本實用新型涉及霍爾電流傳感器電子線路領域，尤其涉及一種開環(huán)型霍爾電流傳感器的電子線路。

背景技術：

霍爾電流傳感器是一種新型的電流傳感器，具有靈敏度高、功耗低、電隔離、性價比高、使用方便等特點，被廣泛用于各種變流技術、交流數(shù)控裝置等以電流作測量和監(jiān)控對象的自控領域中。

霍爾電流傳感器通常有開環(huán)、閉環(huán)兩種工作模式，開環(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?shù)姆糯箅娐方M成，在這里霍爾元件直接檢測待測電流在磁芯氣隙中的磁感應強度，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、退火等工藝過程中易出現(xiàn)不均勻、層錯或位錯等缺陷；分子束外延型霍爾元件因其分子束外延的工藝過程是物理過程，產(chǎn)生不均勻、層錯或位錯等缺陷的幾率要小得多，因此我們選擇分子束外延型GaAs霍爾元件，其相關特性如圖1所示。

從圖1可知，圖2中霍爾元件的失調(diào)電壓隨著工作電流遞增而線性遞增，說明產(chǎn)生失調(diào)電壓成因是純電阻性的，霍爾元件的等效圖如圖3所示；從圖1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，可以用線性溫度補償方式進行補償。

國內(nèi)外開環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路如圖4，這種電路存在以下問題：

1、從差分放大器輸入看，霍爾元件的輸出電阻R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+R)＝R7/(R5+R)，且R隨著溫度升高而遞增，而AV是非線性遞減，無法進行全溫區(qū)線性跟蹤補償；

2、利用Tr1、Tr2的PN結(jié)電壓的溫度特性對霍爾元件的靈敏度溫漂進行跟蹤補償；而電流傳感器的輸出幅度調(diào)節(jié)是通過調(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行跟蹤補償之間同時兼顧。

3、從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，因此不可能在零點 電壓進行比例調(diào)節(jié)和霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂進行跟蹤補償之間同時兼顧。

4、放大器的輸出端T型網(wǎng)絡在驅(qū)動較大負載時，傳感器的輸出電壓會因T型網(wǎng)絡中電阻上的壓降而引起衰減。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種測量更加精準的用于開環(huán)型霍爾電流傳感器的電子電路。

實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案是：一種用于開環(huán)型霍爾電流傳感器的電子電路，包括由雙運算放大器之一組成的同相放大器、雙運算放大器的另一個運算放大器將霍爾元件的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出、一個或2n個并聯(lián)的霍爾元件和線性正溫度系數(shù)恒流源，霍爾元件的一個輸入端與線性正溫度系數(shù)恒流源相連接；霍爾元件的單端輸出與雙運算放大器中之一組成的同相放大器的輸入端相連接，霍爾元件的輸出電阻成為同相放大器的輸入平衡電阻；從霍爾元件的輸入端上引出一個電壓對整個電路的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)；RC濾波器的電阻位于同相放大器負反饋之內(nèi)；線性正溫度系數(shù)恒流源，包括一個PNP、NPN互補對管、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和可調(diào)電壓基準,NPN三極管的發(fā)射極和可調(diào)電壓基準的參考端相連后與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端連接可調(diào)電壓基準的陰極端；可調(diào)電壓基準的陽極端與NPN三極管的基極連接后與PNP三級管的集電極相連；NPN三極管的集電極與PNP三極管的基極連接后與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端連接到正電源；PNP三極管的發(fā)射極與電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與電阻R3的一端串聯(lián)，電阻R3的另一端與正電源相連。

作為本實用新型的優(yōu)化方案，2n個并聯(lián)的霍爾元件沿著環(huán)形磁芯同一朝向排列。

本實用新型具有積極的效果：1)本實用新型霍爾元件的內(nèi)阻成為雙運算放大器中的另一個運算放大器的輸入平衡電阻，有效的消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對雙運算放大器放大倍數(shù)的影響；

2)本實用新型通過使用線性正溫度系數(shù)恒流源實現(xiàn)了對一個或2n個霍爾元件的靈敏度負溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償；

3)本實用新型將2n個霍爾元件并聯(lián)，大大的提高了開環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測量精度，拓展了開環(huán)型霍爾電流傳感器的應用領域。

附圖說明

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明：

圖1為分子束外延型GaAs霍爾元件的輸出電壓特性及失調(diào)電壓特性圖；

圖2為GaAs霍爾元件的電路原理圖；

圖3為GaAs霍爾元件的等效電路圖；

圖4為國內(nèi)外開環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路圖；

圖5為帶微調(diào)電位器的開環(huán)型霍爾電流傳感器的電路圖；

圖6為帶激光微調(diào)電阻的開環(huán)型霍爾電流傳感器的電路圖；

圖7為2n個霍爾元件并聯(lián)的開環(huán)型霍爾電流傳感器的電路圖；

圖8為線性正溫度系數(shù)恒流源的電路圖；

圖9為線性正溫度系數(shù)恒流源的實測溫度曲線圖；

圖10為100A的開環(huán)型霍爾電流傳感器的實測溫度曲線圖。

具體實施方式

如圖5-7所示，本實用新型公開了一種用于開環(huán)型霍爾電流傳感器的電子電路，包括由雙運算放大器之一組成的同相放大器、雙運算放大器的另一個運算放大器將霍爾元件的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出、一個或2n個并聯(lián)的霍爾元件和線性正溫度系數(shù)恒流源，霍爾元件的一個輸入端與線性正溫度系數(shù)恒流源相連接；霍爾元件的單端輸出與雙運算放大器中之一組成的同相放大器的輸入端相連接，霍爾元件的輸出電阻成為同相放大器的輸入平衡電阻；從霍爾元件的輸入端上引出一個電壓對整個電路的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)；RC濾波器的電阻位于同相放大器負反饋之內(nèi)。其中，利用雙運算放大器的兩個輸入電壓相同的特性將霍爾元件的差分輸出轉(zhuǎn)換為霍爾元件的單端輸出，霍爾元件的單端輸出直接接入雙運算放大器中的另一個運算放大器的輸入端，霍爾元件的內(nèi)阻成為雙運算放大器中的另一個運算放大器的輸入平衡電阻，有效的消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對雙運算放大器放大倍數(shù)的影響。從霍爾元件的輸入端引出電壓對開環(huán)型霍爾電流傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R8/R7<3/100時，實現(xiàn)了霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂的全溫區(qū)溫度跟蹤補償，將雙運算放大器中的另一個運算放大器即同相放大器的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)由反相輸入電阻R10和RW2完成，負反 饋電阻R11,C4、C5和C6避免了放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)時對同相放大器的響應時間的影響，整個霍爾電流傳感器驅(qū)動大容性負載時不會產(chǎn)生高頻振蕩現(xiàn)象。RC濾波器的電阻R12位于雙運算放大器的負反饋之內(nèi)，消除了驅(qū)動大負載時RC濾波器電阻上的電壓降對輸出幅度的影響。

如圖8所示，線性正溫度系數(shù)恒流源，包括一個PNP、NPN互補對管、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和可調(diào)電壓基準組成,NPN三極管的發(fā)射極和可調(diào)電壓基準的參考端相連后與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端連接可調(diào)電壓基準的陰極端；可調(diào)電壓基準的陽極端與NPN三極管的基極連接后與PNP三級管的集電極相連；NPN三極管的集電極與PNP三極管的基極連接后與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端連接到正電源；PNP三極管的發(fā)射極與電阻R4的一端相連，電阻R4的另一端與電阻R3的一端串聯(lián)，電阻R3的另一端與正電源相連。通過調(diào)節(jié)線性正溫度系數(shù)恒流源的線性正溫度系數(shù)與霍爾元件輸出電壓的線性溫度系數(shù)相同，實現(xiàn)了對一個或者2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償。線性正溫度系數(shù)恒流源的實測溫度曲線如圖9所示，100A的開環(huán)型電流傳感器實測溫度曲線如圖10所示，可見，線性正溫度系數(shù)恒流源的線性正溫度系數(shù)與霍爾元件輸出電壓的線性負溫度系數(shù)幾近相同，實現(xiàn)了對霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償。

2n個并聯(lián)的霍爾元件沿著環(huán)形磁芯同一朝向排列。對霍爾元件在IC＝5mA的條件下，根據(jù)失調(diào)電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一線性正溫度系數(shù)恒流源驅(qū)動下沿著環(huán)形磁芯的同一朝向排列安裝，使霍爾元件的失調(diào)電壓因極性相反的一一配對消除，此時，霍爾電流傳感器的零點電壓大小范圍很小，調(diào)節(jié)時更省時，生產(chǎn)效率也更高。其中，零點、幅度的微調(diào)電位器改為激光微調(diào)電阻時，即，R5、R6和R10由微調(diào)電位器改為激光微調(diào)電阻，使得整個霍爾電流傳感器生產(chǎn)時實現(xiàn)了全自動流水生產(chǎn)。

2n個霍爾元件進行并聯(lián)，實現(xiàn)了2n個霍爾元件的輸出求算術平均值，此時2n個霍爾元件的失調(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、測量下限更低。使得開環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測量精度達到0.5％FS以內(nèi)，零點、幅度的溫漂達到20ppm/℃～50ppm/℃，工作溫區(qū)達到-40～105℃，大大地提高了開環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測量精度，拓展了開環(huán)型霍爾電流傳感器的應用領域。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細 說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。