CN214954041U - 一种智能自校准电流霍尔传感器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种智能自校准电流霍尔传感器，其包括霍尔传感器电路；采样单元，用于获取霍尔传感器电路处于非工作状态的输出电压；比较单元，用于将输出电压与零点电压进行比较，在输出电压大于零点电压时，输出过零信号；校准单元，用于根据振荡周期的周期数将相应数量的定值电阻器并联后接入霍尔传感器电路的负反馈电路，在接收到过零信号时停止对周期数计数。校准单元能够将至少一个定值电阻器接入霍尔传感器电路以自动调节输出电压，使得输出电压增大，以对霍尔传感器电路的零点漂移量进行补偿。当输出电压增大至过零时，输出电压与零点的偏移量为最小值，校准单元停止计数，进而实现了缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度。

Description

一种智能自校准电流霍尔传感器

技术领域

本申请涉及霍尔传感器的领域，尤其是涉及一种智能自校准电流霍尔传感器。

背景技术

霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器，由于其具有精度高、宽带宽、测量范围广、低成本、低功耗等优点，故霍尔传感器被广泛应用于工业领域。

一般地，霍尔传感器为半导体材料制成，所以其受温度因素影响较为明显，尤其是输入输出电阻器和灵敏度会随着温度变化而变化，使得霍尔传感器会出现零点漂移的现象，进而使得测量产生误差，测量精度降低。

实用新型内容

为了缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度，本申请提供了一种智能自校准电流霍尔传感器。

本申请提供的一种智能自校准电流霍尔传感器采用如下的技术方案：

一种智能自校准电流霍尔传感器，包括：

霍尔传感器电路，用于检测待测线的电流，并输出检测信号；

采样单元，用于获取霍尔传感器电路处于非工作状态的输出电压，所述非工作状态为所述待测线电流为零的状态，所述霍尔传感器电路包含有用于调节霍尔传感器电路输出电压的调节器件；

比较单元，用于将所述输出电压与零点电压进行比较，在所述输出电压大于所述零点电压时，输出过零信号；

校准单元，用于根据振荡周期的周期数将相应数量的定值电阻器依次并联后接入霍尔传感器电路的负反馈电路，在接收到所述过零信号时停止对所述周期数计数。

通过采用上述技术方案，校准单元能够将至少一个定值电阻器接入霍尔传感器电路以自动调节输出电压，使得输出电压增大，进而对霍尔传感器电路的零点漂移量进行补偿。在校准单元的补偿作用下，输出电压增大至刚好过零时，输出电压与零点的偏移量为最小值，校准单元停止计数，并维持此时的输出状态，进而实现了缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度。

可选的，所述霍尔传感器电路，包括霍尔元件、运放器、二级放大电路和驱动电源；

所述运放器的两输入端分别连接所述霍尔元件的两输出端，所述调节器件一端连接所述霍尔元件的输入端，一端连接所述运放器的反相输入端，所述调节器件为变阻器；

所述二级放大电路，连接所述运放器；

所述驱动电源，连接所述霍尔元件、所述运放器及所述二级放大电路，用于为所述霍尔元件、所述运放器及所述二级放大电路提供电源；

所述负反馈电路一端连接所述运放器的反相输入端，一端连接所述二级放大电路的输出端。

可选的，所述校准单元所述校准单元还用于：

在所有所述定值电阻器全部被并联后，将并联后的所述定值电阻器接入霍尔传感器电路的负反馈电路，并停止对所述周期数计数。

通过采用上述技术方案，在校准单元的补偿作用下，输出电压增大至最大值且最大值不超过零时，输出电压与零点电压的偏移量为最小值，校准单元停止校准。此时校准单元能够最大程度缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度。

可选的，所述采样单元包括采样电阻器和差动放大电路，所述采样电阻器一端连接所述霍尔传感器电路，另一端连接客户使用端，所述差动放大电路并联于所述采样电阻器的，用以输出采样电压信号。

通过采用上述技术方案，客户使用端视为零电势点，使得采样电阻器两端的电压即为输出电压的数值。差动放大电路能够放大信号，也能够减小由电源、温度等因素引起的零漂，使得采样电压信号能够更准确。

可选的，所述比较单元包括过零比较电路，所述过零比较电路连接所述差动放大电路，用于在所述采样电压信号反映的电压值大于零时，输出过零信号。

通过采用上述技术方案，过零比较电路能够检测采样电压信号反映的电压值是否大于零，当电压值大于零时，霍尔传感器电路的零漂问题得到改善。

可选的，所述校准单元包括振荡电路、计数器和负载电路；

所述振荡电路，连接所述计数器，用于产生预设频率的振荡信号；

所述负载电路，连接所述计数器并接入所述霍尔传感器电路，所述负载电路包括至少三个阻值不同的定值电阻器，所述至少三个定值电阻器以阻值从大到小的方式依次并联；

所述计数器，用于在接入所述振荡信号时，输出相应的振荡周期数，以控制所述至少三个定值电阻器接入所述负反馈电路的数量，当所述计数器接收到所述过零信号时，所述计数器停止对所述振荡周期数计数；当所述负载电路中所有的定值电阻器都接入至所述负反馈电路中，所述计数器输出所述截止信号。

通过采用上述技术方案，计数器能够根据振荡信号的频率控制至少三个定值电阻器接入霍尔传感器电路的数量以及接入霍尔传感器电路的每个定值电阻器的阻值，使得接入霍尔传感器电路的阻值能够不断变化。由于负载电路中的定值电阻器依次并联，故接入霍尔传感器电路的阻值能够由大至小自动调节，进而实现规律性地调节输出电压。

可选的，所述计数器为二进制计数器，所述定值电阻器设置有九个，每个定值电阻器所在电路均连接所述计数器。

通过采用上述技术方案，计数器能够对振荡信号进行计数，并输出多个数值，每个数值对应一个接入霍尔传感器电路的等效阻值。定值电阻器数量越多，接入霍尔传感器电路的等效阻值的阻值范围越大，进而校准效果越好。

可选的，与所述计数器输出管脚连接的八个定值电阻器的阻值沿所连接输出管脚输出的调高顺序呈指数递减。

通过采用上述技术方案，定值电阻器能够对电压出现指数趋势的变化进行补偿，以获得较好的补偿效果。

可选的，还包括保护单元，所述保护单元连接所述计数器，用于防止所述计数器发生损坏。

通过采用上述技术方案，保护单元能够降低计数器在工作时损坏的概率。

可选的，还包括滤波单元，所述滤波单元连接所述比较单元，用于对所述过零信号进行滤波。

通过采用上述技术方案，滤波单元能够有效抑制信号中的杂波，以缓解杂波对最终的输出结果产生影响。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.校准单元能够将至少一个定值电阻器接入霍尔传感器电路以自动调节输出电压，使得输出电压增大，以对霍尔传感器电路的零点漂移量进行补偿。在校准单元的补偿作用下，输出电压增大至刚好过零时，输出电压与零点的偏移量为最小值，校准单元停止计数，并维持此时的输出状态，进而实现了缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度；

2.计数器通过对振荡信号进行统计以控制负载电路中接入霍尔传感器电路的定值电阻器，使得输出电压增大。其中，负载电路中的定值电阻器以阻值由大至小的顺序依次并联，使得接入霍尔传感器电路的阻值能够由阻值范围内的最大值调节至最小值，进而便于调节输出电压。

附图说明

图1是本申请实施例的智能自校准电流霍尔传感器中霍尔传感器电路的电路图。

图2是本申请实施例的智能自校准电流霍尔传感器中自校准电路的电路图。

附图标记说明：1、霍尔传感器电路；11、运放器；12、二级放大电路；13、驱动电源；2、校准单元；21、计数器；211、级联管脚；22、负载电路；3、采样单元；31、差动放大电路；4、比较单元；5、负反馈电路；6、滤波单元；7、振荡电路；8、或门电路；9、保护单元；10、复位按键。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种智能自校准电流霍尔传感器。参照图1和图2，智能自校准电流霍尔传感器包括霍尔传感器电路1、采样单元3、比较单元4和校准单元2。通过在霍尔传感器电路1中接入不同阻值的电阻器，以对零点漂移进行补偿，使得霍尔传感器电路1在非工作状态下输出的输出电压增大，进而缓解霍尔传感器在工作中存在的零漂程度。

参照图1，霍尔传感器电路1主要用于检测待测线的电流值，其包括霍尔元件HR、运放器11、二级放大电路12和驱动电源13。其中，驱动电源13为霍尔元件HR、运放器11和二级放大电路12提供电源。运放器11的同相输入端和反相输入端分别连接霍尔元件HR的两个输出端，二级放大电路12连接运放器11的输出端，用于将霍尔元件HR的两个输出端之间形成的电势差信号进行放大，以输出输出电压。由于在霍尔元件HR的阳极输入端和其输出端并联有一个用于调节输出电压的调节器件，调节器件在本申请实施例中优选为变阻器Rx，通过设置变阻器Rx的阻值，使得霍尔传感器电路1在非工作状态时受温度等因素的影响下输出的输出电压始终不超过零，非工作状态为待测线电流为零的状态。

可以了解的是，运放器11优选为反相比例运算器。二级放大电路12的输出端还与反相比例运算器的反相输入端连接，以形成负反馈电路5，以增加放大倍数的稳定性，也能够减小放大电路产生的非线性失真等。

由于霍尔传感器为成熟技术，故此处不对霍尔传感器电路1的其他部分进行详细介绍。

参照图1和图2，校准单元2接入霍尔传感器电路1，用于在接入振荡信号时对输出电压进行调节，使得输出电压增大，以实现对零点漂移的补偿，进而达到缓解零点漂移程度的效果。

校准单元2包括振荡电路7、计数器21和负载电路22。负载电路22连接计数器21并接入霍尔传感器电路1，其包括并联的至少三个阻值不同的定值电阻器。振荡电路7用于输出预设振荡频率的振荡信号。计数器21用于在接入振荡信号时控制负载电路22中接入霍尔传感器电路1的定值电阻器的数量。当负载电路22中的所有定值电阻器都接入霍尔传感器电路1中时，计数器21输出截止信号。

参照图2，在本申请实施例中，计数器21优选为八输出的二进制计数器21，型号优选为74HC950，其输出端包括八个输出管脚Q0~Q7以及一个级联管脚211。

参照图1和图2，相应地，负载电路22中定值电阻器Ra~Ri设置有九个，分别与八个输出管脚Q0~Q7以及级联管脚211连接。具体来说，与输出管脚Q0~Q7连接的八个定值电阻器的阻值按照连接输出管脚输出的调高顺序逐渐减小，且依次并联，阻值最大的定值电阻器Ra所在电路连接输出管脚Q0、阻值第二大的定值电阻器Rb所在电路连接输出管脚Q1、以此类推，阻值最小的定值电阻器Rh所在电路连接输出管脚Q7。与级联管脚211连接的定值电阻器Ri的阻值不小于连接输出管脚Q0的定值电阻器Ra的阻值，使得在振荡信号的控制下，接入负反馈电路5的定值电阻器等效的一个电阻器的阻值逐渐减小，以便规律地对输出电压进行调节。在本申请实施例中，与级联管脚211连接的定值电阻器Ri的阻值优选等于连接输出管脚Q0的定值电阻器Ra的阻值。

参照图2，考虑到输出电压可能出现呈指数增长的趋势，为了抵消输出电压的偏移量，连接输出管脚Q0~Q7的八个定值电阻器Ra~Rh的阻值呈指数形式逐渐递减。

参照图1和图2，计数器21的时钟输入端连接振荡电路7的输出端，以接收振荡信号。当计数器21开始接收振荡信号时，计数器21能够对振荡信号中的振荡周期进行计数，即每接收到振荡信号中的一个振荡周期，计数器21输出的振荡周期数结果就加一。由于计数器21有八个输出管脚Q0~Q7，每个输出管脚的输出结果只有0或1两种，相应地，计数器21的振荡周期数计数范围为0~255，故可以组成256种不同阻值的电阻器，以接入负反馈电路5对输出电压进行调节。

参照图1和图2，采样单元3连接霍尔传感器电路1，用于对输出电压进行采样，以获取输出电压的电压值，并输出电压采样信号。

参照图2，采样单元3包括采样电阻器RM和差动放大电路31。

参照图1和图2，采样电阻器RM的一端连接霍尔传感器电路1的输出端N，另一端连接用户使用端M，可以将用户使用端M视为零电势点，即采样电阻器RM两端之间的电压反映为输出电压。

参照图2，差动放大电路31并联于采样电阻器RM，用以对采样电阻器RM两端的电压信号进行放大，并输出电压采样信号。

比较单元4连接差动放大电路31，用于检测采样电压信号反映的电压值是否大于零，当采样电压信号反映的电压值大于零时，比较单元4输出高电平信号，即比较单元4输出过零信号。过零信号用于控制计数器21停止计数。当采样电压信号反映的电压值不超过零时，比较单元4输出低电平信号，即比较单元4不输出过零信号。比较单元4优选为过零比较电路。在本申请实施例中，还设置有滤波单元6，连接比较单元4，用以对比较单元4输出的信号进行滤波。

参照图1和图2，需要注意的是，当计数器21输出的数值达到了255后，级联管脚211输出高电平信号。由于级联管脚211为高电平有效的管脚，故使得级联管脚211连接的定值电阻器Ri接入负反馈电路5的，此时，计数器21输出截止信号。反之，当级联管脚211输出低电平信号，级联管脚211连接的定值电阻器Ri未接入负反馈电路5中，即级联管脚211不输出截止信号。

参照图2，在本申请实施例中，还设置有或门电路8。或门电路8包括两个输入端，一个输入端连接滤波单元6，另一个输入端连接级联管脚211。当或门电路8接收到过零信号和截止信号中任意一个信号时，或门电路8输出一个高电平信号，即输出停止信号。反之，或门电路8输出一个低电平信号，即不输出停止信号。

参照图1和图2，计数器21的触发端还连接或门电路8，当计数器21接收到停止信号时，计数器21不再进行计数，并将此时的输出结果寄存，使得负载电路22中接入负反馈电路5的定值电阻器保持接入状态，即接入负反馈电路5的定值电阻器所等效的电阻值不再改变。可以理解为，随着接入负反馈电路5中的定值电阻器的阻值按照振荡信号的振荡频率逐渐减小时，接入负反馈电路5中的阻值达到某一数值使得输出电压增大至刚好大于零，或者是负载电路22中所有定值电阻器均接入负反馈电路5中即接入负反馈电路5的阻值达到最小，使得该时刻输出电压与零点的偏移量最小，能够达到缓解霍尔传感器零漂程度的效果。

参照图2，为了降低计数器21芯片发生损坏的几率，还设置有连接计数器21的保护单元9。

当然，计数器21还可以连接有复位按键10，以便于用户通过该按键能够重新校准。

上述提及的差动放大电路31、过零比较电路、滤波单元6、保护单元9、或门电路8和振荡电路7都是较为常用的电路，故本申请实施例中不再对该部分进行详细介绍。

本申请实施例一种智能自校准电流霍尔传感器的实施原理为：在霍尔传感器处于非工作的状态下，计数器21开始接收振荡信号的同时，输出管脚Q0连接的定值电阻器接入负反馈电路5中，此时接入负反馈电路5的电阻器的阻值为阻值范围内的最大值。而后，接入负反馈电路5的电阻器的数量及每个接入负反馈电路5的电阻器的阻值按照振荡频率发生变化，相应地，接入负反馈电路5中的阻值逐渐减小，这使得输出电压逐渐增大，输出电压与零点的偏移值相对减小，即开始对零点漂移进行补偿。

当接入负反馈电路5的阻值减小到一定阻值时，输出电压增大且刚好大于零，或者当接入负反馈电路5的电阻器的阻值减小到阻值范围内的最小值，即负载电阻中全部定值电阻器均接入负反馈电路5中时，输出电压与零点的偏移值达到最小，两种情况之一发生时，计数器21停止计数并且将输出状态寄存，以完成对零点漂移的补偿过程，进而缓解了霍尔传感器在工作中存在的零漂程度。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于，包括：

霍尔传感器电路(1)，用于检测待测线的电流，并输出检测信号；

采样单元(3)，用于获取霍尔传感器电路(1)处于非工作状态的输出电压，所述非工作状态为所述待测线电流为零的状态，所述霍尔传感器电路(1)包含有用于调节霍尔传感器电路(1)输出电压的调节器件；

比较单元(4)，用于将所述输出电压与零点电压进行比较，在所述输出电压大于所述零点电压时，输出过零信号；

校准单元(2)，用于根据振荡周期的周期数将相应数量的定值电阻器依次并联后接入霍尔传感器电路(1)的负反馈电路(5)，在接收到所述过零信号时停止对所述周期数计数。

2.根据权利要求1所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：

所述霍尔传感器电路(1)，包括霍尔元件、运放器(11)、二级放大电路(12)和驱动电源(13)；

所述运放器(11)的两输入端分别连接所述霍尔元件的两输出端，所述调节器件一端连接所述霍尔元件的输入端，一端连接所述运放器(11)的反相输入端，所述调节器件为变阻器；

所述二级放大电路(12)，连接所述运放器(11)；

所述驱动电源(13)，连接所述霍尔元件、所述运放器(11)及所述二级放大电路(12)，用于为所述霍尔元件、所述运放器(11)及所述二级放大电路(12)提供电源；

所述负反馈电路一端连接所述运放器(11)的反相输入端，一端连接所述二级放大电路(12)的输出端。

3.根据权利要求2所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于，所述校准单元(2)还用于：

在所有所述定值电阻器全部被并联后，将并联后的所述定值电阻器接入霍尔传感器电路(1)的负反馈电路(5)，并停止对所述周期数计数。

4.根据权利要求3所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：

所述采样单元(3)包括采样电阻器和差动放大电路(31)，所述采样电阻器一端连接所述霍尔传感器电路(1)，另一端连接客户使用端，所述差动放大电路(31)并联于所述采样电阻器的，用以输出采样电压信号。

5.根据权利要求3所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：

所述比较单元(4)包括过零比较电路，所述过零比较电路连接所述差动放大电路(31)，用于在所述采样电压信号反映的电压值大于零时，输出过零信号。

6.根据权利要求3所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：所述校准单元(2)包括振荡电路(7)、计数器(21)和负载电路(22)；

所述振荡电路(7)，连接所述计数器(21)，用于产生预设频率的振荡信号；

所述负载电路(22)，连接所述计数器(21)并接入所述霍尔传感器电路(1)，所述负载电路(22)包括至少三个阻值不同的定值电阻器，所述至少三个定值电阻器以阻值从大到小的方式依次并联；

所述计数器(21)，用于在接入所述振荡信号时，输出相应的振荡周期数，以控制所述至少三个定值电阻器接入所述负反馈电路(5)的数量，当所述计数器(21)接收到所述过零信号时，所述计数器(21)停止对所述振荡周期数计数；当所述负载电路(22)中所有的定值电阻器都接入至所述负反馈电路(5)中，所述计数器(21)输出所述截止信号。

7.根据权利要求6所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：所述计数器(21)为二进制计数器(21)，所述定值电阻器设置有九个，每个定值电阻器均连接所述计数器(21)。

8.根据权利要求7所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：与所述计数器(21)输出管脚连接的八个定值电阻器的阻值沿所连接输出管脚输出的调高顺序呈指数递减。

9.根据权利要求7所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：还包括保护单元(9)，所述保护单元(9)连接所述计数器(21)，用于防止所述计数器(21)发生损坏。

10.根据权利要求5所述的智能自校准电流霍尔传感器，其特征在于：还包括滤波单元(6)，所述滤波单元(6)连接所述比较单元(4)，用于对所述过零信号进行滤波。

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