利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路

发布时间：2024-10-30

利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路

　　　　　　　　　　　　传感器技术(JournalofTransducerTechnology)　　　　　　　　　　2003年第22卷第6期50

利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路

邓重一

(湖南建材高等专科学校电子信息工程系,湖南衡阳421008)

摘　要:利用集成UGN23501M霍尔传感器和集成AD522型双端差动输入测量放大器设计出了直流电流检测电路,电路具有良好的线性度(线性度为8.2%)和高准确度(最大相对误差为1.4%);电路结构简单,实验结果令人满意。

关键词:霍尔传感器;线性度;准确度;检测电路

中图分类号:TP212　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-9787(2003)06-0050-03

DesignofDCcurrentsdetectingcircuitsbyHallsensorchip

DENGZhong2yi

(DeptofElctandInfoEngin,HunanBuildingMaterialsCollege,Hengyang421008,China)

Abstract:TheDCcurrentcircuitisdesignedbyUGN23501MtypeofHallormeasurementam2plifier.Thecircuitshavebetterlinearity(linearityis8.2%)and(1.4%).Itscon2structionsissimple,experimentresultsarebetter.

Keywords:Hallsensor;linearity;accuracy0　前　言1　UGN23501M线性度

UGN23501M芯片内部电路原理见图1

。

方面得到了广泛应用,位于几何中心线、电枢绕组的短路情况等的检查都要用到直流检测技术。在自动控制系统中,直流测速发电机的输出直流电压与转速成线性关系,因此检测它的输出电压就能间接地检测电机的转速;在许多自动控制系统中,一些控制信号也是直流信号,需要检测,但直流检测往往存在二个最明显的困难:一是直流测量仪表不便串入电路中;二是直流检测电路与被测电路不能直接耦合,否则就会影响被测电路的直流工作点,即直流检测的隔离成为问题。而用霍尔传感器检测直流信号可以较好地解决上述困难。UGN23501M霍尔传感器具有高灵敏度、工作)等特点,但使用不当,它温度范围宽(-20～85℃

图1　UGN23501M原理图

Fig1　PrinciplediagramofUGN23501M

　　输出电压为

θ+KeIH,UH=KHIHBcos

(1)

式中　KH为霍尔灵敏度;IH为霍尔传感器驱动电流;B为磁感应强度;θ为元件平面法线与B的夹角;

Ke为不平衡系数;UHe=KeIH称为不平衡电压。

的霍尔电压UH与磁感应强度B为非线性关系,线性度为33%,且存在不平衡电压UHe,这必定会影响检测系统的准确度[1]。本文通过实验和分析,找出最佳线性工作状态,且消除了不平衡电压。检测电路以集成AD522芯片为放大级。设计的直流电流检测电路线性度好,具有较高的准确度。

收稿日期:2003-02-10

若令　Re=(UHe/UH)×100%,±10%左右。

(2)

式中　Re称为不平衡率,一般霍尔元件Re为

利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路

第6期　　　　　　　　　　　　邓重一:利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路　　　　　　　　　　　　　　51

　　式(1)中KH和由被检电流产生的B均是非线性因素。消除不平衡电压和改善UGN23501M的非线性度的电路见图2

。

衡电压UHe=0.3V,不平衡率为

Re=

×100%=×100%=12.5%.UH2.4

下面对线性度进行分析:

线性度是测量系统静态特性对选定拟合直线

y=b+kx的接近程度。它表示为

δ×100%,L=

(3)

式中　|Δm|为静态特性与选定拟合直线的最大

图2　改善UGN23501M线性度的电路

Fig2　CircuitofrasedlinearityforUGN-3501M

偏差;Ym为y的限量值。

确定拟合直线的方法不同,δ本文L值也不同。采用绝对线性度(或称理论线性度)方法,这种方法得到的δL一般比最小二乘法线性度的δL值要大。

对于图3中曲线1:|Δm1|=0.8V,限量值UHm

=2.4V,由式(3)得线性度δL1=33%,即对霍尔传

　　图2中的电流I相当于被检测电流。芯片2脚不用。改变电流I就是改变了磁感应强度B。测试曲线见图3

。

感器不加校正电路时,33%这是比较大的。

,3中曲线3|3=013V,同理得δ可见线L3=7.6%。

。图3中曲线2(即R56=0);消除了不平衡电压,但线性度改善不多。只有当R56调到100Ω时(曲线3),既消除了不平衡电压,又获得

图3　测试曲线

Fig3　Testcurve

良好线性度。但在同样磁感应强度B(相当于被检测电流I)情况下,输出电压下降(即传感器灵敏度下降),这个不足由后级放大器来弥补。2　直流电流检测系统的设计

AD522为双端输入,单端输出的测量放大器。具

　　令芯片5,6脚外接电阻器为R56。

图3中:曲线1:R56→∞;曲线2:R56=0;曲线3:R56=100Ω。直线4称为理论线性度拟合直线,该

直线由原点(0,0)和限量点Q(0.33,2.4)的连线。

曲线1就是没有加校正电位计RP1,这时不平

有高输入阻抗、线性度良好等特点。设计的直流电流检测系统如图4所示

。

图4　直流电流检测电路

Fig4　DCcurrentdetectingcircuit

　　在图4中:RP1为霍尔传感器的线性度调节和消除不平衡电压电位器;RP2为AD522调零电位器;

利用霍尔传感器芯片设计直流电流检测电路

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　传感器技术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第22卷　52

RP3为调增益电位器;C1,C2为直流电源(±15V)滤

每个测量数据都是测量值的平均值,即对每个测量点进行等准确度无系差独立测量10次,再对这10个数据取算术平均值。

从表1中可知,最大相对误差为1.4%,说明该检测系统具有较高的准确度。从表1电流测量数据中计算出线性度为8.2%。4　结束语

去高次谐波和抗干扰电容器;AD522的13脚必须与屏蔽端相连,以提高抗干扰能力。当AD522增益K为100时,AD522的线性度为0.005%;共模抑制比为100dB[2]。这样整个检测电路线性度在7.5%左右,

因此该电路线性度良好。3　测验结果

实验数据见表1。

表1　电流测量数据

Tab1　Measureddataofcurrent

设计的直流电流检测电路,具有较高的准确度和良好的线性度,实用性强。通过实验和理论分析,找出了UGN23501M霍尔传感器的最佳线性工作状

roi(%)

次数i

123456

Ii(mA)Ioi(mA)

态,且消除了不平衡电压。设计的直流电流检测电路线性度为8.2%;最大相对误差为1.4%,它适合于不便直接测量且测量准确度要求较高的场合。参考文献:

[1]　何希才.传感器及其应用[M].:国防工业出版社,2001.215

-221.

[2].[M].西安:西安交通大

5.00　　10.00　　15.00　　20.00　　25.00　　30.00　　

4.93　　10.01　　14.82　　19.73　　24.65　　29.64　　

　　1.40　　1.00　　1.20　　1.35　　1.40　　1.20

　　表1中:Ii为被检测电流第i次给定值;Ioi为对应于Ii的测量值;roi为对应于第i误差。为了减少测量误差,表(上接第49页)3　结束语

,1999.-(1962-),男,湖南宁远县人,学士,讲师。研究方向:检测技术,信号处理,EDA技术。

压力变送器等其它类似工作机理的非电量精密测控系统中。参考文献:

[1]　范建伟.TC9XX系列第二代斩波自动稳零运算放大器[J].电子

介绍了一种高准确度温度测量系统的信号调理方法,利用精密可调分压器设计线性化电桥,同时采用NTC-热敏电阻并联电路补偿网络,对电桥进行高准确度温度补偿,设计高共模抑制比的浮地放大电路,对微弱温度信号进行放大,提高了系统的准确度,方法简单实用。用该方法设计的电路已应用于多项控温仪表中,效果较好。这种方法同样适用于

科技,1997,(1):34-36.

作者简介:

杨小玲(1968-),女,福建泉州人,福州大学信息学院讲师,主要从事电子线路、智能仪器等方面的教学与科研工作。

TP自动化技术、计算机技术类专业期刊(165种)

其中入选26种专业期刊为核心期刊

序号　刊　　名

123456789

序号　刊　　名

1011121314151617

序号　刊　　名

1920212223242526

计算机学报自动化学报软件学报