[发明专利]一种闭环型霍尔电流传感器

说明书

本发明公开一种闭环型霍尔电流传感器，包括霍尔输入电路，输出表征被测电流方向的第一电压信号；闭环控制电路，包括采样电阻R1、第一充磁电路、第一续流电路、第二充磁电路和第二续流电路；微控制器，接收第一电压信号，采集采样电阻R1两端电压信号，获得表征被测电流大小与方向的第二电压信号，并依据第一电压信号的方向与第二电压信号的方向，控制闭环控制电路工作，使得第一充磁电路和第一续流电路交替工作或者第二充磁电路和第二续流电路交替工作，实现铁芯中的磁通动态平衡，还依据第二电压信号输出表征被测电流大小与方向的第三电压信号，作为闭环型霍尔电流传感器的信号输出。本发明适用于单端直流供电场合。

技术领域

本发明专利涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种闭环型霍尔电流传感器。

背景技术

电流传感器，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电流传感器广泛应用于新能源、智能交通、工业控制、智能电网等领域。其中采用非接触式测量的霍尔电流传感器，由于其具有电气隔离性能好、测量范围大、精度高、性价比优异等优势，被得到了广泛的研究和应用。

霍尔电流传感器通常有开环、闭环两种工作模式，闭环型霍尔电流传感器由用软磁材料制成的铁芯、霍尔元件、运算放大器、次级线圈及适当的功率放大电路组成，图1为现有公知的闭环型霍尔电流传感器电路简化版的原理框图，本申请将图1中的铁芯、霍尔元件、运放与绕制在铁芯上的线圈称为霍尔输入电路。

闭环型霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理工作，初级电流I(即被测电流)产生的磁通被集中在铁芯中，绕在铁芯上的次级线圈L1流过一个反向的补偿电流，产生用于抵消初级电流I的磁通，使得铁芯中磁通始终保持为零，即达到磁平衡，从而使得铁芯气隙中的霍尔元件处于检测零磁通的工作状态，一旦初级电流I发生变化，磁通失去平衡，次级线圈L1就会改变其中所流过的电流(称为补偿电流)对失衡的磁通进行补偿，因此补偿电流能精确反应初级电流I。

通常情况下，霍尔闭环电流传感器需+12V～﹢24V及-12V～-24V的双端直流电压供电，以保证双向输入时更宽的电流检测范围，该供电要求与其控制系统的供电(5V或者3.3V单端直流供电)不能兼容，而随着应用系统向集成化、模块化的趋势发展，对霍尔电流闭环传感器与其控制系统共用供电的需求越来越多。

发明内容

本申请的发明人通过研究发现，图1所示现有公知的霍尔闭环电流传感器电路检测正向电流时，电流流动方向依次为正压供电端、次级线圈、信号输出、传感器地；检测负向电流时，电流流动方向依次为传感器地、信号输出、次级线圈、负压供电端，这样要实现单端直流供电时存在如下问题：

将公知霍尔闭环电流传感器电路的负压供电端调整为传感器地，当需要检测正向电流时，电流流动方向依次为正压供电端、次级线圈，信号输出、传感器地，但检测负向电流时，电流无电气通路，无法产生补偿磁通来表征被测量电流的大小。

有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种闭环型霍尔电流传感器，能适用于单端直流供电场合，使得闭环型霍尔电流传感器与其控制系统的供电能够兼容。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种闭环型霍尔电流传感器的具体实施方式，包括：

霍尔输入电路，所述的霍尔输入电路包括铁芯、次级线圈、霍尔元件与运放，所述的次级线圈绕制于所述的铁芯上，所述的霍尔元件设置于所述的铁芯的气隙中，所述的运放的输入端连接所述的霍尔元件的输出端，所述的运放的输出端输出表征被测电流方向的第一电压信号；

采样电阻R1，所述的采样电阻R1与所述的次级线圈串联后组成两端子网络；

闭环控制电路，包括第一充磁电路、第一续流电路、第二充磁电路和第二续流电路；