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一种霍尔电流传感器的电路设计

时间:2011-12-06 来源:网络 作者:Admin 点击:

本系统中不等位电势补偿方法为:在I0=0的情况下,系统上电,用万用表测试传感器的输出引脚电压值是否为零;为零则表示不等位电势UM=0。如果不等于零,用螺丝刀调节电位器W104390E使UM=0。

2.6 温度补偿问题

由于载流子浓度等随温度变化而变化,会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化。这种变化程度随不同半导体材料有所不同,而且温度高到一定程度,产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。

针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻)的变化,可以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。对霍尔元件进行温度补偿的方法有很多种:采用恒流源提供控制电流、合理选择负载电阻、采用热敏电阻,也可以将整个霍尔电流传感器进行监测补偿。其中最简单实用的方法就是用热敏电阻对霍尔元件进行温度补偿。

对于由温度系数较大的半导体材料(如锑化铟)制成的霍尔元件,常采用图3所示的温度补偿电路,其中Rt是热敏元件(热电阻或热敏电阻)。

图3(a)是在输入回路进行温度补偿电路,当温度变化时,用Rt的变化来抵消霍尔元件的乘积灵敏度S和输入电阻Ri变化对霍尔输出电势Vk的影响。图 3(b)则是在输出回路进行温度补偿的电路,当温度变化时,用Rt的变化来抵消霍尔电势Vk和输出电阻R0变化对负载电阻RL上的电压UL的影响。安装测 量电路时,应使热敏元件和霍尔元件的温度一致。

3 测试结果

3.1 连接电路

1)由DF1731SB3A型双路电源提供±18 V电压,经过电压转化芯片输出稳定的±5 V电压,给霍尔电流传感器提供工作电压,分别接传感器P1口的引脚1(GND)、2(+5 V)、3(-5 V)。P2口的引脚1为输出端,引脚3为GND。

2)仔细检查电路,确认无误后上电。霍尔传感器的输出接UNI-TUTS8A型万用表。先调节HW30082、引脚3之间的100 kΩ电位器,使零点电压尽可能地接近0 mV。

3)将待检测通电导线穿过集磁环。采用的方法是在8 Ω的功率电阻上施加电压,如果是交流电压电源TektronixAFG310,则产生交流电;如果是直流电源DF1731SB3A,则产生直流,通过改变电压的大小改变电流的大小。

3.2 线性度的测量

线性度是指输出对于输入的跟踪度的好坏,输出与输入有良好的线性关系。表1为测试数据,在不等位电势为0 mV时,用UNI-T UTS8A型万用表测量的数据。

当电阻两端接交流电压时,由Tektronix AFG310型交流信号源提供电压,输出接TektronixTDS型示波器,改变交流电压幅值的大小,观察示波器上波形幅度的大小。经观察线性度很好。 调节AD620的放大倍数,可以使被测电流达到±99.6 A,一般的传感器电流范围为±50 A,因此该传感器的动态测试范围提高了将近50%。

3.3 频带宽度的测量

霍尔元件的输出接示波器,使交流信号源提供1个频率为50 kHz,幅度为10 V的电压,观察输出信号的波形,如图4(a)所示,输出频率为50.2 kHz,峰峰值为184 mV的电压信号,改变电压的频率,系统输出的电压幅值基本保持不变,说明输出信号的幅频特性很好。经过测试,该传感器的频带宽度可以达到300 kHz,如图4(b)所示,输出信号的频率为301.4 kHz,峰峰值为170 mV,较同类型传感器(频带宽度为
50 kHz)有很大的提高。

3.4 响应时间

响应时间指输入电流为交流时,从开始产生输出到输出稳定的时间,Tra(reactiontime@90%of Ipn)指达到输出稳定值的90%的时间,经过测试,零磁通型霍尔传感器的Tra=140.0 ns。Tr(response time of Ipn)指达到输出峰值的时间,经过测试,零磁通型霍尔传感器的Tr=280.0 ns,如图5所示。

4 结论

该设计是在深入研究传统传感器的基础上,针对传统霍尔传感器设计的弊端,设计宽电流测试量程、高精度、宽频带的传感器。该传感器可以精确地感应被测电流,能够进行电路保护和监视电路性能,继而改善电路性能,起到保护设备的作用。经过测试,此传感器的电流动态测试范围比同类型的传感器提高了50%,线性度可以达到输入电流的0.2%,频带宽度可以达到300 kHz,并且具有体积小、功耗低、成本低、响应速度快、接口简单的优点,可以广泛应用于交流变频驱动、开关电源等方面。

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