电流传感器是一种应用十分广泛的电子组件， 它被广泛应用于各种变流技 术、 交流数控装置等以电流作为控制对象的自控领 域中。

对电流的非接触测量和监控方法很多，霍尔电 流传感器因其优异的性价比 被广泛应用而形成产业化； 霍尔电流传感器通常有开环、 闭环两种工作模式， 开坏 ¾! ¾尔电流传感器由用软磁材料制成带气隙的环� ��磁芯、 霍尔元件及适 当的放大电路组成， 在这里霍尔元件直接检测待测电流在磁芯气隙 中的磁感 应强度， 其灵敏度适中， 温度稳定性是最重要因素， 一般选 GaAs材料制作的 离子注入型或分子束外延型霍尔元件， 而离子注入型霍尔元件因其离子注入、 退火等工艺过程中易出现不均匀、 层错或位错等缺陷； 分子束外延型霍尔元 件因其分子束外延的工艺过程是物理过程， 产生不均匀、 层错或位错等缺陷 的几率要小得多， 因此我们选择分子束外延型霍尔元件， 其相关特性如图一 所示。

从图一可知， 霍尔元件的失调电压随着工作电流递增而线性 递增， 说明 产生失调电压成因是电阻性的， 其等效图如图三所示； 从图一可知， 霍尔元 件的输出电压随着工作温度递增几近线性递减 ， 可以用线性温度补偿方式进

I ！！

行补偿。

国内外开环型霍尔电流传感器电子线路图如图 四， 这种电路存在以下问 题：

1、 从差分放大器输入看， 霍尔元件的输出电阻 Ro成为放大器输入阻抗的 一部分， )=R7/ (R5+RO) 且 RG随着温度升高而递增，而 AV是非线性递减， 无法进行完全温度跟踪补偿。

2、 利用 Trl、 Tr2的 PN结电压的温度特性对霍尔元件的灵敏度温漂� ��行跟 踪补偿； 而电流传感器的输出幅度调节是通过调节霍尔 元件的工作电流完成， 因此不可能在输出幅度和霍尔元件的灵敏度温 漂进行跟踪补偿之间二者兼 顾。

3、 从霍尔元件的输入端引出电压对传感器的零点 电压进行比例调节， 因 此不可能在零点电压进行比例调节和霍尔元件 的失调电压温漂进行跟踪补偿 之间二者兼顾。

4、 放大器的输出端 T型网络在驱动较大负载时， 传感器的输出电压会因 T 型网络中电阻上的压降而引起衰减。

发明内容

了解决上述技术问题， 本发明的目的在于提供一种结构简单、 低成本 而测量更加精确的高精度开环型霍尔电流传感 器用电子线路。 本发明的完整技术方案是， 一种穿芯式高精度开环型霍尔电流传感器用 电子线各， 包括一个仪表放大器和 2n个霍尔元件， 2n个霍尔元件分别用 n个 带灵 度温漂线性温度补偿电路的正、 负镜像恒流源组驱动， 从霍尔元件的 输入端上引出一个电压对电流传感器零点电压 进行比例调节和温度跟踪补 偿；

霍尔元件的差分输出端分别通过相同的电阻连 接到仪表放大器的同相 端、 反相端， 实现 2η个霍尔元件的差分输出求算术平均值；

霍尔元件根据其失调电压的正、 负值分档， 同一档而极性相反的——配 对， 沿着环形磁芯同一朝向安装；

RC滤波器的电阻位于输出放大器负反馈之内。

用线性正温度系数恒流源或电压源、 二极管、 电阻 Rl、 R2、 R3组合成可 变线性正溫度系数的恒流源， 其线性正温度系数如果与霍尔元件的输出电压 的线 负温度系数几近相同， 在与三极管 Trl ...Trl (2n-l)组成正向镜像恒流 源组， 与三极管 Tr2...Tr2 (2n)组成负向镜像恒流源组组合， 实现了对 ² n个霍 尔元件的灵敏度温漂进行全温区线性温度跟踪 补偿。

霍尔元件在 IC=5mA的条件下， 根据其失调电压的正、 负值， 同一极性每 相差 0. 5mV为一档进行分档； 对于 2n个霍尔元件， 根据其失调电压值为同一 档而极性相反的——配对， 在同一电源电压的 4 像恒流源组驱动下沿着环形 磁芯同一朝向安装。

由上可见， 本发明与现在技术相比有如下有益效果：

I如图五， 用双运算放大器组成仪表放大器的前级和后级 差分放大器， 仪表放大器的放大倍数及放大倍数的调节主要 由前级完成， 后级差分放大器 的放大倍数为 1 ~ 5倍， 消除了霍尔元件输出电阻的温漂对放大倍数的 影响； 当从霍尔元件的输入端引出电压对传感器的零 点电压进行比例调节， 调节比 例为 R5 /R8 < 1 / 100时， 几近实现了对霍尔元件的失调电压温漂的全温 区温度 跟踪补偿； RC滤波器的电阻位于输出放大器负反馈之内， 消除了在驱动较大 负载时 R C滤波器电阻上的电压降对输出幅度的影响。

2、 霍尔元件在 IC=5mA 的条件下， 才艮据其失调电压的正、 负值， 同一极 性每相差 ϋ. 5mV为一档进行分档； 对于 2n个霍尔元件， 才艮据其失调电压值为 同一档而极性相反的——配对， 在同一电源电压的镜像恒流源组下沿着环形 磁芯司一朝向安装， 使霍尔元件的失调电压因极性相反的——配对 而几近消 除。

3、 如图一， 分子束外延型霍尔元件的输出电压的温度特性 几近线性负温 度系数， 因而如图六， 用线性正温度系数恒流源或电压源、 二极管、 电阻 Rl、 R2、 R3组合成可变线性正温度系数的恒流源， 其线性正温度系数如果与霍尔 元件的输出电压的线性负温度系数几近相同， 在与三极管 Tr l . ..Tr l (2n-l 成正向镜像恒流源组， 与三极管 Tr 2. ..Tr2 (2n)组成负向镜像恒流源组组合， 实现了对 2n个霍尔元件的灵敏度温漂进行全温区线性温� ��跟踪补偿。

、 霍尔元件的差分输出端分别通过相同的电阻 RL， RL〉100Ro (霍尔元 件的输出内阻）， 连接到仪表放大器的同相端、 反相端， 实现 2n个霍尔元件 的差分输出求算术平均值， 此时 2n个霍尔元件的失调电压及温度漂移、 噪声 电压等均按 ]. / ² "倍下降， 使传感器的温度特性更稳定、 测量下限更低。 同 时因 RL > 100R，消除了不同霍尔元件因其内阻不同特别� � 2n个霍尔元件在正、

5、 采用发明人申请的另一专利一穿芯式高精度霍 尔开环型霍尔电流传感 器用同轴双环路磁芯结构组件与图六所示的电 路配合， 穿芯式高精度霍尔开 环型 尔电流传感器的电流测量精度达到 0. 2%FS以内，零点温漂达到 50 ppm/ ° C ~ 2Ό0 ppm/° C, 工作温区达到 -40 ~ 85。 C。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步 理解， 构成本申请的一部 分， 并不构成对本发明的不当限定， 在附图中：

图 1 、 分子束外延型霍尔元件的输出电压特性及失调 电压特性； 图 2 、 霍尔元件；

图 3 、 霍尔元件的等效图；

图 4 、 国外开环型霍尔电流传感器电子线路图；

图 5 、 穿芯式高精度开环型霍尔电流传感器用电路框 图；

图 6 、 穿芯式高精度开环型霍尔电流传感器用电路图 ；

. ¾ 用电压源、 二极管、 电阻组成线性可变温度系数恒流源。

真体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本 发明， 在此本发明的示意 性实施例以及说明用来解释本发明， 但并不作为对本发明的限定。 实施例：

本实施例一种穿芯式高精度开环型霍尔电流传 感器用电子线路， 如图五， 用双运算放大器 4580组成仪表放大器的前级和后级差分放大器� � 仪表放大 器的放大倍数及放大倍数的调节主要由前级完 成， 后级差分放大器的放大倍 数为 ~ 5倍； 从裳尔元件的输入端引出电压对传感器的零点 电压进行比例调 节， 调 比例为 R5/R8<1/100; 如图六， 霍尔元件 HG302A在 I05mA的条件 下， t ^其失调电压的正、 负值， 同一极性每相差 0.5mV 为一档进行分档； 对于 2n个霍尔元件， 根据其失调电压值为同一档而极性相反的—— 配对， 在 同一电源电压的镜像恒流源组驱动下沿着环形 磁芯同一朝向安装； 如图六， 用线性正温度系数恒流源 LM234、 二极管、 电阻 R1及 R2和 R3组合成可变温 度系数的恒流源， 与三极管 Trl...Trl(2n- 1)组成正向镜像恒流源组， 与三极 管 Tr2...Tr2 (2n)组成负向镜像恒流源组，对 2n个霍尔元件的灵敏度温漂进行 线性温度补偿； 如图六， 霍尔元件的差分输出端分别通过相同的电阻 RL, RL >10f)R。（霍尔元件的输出内阻）， 连接到仪表放大器的同相端、 反相端， 实现 2n个霍尔元件的差分输出求算术平均值。

由上可见， 1、 如图五， 用双运算放大器 BA4580组成仪表放大器的前级 和后及差分放大器， 仪表放大器的放大倍数及放大倍数的调节主要 由前级完 成， ^级差分放大器的放大倍数为 1 5倍， 消除了霍尔元件输出电阻的温漂 对放大倍数的影响； 当从霍尔元件的输入端引出电压对传感器的零 点电压进 行比例调节， 调节比例为 R5/R8<1/100时， 几近实现了对霍尔元件的失调电 压温漂的全温区温度跟踪补偿； RC滤波器的电阻位于输出放大器负反馈之内， 消除了在驱动较大负载时 RC滤波器电阻上的电压降对输出幅度的影响。

1、 霍尔元件 HG302A在 IC=5mA的条件下， 根据其失调电压的正、 负值， 同一极性每相差 0.5niV为一档进行分档； 对于 2n个霍尔元件， ^据其失调电 压值为同一档而极性相反的——配对， 在同一电源电压的镜像恒流源组下沿 着环形磁芯同一朝向安装， 使霍尔元件的失调电压因极性相反的——配对 而 几近 ^肖除。

3, 如图一， 分子束外延型霍尔元件的输出电压的温度特性 几近线性负温 度系数， 因而如图六， 用线性正温度系数恒流源 LM234、 二极管、 电阻 R1及 R2和 R3组合成可变线性正温度系数的恒流源，其线� ��正温度系数如果与霍尔 元件的输出电压的线性负温度系数几近相同， 在与三极管 Trl...Trl (2n-l)组 成正向镜像恒流源组， 与三极管 Tr2...Tr2(2n)组成负向镜像恒流源组组合， 实现 对 2n个霍尔元件的灵敏度温漂进行全温区线性温� ��跟踪补偿。

图 7为用并联型电压基准 AZ432、 三极管、 二极管、 电阻等组成线性可变 温度系数恒流源。

. i霍尔元件的差分输出端分别通过相同的电阻 RL， RL〉100Ro (霍尔元 件的输出内阻）， 连接到仪表放大器的同相端、 反相端， 实现 2n个霍尔元件 的差分输出求算术平均值， 此时 2n个霍尔元件的失调电压及温度漂移、 噪声 电压等均按^ ^倍下降， 使传感器的温度特性更稳定、 测量下限更低。 同 时因 RL> lOORo, 消除了不同霍尔元件因其内阻不同特别是 2n个霍尔元件在 正、 负向镜像恒流源组供电奈件下而产生的短路效 应。

5、 采用发明人申请的另一专利一穿芯式高精度霍 尔开环型霍尔电流传感 器用同轴双环路磁芯结构组件与图六所示的电 路配合， 穿芯式高精度霍尔开 环型 尔电流传感器的电流测量精度达到 0.2%FS以内 ,零点温漂达到 50 ppm/ 。C~^0(S ppm/°C, 工作温区达到 -40 ~ 85° C。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了 详细介绍， 本文中应用了 明只适用于帮助理解本发明实施例的原理； 同时， 对于本领域的一般技术人 员， 依据本发明实施例， 在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之 处， 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。