周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電流采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路，適用于直流永磁無刷電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子測(cè)量設(shè)備的快速發(fā)展，電流采樣電路中霍爾電流采樣器件得到廣泛的應(yīng)用，以Allegro公司的霍爾電流采樣器件為例，該類器件主要由靠近芯片表面的銅制的電流通路和精確的低偏置線性霍爾傳感器電路等組成，被測(cè)電流流經(jīng)的通路(引腳I和2，3和4之間的電路)的內(nèi)電阻通常是1.2πιΩ，具有較低的功耗。被測(cè)電流通路與傳感器引腳(引腳5?8)的絕緣電壓>2.lkVRMS，幾乎是絕緣的，如圖1所示，流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓，如圖2所示，通過將磁性信號(hào)盡量靠近霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化，此類霍爾電流采樣器件具有低噪聲，響應(yīng)時(shí)間快(對(duì)應(yīng)步進(jìn)輸入電流，輸出上升時(shí)間為5S)，50千赫帶寬，總輸出誤差最大為4%，高輸出靈敏度(66mV/A?185mV/A)，使用方便、性價(jià)比高、絕緣電壓高等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)控制、載荷檢測(cè)和管理、開關(guān)式電源和過電流故障保護(hù)等，特別是那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣。
[0003]但是霍爾電流采樣器件易受外界磁場(chǎng)干擾，當(dāng)在霍爾芯片周圍有變化的磁場(chǎng)干擾情況下，其輸出電壓信號(hào)上往往疊加干擾信號(hào)，不能準(zhǔn)確輸出與被測(cè)電流成比例的電壓信號(hào)，當(dāng)霍爾電流采樣芯片用在直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)部測(cè)試電機(jī)電流時(shí)，由于電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)是隨其轉(zhuǎn)角不同跳變的所以無法準(zhǔn)確輸出反應(yīng)電機(jī)電流變化的信號(hào)，因而無法得出準(zhǔn)確的電流采樣值。
[0004]目前在霍爾電路抗磁干擾方面已有有些研宄和專利，如已有公布為CN 101915867A的專利，其采用的解決方法和電路如圖3所示，是將兩個(gè)霍爾元件并排放置，相互平行且法向相反，兩個(gè)霍爾元件通過相同的被測(cè)電流，再利用運(yùn)算放大器電路對(duì)兩路霍爾輸出信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，將外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)抵消，這種方法的特征如其在專利中描述的是基于磁場(chǎng)在整個(gè)空間分布是緩變的，兩霍爾元件在磁場(chǎng)中近似視為一個(gè)點(diǎn)，因此，將兩霍爾元件輸出信號(hào)中的磁場(chǎng)干擾信號(hào)視為幅值相同，且可以通過運(yùn)算抵消。但是，這種方法顯然不適用于永磁直流無刷電機(jī)這類場(chǎng)合，在直流電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)是根據(jù)轉(zhuǎn)角不同而跳變的如圖4所示，圖4(a)為以O(shè)度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(b)為以60度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(0)為以120度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(d)為以180度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖。
[0005]圖4(a)為以O(shè)度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；g|4(b)為以60度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(c)為以120度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4((1)為以180度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；兩個(gè)霍爾元件在磁場(chǎng)空間中不可視為同一點(diǎn)，器件間的距離會(huì)導(dǎo)致外部磁場(chǎng)在兩霍爾元件上產(chǎn)生的干擾信號(hào)是不同的，所以無法通過其專利中描述的電路和運(yùn)算抵消磁場(chǎng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)，因此，要找到新的方法和電路去解決，直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)部準(zhǔn)確的電流采樣的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的在周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)環(huán)境下，霍爾電流采樣器件電流采樣不準(zhǔn)確，尤其針對(duì)直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)部利用霍爾電流采樣器件的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路，其特征在于:設(shè)置在直流永磁無刷電機(jī)的內(nèi)部，包括角度傳感器、霍爾電流采樣電路、微型繼電器切換電路和MCU處理電路，
[0009]所述角度傳感器用于測(cè)量直流永磁無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)角，并將角度信號(hào)傳輸?shù)組CU處理電路；
[0010]所述霍爾電流采樣電路用于將流經(jīng)霍爾電流器件的電流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，傳輸?shù)組CU處理電路；
[0011]所述微型繼電器切換電路用于在基準(zhǔn)電流源和被測(cè)電流間的切換，使切換后的電流流向霍爾電流器件進(jìn)行檢測(cè)；
[0012]所述MCU處理電路用于將霍爾電流器件傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)經(jīng)MCU內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換采樣，并根據(jù)角度傳感器傳輸?shù)慕嵌刃盘?hào)進(jìn)行運(yùn)算，得出直流永磁無刷電機(jī)的電流值；
[0013]所述角度傳感器與MCU處理電路相連接，所述霍爾電流采樣電路通過微型繼電器切換電路與MCU處理電路相連接。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路，利用切換和運(yùn)算消除了直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)對(duì)霍爾電流采樣的干擾，解決了霍爾電流采樣電路在強(qiáng)變化磁場(chǎng)干擾下無法精確測(cè)量被測(cè)電流值的問題，為直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)精確測(cè)量電機(jī)電流提供了可行方法，此實(shí)用新型還可應(yīng)用于其他周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)環(huán)境下的霍爾電流采樣，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1是霍爾電流采樣芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0016]圖2是霍爾電流采樣芯片輸出電壓信號(hào)與被測(cè)電流信號(hào)關(guān)系圖。
[0017]圖3為專利CN 101915867 A所采用的電路圖。
[0018]圖4為以O(shè)?180度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖，圖4(a)為以O(shè)度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(13)為以60度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4(c)為以120度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖；圖4((1)為以180度轉(zhuǎn)角為例的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)變化示圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路的系統(tǒng)框圖。
[0020]圖6是本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣方法的驗(yàn)證測(cè)試曲線，圖6(a)是本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的采樣電機(jī)電流時(shí)的輸出電壓信號(hào)示意圖；圖6(13)是本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的采樣基準(zhǔn)電流時(shí)的輸出電壓信號(hào)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0022]如圖5所示，本實(shí)用新型的周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)下霍爾器件的電流采樣電路，設(shè)置在直流永磁無刷電機(jī)的內(nèi)部(還可應(yīng)用于其他周期性強(qiáng)變化磁場(chǎng)環(huán)境下的霍爾電流采樣)，包括角度傳感器、霍爾電流采樣電路、微型繼電器切換電路和MCU處理電路，在直流永磁無刷電機(jī)內(nèi)首先采樣并運(yùn)算出基準(zhǔn)電流上疊加的外界磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的干擾信號(hào)規(guī)律，再采樣被測(cè)電流，