电容器的等效阻抗不断增加、滤波效果下降，向控制系统供电的直流电压中的纹波电压幅度不断增加到正负18V

(24V)以上，随着系统电源开关次数增加，供电电源不断冲击电流传感器中的运算放大器，次级线圈的两端产生高压不断冲击传感器输出三极管造成传感器中的放大器、三极管损坏而电流传感器失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，包括压控电流源，所述压控电流源内设置有运算放大器、输出三极管及带电平转移的静态偏置电路，所述运算放大器与霍尔元件连接，所述运算放大器输入端设置有电平转移电路，从所述运算放大器电源端取电流信号并加电平转移和对所述输出三极管进行静态偏置并带可变电流放大倍数，用所述运算放大器静态工作电流的线性负温度系数对所述输出三极管PN结压降的线性负温度系数全温区跟踪补偿，所述运算放大器输出端直接驱动或先驱动带自偏置推挽三极管后再驱动带电平转移的负载电阻，所述霍尔元件的输出电压经所述压控电流源中的所述运算放大器放大后，由所述输出三极管驱动次级线圈产生与输入电流一一对应的次级电流。在所述霍尔元件恒压偏置电压端加一积分电路，所述电子线路的供电电源端间加有TVS管、共模和差模滤波回路，在所述的次级线圈两端均加高压释放二极管。

优选的，所述压控电流源中所述输出三极管为一对共集电极的互补功率三极管，亦可以是多对共集电极的互补功率三极管并联，所述功率三极管采用贴片封装的中功率或大功率三极管。

优选的，所述霍尔元件采用恒压工作的偏置电压采用AZ432-1.25V。

优选的，对所述霍尔元件的输出电压求算术平均值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的从运算放大器电源端取电流信号并加电平转移和对输出三极管进行静态偏置，使输出三极管输出无畸变和传感器的工作电源电压更宽；用运算放大器静态工作电流的线性负温度系数对输出三极管PN结压降的线性负温度系数全温区跟踪补偿，运算放大器输出端直接驱动或先驱动带自偏置推挽三极管后再驱动带电平转移的负载电阻，使霍尔元件的输出电压直接驱动压控电流源，使信号传输级数越少，传输时间越短，传感器的响应速度越快、工作频带越宽，并以非常小的功率驱动更大的功率且静态功耗很小；

2.在霍尔元件恒压偏置电压端加一积分电路，对多个霍尔元件输出电压求算术平均值，使传感器输出的温度稳定性越好，工作温度范围更宽；制造成本越低，真正做到了价廉物美，其零点温漂为30ppm/℃～100ppm/℃；工作温区达到-40～85℃；

3.对多个霍尔元件输出电压求算术平均值，传感器对电流的测量位置误差越小、测量精度越高、测量下限越低；使小电流(25A以下的待测电流)实现了穿芯式高精度测量，测量精度达到0.2％FS以内，50A以上的大电流测量精度达到0.1％FS以内。

4.在电流传感器的供电电源端间加有TVS管、共模和差模滤波回路，在次级线圈两端均加高压释放二极管，电流传感器供电电源中的尖脉冲电压对电流传感器的影响大幅度下降，失效率从3000PPM降至100PPM以下，大幅度提高了电流传感器的品质！(图9，图10)

附图说明

图1为InSb霍尔元件的不平衡电压的温度特性图；

图2为InSb霍尔元件的输出电压的温度特性图；

图3为国外宽电源范围的闭环型霍尔电流传感器电子线路图；

图4为运算放大器静态工作电流的温度曲线图；

图5为宽电源范围电流输出高精度闭环型霍尔电流传感器电路框图；

图6为单磁芯单切口闭环型霍尔电流传感器电路图；

图7为高精度电流输出闭环型霍尔电流传感器电路图；

图8为宽电源范围高精度电流输出闭环型霍尔电流传感器电路图；

图9为开关电源开关时输出直流电压波形图；

图10为电流传感器电源端加TVS管后电源端波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的技术方案，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图4至图8，本实用新型提供一种技术方案：一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，如图6，从运算放大器BA4580RF的电源端取电流信号并对输出三极管进行静态偏置、运算放大器输出端直接驱动带电平转移(VZ4＝VZ5＝10V)负载电阻R12＝3.3KΩ、运算放大器工作电流的温度曲线图如图4，用VZ2＝VZ3＝3V-3.3V对运算放大器工作电源电平转移，用R8＝R11＝180-200Ω从运算放大器电源端取电流信号并对输出三极管进行静态偏置，其温度特性与硅双极型三极管PN结压降温度特性非常接近，实现对三极管静态偏置电流全温区跟踪补偿，根据输出三极管种类不同，调整镇流电阻R13的大小，使输出三极管的Vbe＞0.55V及三极管的静态电流2mA＜Ic＜10mA，R8/R13为压控电流源(VCS)的电流放大倍数；两个比例积分参数分别为R6＝470KΩ，C2＝100PF，R7＝20KΩ，C3＝1000PF，D为次级线圈高压释放二极管，对输出三极管进行保护；压控电流源(VCS)输出三极管为ICM＝3A-6A功率三极管。霍尔元件为HNE313；其恒压偏置电压Vz采用AZ432-1.25V,SOT-23。

图7与图8相比，为满足宽电源范围要求，用VZ1＝24V对电源电压进行预稳压，用TR1、TR2代替VZ3、VZ4对运算放大器电源端实施电平转移，运算放大器先驱动带自偏置共射极小功率三极管再去驱动负载电阻，输出三极管为ICM＝6A大功率三极管，三对共集电极互补功率三极管并联，以驱动更大的输出电流。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，包括压控电流源，所述压控电流源内设置有运算放大器、输出三极管及带电平转移的静态偏置电路，所述运算放大器的输入端与霍尔元件输出端连接，所述运算放大器输入端设置有电平转移电路，从所述运算放大器电源端取电流信号并加电平转移和对所述输出三极管进行静态偏置并带可变电流放大倍数，用所述运算放大器静态工作电流的线性负温度系数对所述输出三极管PN结压降的线性负温度系数全温区跟踪补偿，所述运算放大器输出端直接驱动或先驱动带自偏置推挽三极管后再驱动带电平转移的负载电阻，所述霍尔元件的输出电压经所述压控电流源中的所述运算放大器放大后，由所述输出三极管驱动次级线圈产生与输入电流一一对应的次级电流，在所述霍尔元件恒压偏置电压端加一积分电路，所述电子线路的供电电源端间加有TVS管、共模和差模滤波回路，在所述次级线圈两端均加高压释放二极管。

2.如权利要求1所述的一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，其特征在于：所述压控电流源中所述输出三极管为一对共集电极的互补功率三极管，亦可以是多对共集电极的互补功率三极管并联，所述功率三极管采用贴片封装的中功率或大功率三极管。

3.如权利要求1所述的一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，其特征在于：对所述霍尔元件的输出电压求算术平均值。

4.如权利要求1所述的一种电流输出闭环型霍尔电流传感器用电子线路，其特征在于：所述霍尔元件采用恒压工作的偏置电压采用AZ432-1.25V。

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