[发明专利]一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器

说明书

一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器，两个几何尺寸一样、开口气隙厚度不一样的磁环作为传感器的磁芯，两个特性完全一致的霍尔芯片分别放入两个磁环开口气隙处，两个霍尔芯片输出分别接入低温漂差分放大器的正、负输入端，构成双磁芯低温漂霍尔电流传感器。利用减法器将两个霍尔芯片输出电压相减，得到两者电压之差，并用放大器对此电压差进行放大，得到与待测电流呈正比的电压输出。本发明一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器，在不需要温度补偿电路的情况下，能够明显改善开环霍尔电流传感器温度漂移，提高灵敏度和精度。

技术领域

本发明涉及一种霍尔电流传感器，具体是一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器。

背景技术

开环霍尔电流传感器因其结构简单、低成本、低功耗、良好精度、测交直流、不需要和原电路相接触，能实现mA～kA量程的在线监测等特点，广泛的应用于工业级大电流测量(200A以上)。

开环霍尔电流传感器的性能取决于霍尔器件和提供聚磁效应的磁环，霍尔器件作为一种半导体器件，其零点和灵敏度会随着温度的变化而产生漂移，除此之外，由于磁环是软磁材料，其磁磁导率也会随着温度的上升而大幅度降低，从而导致聚磁效应的降低，上述两个原因影响了开环霍尔电流传感器的温度稳定性及电流测量精度。现有部分高精度霍尔器件内部已经集成了温度补偿电路，能够满足工业级温度要求，如DS-CC6501，其正常工作温度为-40℃～120℃，在将其用于霍尔电流传感器设计后不会对电流测量产生影响，因此，开环霍尔电流传感器的温度漂移主要由磁环产生。现有解决方案主要有两大类：一类是通过温度补偿来消除温漂问题；另一类是通过增加一个反馈线圈构成闭环霍尔电流传感器。温度补偿方案主要分为两种，一种是硬件补偿法，需要预先知道磁芯材料、霍尔器件和温度三者的关系，但是三者之间的关系复杂，简单的线性或非线性电路难以实现全量程范围内温度补偿需求，此外补偿电路硬件结构复杂，增加了传感器成本。另一种是软件补偿，但是需要借助处理器来完成，额外的增加了系统复杂度。闭环霍尔电流传感器因为其闭环结构较开环霍尔电流传感器而言，在精度，温漂上有一定优势，但是当测量200A以上大电流时候，闭环霍尔电流传感器受制于电流传感器的体积、工艺复杂性、成本、功耗等，不利于工业级大电流的在线监测。

发明内容

为了降低开环霍尔电流传感器的温漂，克服现有技术的不足，本发明提供一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器，在不需要温度补偿电路的情况下，能够明显改善开环霍尔电流传感器温度漂移，提高灵敏度和精度。

本发明采取的技术方案为：

一种双磁芯低温漂霍尔电流传感器，两个几何尺寸一样、开口气隙厚度不一样的磁环作为传感器的磁芯，两个特性完全一致的霍尔芯片分别放入两个磁环开口气隙处，两个霍尔芯片输出分别接入低温漂差分放大器的正、负输入端，构成双磁芯低温漂霍尔电流传感器。

利用减法器将两个霍尔芯片输出电压相减，得到两者电压之差，并用放大器对此电压差进行放大，得到与待测电流呈正比的电压输出。

本发明霍尔电流传感器原理为图1所示，当被测电流I_P通过传感器磁芯时，导线周围产生的磁场由磁芯C₁和C2的聚磁作用，使霍尔芯片DS-CC6501上方各产生一个磁场H，这里因为磁芯的气隙宽度不一样，所以两个霍尔芯片对应的磁感应强度B不一样，从而两个霍尔芯片输出电压不一样，经过一个减法器后，输出电压U_o为两个霍尔芯片产生的电压差在经过同相比例放大器之后的电压。

所述双磁芯霍尔电流传感器具体通过三个部分实现，其分别为用于提供两个霍尔器件所需不同磁感应强度的双磁芯磁路、用于将两个霍尔器件产生电压相减的减法器电路、用于达到所诉传感器目标增益的同相比例放大电路。

所述用于提供两个霍尔器件所需不同磁感应强度的双磁芯磁路，具体由两个相同磁环开不同气隙所构成的双磁芯。