[发明专利]用于采用霍尔传感器测量电流或磁场的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用至少一个以自旋电流技术工作的霍尔传感器的测量电流或磁场的方法和装置，其中，采用模数转换器将来自霍尔传感器的传感器信号转换成数字信号，在第一时间段上针对每一自旋电流相位从所述模数转换器读取所述数字信号并对其进行组合，以获得第一样本，并且将自旋电流周期的各个自旋电流相位的第一样本相加，以形成电流或磁场的自旋电流测量值。

背景技术

电气传动当中的电流测量长久以来一直由分流电阻器占据着主导地位。这些分流电阻器通常易于使用，尺寸小，并且允许进行快速信号分析。但是，如果(例如)在承载电流的导体一定不能或者无法断开连接，或者可能在系统当中发生大到足以使分路损毁或损坏的电流的情况下想要实施电隔离测量就不能采用分流电阻器了。在这些情况下，建议采用基于霍尔传感器的磁测量方法来测量电流。通常采用的霍尔传感器系统是具有用于增强磁通量的可磁化芯的电流转换器模块。因此，在反馈回路系统当中获得了相当高的测量精度和测量带宽。但是，就这一解决方案而言，体积和成本相对较高，因为根据尺寸需要大量的磁活性材料。

为了降低体积和成本，希望采用没有磁芯的磁场传感器。但是采用没有磁芯的霍尔传感器测量电流的主要问题在于存在相对于信号幅值的相对较高的传感器偏移。几乎在每种霍尔传感器系统当中都实施所谓的自旋电流原理来抑制所述偏移。对于每一测量而言，在一个或多个时间上对霍尔元件或霍尔传感器内的工作电流的方向连同信号输出连接(霍尔接触)进行切换。由不同自旋电流相位(通常为两个或四个)内的各测量形成累积值，其偏移量显著低于各相位内的偏移量。但是，由于在各相位之间的切换期间发生的瞬时振荡过程以及所要求的读数的精度，自旋电流原理的使用限制了能够实现的测量频率。

在现代化的电气传动中，采用以时钟控制模式工作的高精确度动态转换器来控制电动机。为了转换器电压和电流的精确度调节，需要对这些参数进行高度精确的低噪声测量。具有用于模数转换的ΔΣ调制器(ΔΣM)的用于电流测量的霍尔传感器系统将理想地适用于这一目的的实现，其前提是它们要与转换器同步工作。在这种情况下，可以对转换器计时器的各个整周期进行积分，从而得到非常精确的读数。所述时钟频率通常处于几kHz到大约20kHz的范围内，这完全处于自旋电流方法的可能范围内。A.Kerlain 等人的“Hybrid Hall microsystem for high dynamic range/large bandwidth magnetometry applications”,IEEE SENSORS 2008 Conference,page 1044 to1047示出了这样的霍尔传感器系统的例子。

但是，在实践当中仍然必须在非常短的间隔内检测短路电流，从而使半导体开关不会因短路而热过载并由此受到损坏或损毁。为了实现这一目的，需要具有10μs的最大持续时间的测量周期。对于根据自旋电流原理工作的当前已知的霍尔传感器系统而言，如果要同时提供用于调节的精确测量，那么这些短测量时间是不切实际的。相对于实际信号检测时间而言，自旋电流相位切换之后的调整时间所占比例将变得如此之大，从而使得信号质量因噪声原因而显著降低。因此，为了获得同时的快速测量，当前需要一种并行的双重系统，但是这将显著增加测量电流的劳动和成本。

本发明的目的在于提出一种用于采用至少一个霍尔传感器测量电流或磁场的方法和设备，其能够以少量的劳动实现对电流或磁场的精确、快速的测量。

发明内容

这一目的是采用根据权利要求1和7所述的方法和设备实现的。所述方法和设备的有利配置形成了从属权利要求的主题，或者能够从下述说明连同示范性实施例中推断出所述方法和设备的有利配置。