[发明专利]一种霍尔传感电路

说明书

本发明属于测量领域公开了一种霍尔传感电路包括霍尔传感器；与所述霍尔传感器连接的旋转开关电路，旋转开关电路周期性地激励霍尔传感器中的两个端口，同时接收所述另两个端口的输出信号；所述旋转开关电路同时将霍尔开关的输出电压输出给文波消除斩波放大器；所述文波消除斩波放大器和旋转开关电路使用同步时钟信号发生器作为时钟信号源。上述技术方案实现了高带宽，响应速度快，测量精度高，噪声小，失调电压小。

技术领域

本发明属于测量领域，特别涉及使用对霍尔传感电路的改进。

背景技术

电流监测广泛应用于大功率电路系统中，例如电机或负载控制、逆变电路、功率因数校正及功率监控系统等等。在这些系统中需要监测几安培到几百甚至千、万安培的电流，传统串联电阻监测电阻上电压的电流监测方法会带来很大的能量损耗。

通常使用霍尔传感器对大电流系统进行监测。根据电流的磁效应，通有电流的导线会在周围形成一个与电流成比例的磁场，通过霍尔效应可检测到磁场大小进而监控导线中电流大小，这类基于电磁效应的电流监测系统广泛应用于大功率电路系统。霍尔传感器是其中磁传感器中的重要组成部分。霍尔传感器相对其他磁传感器具有线性度高，一致性好的特点，但其灵敏度一般，失调电压相对感应信号大，严重限制了霍尔传感器的测量精度。

降低霍尔传感器失调电压对测量的影响的方法主要分为两类，静态方法和动态方法。静态方法采用多个霍尔传感器并联的方式使它们的失调电压相互抵消，但效果一般，该方法还是残留了与感应信号幅度接近的失调电压。动态方法可以将霍尔传感器失调电压调制到高频，变为叠加在信号上的一个高频纹波，仍然需要采用一些方法去消除这个纹波(Ripple)。

动态方法按照对文波信号的处理方法不同分为两种。常用的方法主要有两种方案，第一种采用低通滤波器滤除，第二种采用基于采样的陷波器去除。

参照图1和图2使用低通滤波器LPF方案,动态方法采用旋转开关电路104通过时钟CLK/CLKN或周期性旋转激励霍尔传感器102四个端口中的两个，并相对应地对另外两个端口进行电压检测。激励端口通过CLK时钟信号驱动，输出端口使用CLK时钟反相信号CLKN驱动。

输出波形Vo1中包含两部分。第一部分为霍尔感应出的信号电压Vh，另一部分为Hall被调制后的失调电压Vos转换为高频信号,其表现为一个在旋转频率处的方波，霍尔传感器有效信号频率不变Vh。Vo1被后级的低失调放大器106(Low Offset Amp)放大后输出Vo2,Vo2给后级低通滤波器(LPF)滤波后输出(通过VOP/VON端口)。低通滤波器(LPF)108将调制后的失调电压滤波消除并保留信号Vo3。

为了将Vos带来的纹波抑制干净，需要使LPF的带宽远小于旋转频率，这个限制了信号带宽，同时使得信号通路的响应速度变慢，响应时间长。为了更好地抑制纹波，需要二阶或者高阶低通滤波器，这个更加恶化了响应速度。

参照图3使用低通滤波器采用陷波器(Notch Filter,NF)110的方案。与低通滤波器的不同是采用陷波器而不是低通滤波器来滤除纹波，陷波器滤除纹波效率远高于低通滤波器。

陷波器滤波器110效果与陷波频率点有关，当陷波频率和SPIN Freq完全相同时，可有效地滤除纹波，如果两个频率有差值，滤波效果会大大降低。所以陷波器一般都使用开关电容采样的方法实现，将采样频率与SPIN Freq同步，可使陷波频率和SPIN Freq完全相同。但开关电容采样会使得噪声混叠，恶化带内噪声，并且会限制响应时间，输出要在采样时钟翻转时才会变化，响应时间受限于采样频率，响应速度慢。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明目的在于实现一种去除纹波的同时不限制响应速度、不混叠噪声、低失调电压、低噪声、并且响应速度快的霍尔传感器电路。

本发明霍尔传感电路，包括：霍尔传感器；