本發(fā)明涉及霍爾電流傳感器用電子線路領(lǐng)域，尤其涉及一種穿芯式高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路。

背景技術(shù)：
電流傳感器是一種應(yīng)用十分廣泛的電子組件,它被廣泛應(yīng)用于各種變流技術(shù)、交流數(shù)控裝置等以電流作為控制對象的自控領(lǐng)域中。對電流的非接觸測量和監(jiān)控方法很多,霍爾電流傳感器因其優(yōu)異的性價比被廣泛應(yīng)用而形成產(chǎn)業(yè)化；霍爾電流傳感器通常有開環(huán)、閉環(huán)兩種工作模式,開環(huán)型霍爾電流傳感器由用軟磁材料制成帶氣隙的環(huán)形磁芯、霍爾元件及適當?shù)姆糯箅娐方M成，在這里霍爾元件直接檢測待測電流在磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強度，其靈敏度適中，溫度穩(wěn)定性是最重要因素，一般選GaAs材料制作的離子注入型或分子束外延型霍爾元件，而離子注入型霍爾元件因其離子注入、退火等工藝過程中易出現(xiàn)不均勻、層錯或位錯等缺陷；分子束外延型霍爾元件因其分子束外延的工藝過程是物理過程，產(chǎn)生不均勻、層錯或位錯等缺陷的幾率要小得多，因此我們選擇分子束外延型霍爾元件，其相關(guān)特性如圖一所示。從圖一可知，霍爾元件的失調(diào)電壓隨著工作電流遞增而線性遞增，說明產(chǎn)生失調(diào)電壓成因是電阻性的，其等效圖如圖三所示；從圖一可知，霍爾元件的輸出電壓隨著工作溫度遞增幾近線性遞減，可以用線性溫度補償方式進行補償。國內(nèi)外開環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路圖如圖四，這種電路存在以下問題：1、從差分放大器輸入看，霍爾元件的輸出電阻RO成為放大器輸入阻抗的一部分，放大器的放大倍數(shù)由AV＝R6/R4＝R7/R5變成AV＝R6/(R4+RO)＝R7/(R5+RO),且RO隨著溫度升高而遞增,而AV是非線性遞減，無法進行完全溫度跟蹤補償。2、利用Tr1、Tr2的PN結(jié)電壓的溫度特性對霍爾元件的靈敏度溫漂進行跟蹤補償；而電流傳感器的輸出幅度調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)霍爾元件的工作電流完成，因此不可能在輸出幅度和霍爾元件的靈敏度溫漂進行跟蹤補償之間二者兼顧。3、從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，因此不可能在零點電壓進行比例調(diào)節(jié)和霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂進行跟蹤補償之間二者兼顧。4、放大器的輸出端T型網(wǎng)絡(luò)在驅(qū)動較大負載時，傳感器的輸出電壓會因T型網(wǎng)絡(luò)中電阻上的壓降而引起衰減。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、低成本而測量更加精確的高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路。本發(fā)明的完整技術(shù)方案是，一種穿芯式高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路，包括一個儀表放大器和2n個霍爾元件，2n個霍爾元件分別用n個帶靈敏度溫漂線性溫度補償電路的正鏡像恒流源組和n個帶靈敏度溫漂線性溫度補償電路的負鏡像恒流源組驅(qū)動，從霍爾元件的輸入端上引出一個電壓對電流傳感器零點電壓進行比例調(diào)節(jié)和溫度跟蹤補償；每個霍爾元件的差分輸出端的兩個端分別通過相同阻值的電阻連接到儀表放大器的同相端、反相端實現(xiàn)2n個霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值；霍爾元件根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負值分檔，同一檔而極性相反的一一配對，沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝；RC濾波器的電阻位于儀表放大器負反饋之內(nèi)。用線性正溫度系數(shù)恒流源或電壓源、二極管、電阻R1、R2、R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負溫度系數(shù)幾近相同時，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負鏡像恒流源組組合，實現(xiàn)了對2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償。霍爾元件在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一電源電壓的鏡像恒流源組驅(qū)動下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝。由上可見，本發(fā)明與現(xiàn)在技術(shù)相比有如下有益效果：1、如圖五，用雙運算放大器組成儀表放大器的前級和后級差分放大器，儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級完成，后級差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍，消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對放大倍數(shù)的影響；當從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100時，幾近實現(xiàn)了對霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂的全溫區(qū)溫度跟蹤補償；RC濾波器的電阻位于輸出放大器負反饋之內(nèi)，消除了在驅(qū)動較大負載時RC濾波器電阻上的電壓降對輸出幅度的影響。2、霍爾元件在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一電源電壓的鏡像恒流源組下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝，使霍爾元件的失調(diào)電壓因極性相反的一一配對而幾近消除。3、如圖一，分子束外延型霍爾元件的輸出電壓的溫度特性幾近線性負溫度系數(shù)，因而如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源或電壓源、二極管、電阻R1、R2、R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負溫度系數(shù)幾近相同時，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負鏡像恒流源組組合，實現(xiàn)了對2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償。4、霍爾元件的差分輸出端分別通過相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實現(xiàn)2n個霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值，此時2n個霍爾元件的失調(diào)電壓及溫度漂移、噪聲電壓等均按倍下降，使傳感器的溫度特性更穩(wěn)定、測量下限更低。同時因RL＞100R，消除了不同霍爾元件因其內(nèi)阻不同特別是2n個霍爾元件在正、負向鏡像恒流源組供電條件下而產(chǎn)生的短路效應(yīng)。5、采用發(fā)明人申請的另一專利--穿芯式高精度霍爾開環(huán)型霍爾電流傳感器用同軸雙環(huán)路磁芯結(jié)構(gòu)組件與圖六所示的電路配合，穿芯式高精度霍爾開環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測量精度達到0.2％FS以內(nèi)，零點溫漂達到50ppm/℃～200ppm/℃，工作溫區(qū)達到-40～85℃。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，在附圖中：圖1、分子束外延型霍爾元件的輸出電壓特性及失調(diào)電壓特性；圖2、霍爾元件；圖3、霍爾元件的等效圖；圖4、國外開環(huán)型霍爾電流傳感器電子線路圖；圖5、穿芯式高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電路框圖；圖6、穿芯式高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電路圖；圖7、用電壓源、二極管、電阻組成線性可變溫度系數(shù)恒流源。具體實施方式下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實施例：本實施例一種穿芯式高精度開環(huán)型霍爾電流傳感器用電子線路，如圖五，用雙運算放大器BA4580組成儀表放大器的前級和后級差分放大器；儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級完成，后級差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍；從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100；如圖六，霍爾元件HG302A在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一電源電壓的鏡像恒流源組驅(qū)動下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝；如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源LM234、二極管、電阻R1及R2和R3組合成可變溫度系數(shù)的恒流源，與三極管Tr1(1)，Tr1(3)，…，Tr1(2n-1)組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2(2),Tr2(4),…,Tr2(2n)組成負鏡像恒流源組組合，對2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行線性溫度補償；如圖六，霍爾元件的差分輸出端分別通過相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實現(xiàn)2n個霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值。由上可見，1、如圖五，用雙運算放大器BA4580組成儀表放大器的前級和后級差分放大器，儀表放大器的放大倍數(shù)及放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)主要由前級完成，后級差分放大器的放大倍數(shù)為1～5倍，消除了霍爾元件輸出電阻的溫漂對放大倍數(shù)的影響；當從霍爾元件的輸入端引出電壓對傳感器的零點電壓進行比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例為R5/R8＜1/100時，幾近實現(xiàn)了對霍爾元件的失調(diào)電壓溫漂的全溫區(qū)溫度跟蹤補償；RC濾波器的電阻位于輸出放大器負反饋之內(nèi)，消除了在驅(qū)動較大負載時RC濾波器電阻上的電壓降對輸出幅度的影響。2、霍爾元件HG302A在IC＝5mA的條件下，根據(jù)其失調(diào)電壓的正、負值，同一極性每相差0.5mV為一檔進行分檔；對于2n個霍爾元件，根據(jù)其失調(diào)電壓值為同一檔而極性相反的一一配對，在同一電源電壓的鏡像恒流源組下沿著環(huán)形磁芯同一朝向安裝，使霍爾元件的失調(diào)電壓因極性相反的一一配對而幾近消除。3、如圖一，分子束外延型霍爾元件的輸出電壓的溫度特性幾近線性負溫度系數(shù)，因而如圖六，用線性正溫度系數(shù)恒流源LM234、二極管、電阻R1及R2和R3組合成可變線性正溫度系數(shù)的恒流源，其線性正溫度系數(shù)如果與霍爾元件的輸出電壓的線性負溫度系數(shù)幾近相同，與三極管Tr1、Tr3…Tr2n-1組成正鏡像恒流源組，與三極管Tr2、Tr4…Tr2n組成負鏡像恒流源組組合，實現(xiàn)了對2n個霍爾元件的靈敏度溫漂進行全溫區(qū)線性溫度跟蹤補償。圖7為用并聯(lián)型電壓基準AZ432、三極管、二極管、電阻等組成線性可變溫度系數(shù)恒流源。4、霍爾元件的差分輸出端分別通過相同的電阻RL，RL＞100RO(霍爾元件的輸出內(nèi)阻)，連接到儀表放大器的同相端、反相端，實現(xiàn)2n個霍爾元件的差分輸出求算術(shù)平均值，此時2n個霍爾元件的失調(diào)電壓及溫度漂移、噪聲電壓等均按倍下降，使傳感器的溫度特性更穩(wěn)定、測量下限更低。同時因RL＞100RO，消除了不同霍爾元件因其內(nèi)阻不同特別是2n個霍爾元件在正、負鏡像恒流源組供電條件下而產(chǎn)生的短路效應(yīng)。5、采用發(fā)明人申請的另一專利--穿芯式高精度霍爾開環(huán)型霍爾電流傳感器用同軸雙環(huán)路磁芯結(jié)構(gòu)組件與圖六所示的電路配合，穿芯式高精度霍爾開環(huán)型霍爾電流傳感器的電流測量精度達到0.2％FS以內(nèi)，零點溫漂達到50ppm/℃～200ppm/℃，工作溫區(qū)達到-40～85℃。以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方式以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。