本發(fā)明涉及霍爾電流傳感器用電子線路領(lǐng)域，尤其涉及一種穿芯式高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路。

背景技術(shù)：
電流傳感器是一種應(yīng)用十分廣泛的電子組件,它被廣泛應(yīng)用于各種變流技術(shù)、交流數(shù)控裝置等以電流作為控制對(duì)象的自控領(lǐng)域中。對(duì)電流的非接觸測(cè)量和監(jiān)控方法很多,霍爾電流傳感器因其優(yōu)異的性價(jià)比被廣泛應(yīng)用而形成產(chǎn)業(yè)化；霍爾電流傳感器通常有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)兩種工作模式,開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器由用軟磁材料制成帶氣隙的環(huán)形磁芯、霍爾元件及適當(dāng)?shù)姆糯箅娐方M成，在這里霍爾元件直接檢測(cè)待測(cè)電流在磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度適中，溫度穩(wěn)定性是最重要因素，一般選GaAs材料制作的離子注入型或分子束外延型霍爾元件，而離子注入型霍爾元件因其離子注入、退火等工藝過(guò)程中易出現(xiàn)不均勻、層錯(cuò)或位錯(cuò)等缺陷；分子束外延型霍爾元件因其分子束外延的工藝過(guò)程是物理過(guò)程，產(chǎn)生不均勻、層錯(cuò)或位錯(cuò)等缺陷的幾率要小得多，因此我們選擇分子束外延型霍爾元件，其相關(guān)特性如圖一所示。從圖一可知，霍爾元件的失調(diào)電壓隨著工作電流遞增而線性遞增，說(shuō)明產(chǎn)生失調(diào)電壓成因是電阻性的，其等效圖如圖三所示；從圖一可知，霍爾元件的輸出電壓隨著工作溫度遞增幾近線性遞減，可以用線性溫度補(bǔ)償方式進(jìn)行補(bǔ)償。國(guó)內(nèi)外開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路圖如圖四，這種電路存在以下問(wèn)題：1、從差分放大器輸入看，霍爾元件的輸出電阻RO成為放大器輸入阻抗的一部分，放大器的放大倍數(shù)由AV＝R6/R4＝R7/R5變成AV＝R6/(R4+RO)＝R7/(R5+RO),且RO隨著溫度升高而遞增,而AV是非線性遞減，無(wú)法進(jìn)行完全溫度跟蹤補(bǔ)償。2、利用Tr1、Tr2的PN結(jié)電壓的溫度特性對(duì)霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償；而電流傳感器的輸出幅度調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)霍爾元件的工作電流完成，因此不可能在輸出幅度和霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償之間二者兼顧。3、從霍爾元件的輸入端引出電壓對(duì)傳感器的零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，因此不可能在零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)和霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償之間二者兼顧。4、放大器的輸出端T型網(wǎng)絡(luò)在驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載時(shí)，傳感器的輸出電壓會(huì)因T型網(wǎng)絡(luò)中電阻上的壓降而引起衰減。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本而測(cè)量更加精確的高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路。本發(fā)明的完整技術(shù)方案是，一種穿芯式高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路，包括一個(gè)儀表放大器和2n個(gè)霍爾元件，2n個(gè)霍爾元件分別用n個(gè)帶靈敏度溫漂線性溫度補(bǔ)償電路的正鏡像恒流源組和n個(gè)帶靈敏度溫漂線性溫度補(bǔ)償電路的負(fù)鏡像恒流源組驅(qū)動(dòng)，從霍爾元件的輸入端上引出一個(gè)電壓對(duì)電流傳感器零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)和溫度跟蹤補(bǔ)償；每個(gè)霍爾元件的差分輸出端的兩個(gè)端分別通過(guò)相同阻值的電阻連接到儀表放大器的同相端、反相端實(shí)現(xiàn)2n個(gè)霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值；霍爾元件根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負(fù)值分檔，同一檔而極性相反的一一配對(duì)，沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝；RC濾波器的電阻位于儀表放大器負(fù)反饋之內(nèi)。用線性正溫度系數(shù)恒流源或電壓源、二極管、電阻R1、R2、R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負(fù)溫度系數(shù)幾近相同時(shí)，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負(fù)鏡像恒流源組組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)2n個(gè)霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補(bǔ)償?；魻栐贗C＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負(fù)值，同一極性每相差0.5mV為一檔進(jìn)行分檔；對(duì)于2n個(gè)霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對(duì)，在同一電源電壓的鏡像恒流源組驅(qū)動(dòng)下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝。由上可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)在技術(shù)相比有如下有益效果：1、如圖五，用雙運(yùn)算放大器組成儀表放大器的前級(jí)和后級(jí)差分放大器，儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級(jí)完成，后級(jí)差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍，消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對(duì)放大倍數(shù)的影響；當(dāng)從霍爾元件的輸入端引出電壓對(duì)傳感器的零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100時(shí)，幾近實(shí)現(xiàn)了對(duì)霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂的全溫區(qū)溫度跟蹤補(bǔ)償；RC濾波器的電阻位于輸出放大器負(fù)反饋之內(nèi)，消除了在驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載時(shí)RC濾波器電阻上的電壓降對(duì)輸出幅度的影響。2、霍爾元件在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負(fù)值，同一極性每相差0.5mV為一檔進(jìn)行分檔；對(duì)于2n個(gè)霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對(duì)，在同一電源電壓的鏡像恒流源組下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝，使霍爾元件的失調(diào)電壓因極性相反的一一配對(duì)而幾近消除。3、如圖一，分子束外延型霍爾元件的輸出電壓的溫度特性幾近線性負(fù)溫度系數(shù)，因而如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源或電壓源、二極管、電阻R1、R2、R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負(fù)溫度系數(shù)幾近相同時(shí)，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負(fù)鏡像恒流源組組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)2n個(gè)霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補(bǔ)償。4、霍爾元件的差分輸出端分別通過(guò)相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實(shí)現(xiàn)2n個(gè)霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值，此時(shí)2n個(gè)霍爾元件的失調(diào)電壓及溫度漂移、噪聲電壓等均按倍下降，使傳感器的溫度特性更穩(wěn)定、測(cè)量下限更低。同時(shí)因RL＞100R，消除了不同霍爾元件因其內(nèi)阻不同特別是2n個(gè)霍爾元件在正、負(fù)向鏡像恒流源組供電條件下而產(chǎn)生的短路效應(yīng)。5、采用發(fā)明人申請(qǐng)的另一專利--穿芯式高精度霍爾開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用同軸雙環(huán)路磁芯結(jié)構(gòu)組件與圖六所示的電路配合，穿芯式高精度霍爾開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測(cè)量精度達(dá)到0.2％FS以內(nèi)，零點(diǎn)溫漂達(dá)到50ppm/℃～200ppm/℃，工作溫區(qū)達(dá)到-40～85℃。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：圖1、分子束外延型霍爾元件的輸出電壓特性及失調(diào)電壓特性；圖2、霍爾元件；圖3、霍爾元件的等效圖；圖4、國(guó)外開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路圖；圖5、穿芯式高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電路框圖；圖6、穿芯式高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電路圖；圖7、用電壓源、二極管、電阻組成線性可變溫度系數(shù)恒流源。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例：本實(shí)施例一種穿芯式高精度開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路，如圖五，用雙運(yùn)算放大器BA4580組成儀表放大器的前級(jí)和后級(jí)差分放大器；儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級(jí)完成，后級(jí)差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍；從霍爾元件的輸入端引出電壓對(duì)傳感器的零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100；如圖六，霍爾元件HG302A在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負(fù)值，同一極性每相差0.5mV為一檔進(jìn)行分檔；對(duì)于2n個(gè)霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對(duì)，在同一電源電壓的鏡像恒流源組驅(qū)動(dòng)下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝；如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源LM234、二極管、電阻R1及R2和R3組合成可變溫度系數(shù)的恒流源，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負(fù)鏡像恒流源組組合，對(duì)2n個(gè)霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行線性溫度補(bǔ)償；如圖六，霍爾元件的差分輸出端分別通過(guò)相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實(shí)現(xiàn)2n個(gè)霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值。由上可見(jiàn)，1、如圖五，用雙運(yùn)算放大器BA4580組成儀表放大器的前級(jí)和后級(jí)差分放大器，儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級(jí)完成，后級(jí)差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍，消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對(duì)放大倍數(shù)的影響；當(dāng)從霍爾元件的輸入端引出電壓對(duì)傳感器的零點(diǎn)電壓進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100時(shí)，幾近實(shí)現(xiàn)了對(duì)霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂的全溫區(qū)溫度跟蹤補(bǔ)償；RC濾波器的電阻位于輸出放大器負(fù)反饋之內(nèi)，消除了在驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載時(shí)RC濾波器電阻上的電壓降對(duì)輸出幅度的影響。2、霍爾元件HG302A在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負(fù)值，同一極性每相差0.5mV為一檔進(jìn)行分檔；對(duì)于2n個(gè)霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對(duì)，在同一電源電壓的鏡像恒流源組下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝，使霍爾元件的失調(diào)電壓因極性相反的一一配對(duì)而幾近消除。3、如圖一，分子束外延型霍爾元件的輸出電壓的溫度特性幾近線性負(fù)溫度系數(shù)，因而如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源LM234、二極管、電阻R1及R2和R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負(fù)溫度系數(shù)幾近相同，與三極管Tr1、Tr3…Tr2n-1組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2、Tr4…Tr2n組成負(fù)鏡像恒流源組組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)2n個(gè)霍爾元件的靈敏度溫漂進(jìn)行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補(bǔ)償。圖7為用并聯(lián)型電壓基準(zhǔn)AZ432、三極管、二極管、電阻等組成線性可變溫度系數(shù)恒流源。4、霍爾元件的差分輸出端分別通過(guò)相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實(shí)現(xiàn)2n個(gè)霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值，此時(shí)2n個(gè)霍爾元件的失調(diào)電壓及溫度漂移、噪聲電壓等均按倍下降，使傳感器的溫度特性更穩(wěn)定、測(cè)量下限更低。同時(shí)因RL＞100RO，消除了不同霍爾元件因其內(nèi)阻不同特別是2n個(gè)霍爾元件在正、負(fù)鏡像恒流源組供電條件下而產(chǎn)生的短路效應(yīng)。5、采用發(fā)明人申請(qǐng)的另一專利--穿芯式高精度霍爾開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器用同軸雙環(huán)路磁芯結(jié)構(gòu)組件與圖六所示的電路配合，穿芯式高精度霍爾開(kāi)環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測(cè)量精度達(dá)到0.2％FS以內(nèi)，零點(diǎn)溫漂達(dá)到50ppm/℃～200ppm/℃，工作溫區(qū)達(dá)到-40～85℃。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在具體實(shí)施方式以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。