霍尔传感器设计直流电流检测电路

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛利用霍尔传感器设计直流电流检测电路邓重一（湖南建材高等专科学校电信系，衡阳，421008）提要利用集成UGN—3501M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，该电路具有良好的线性度(绝对线性度为1.4﹪)和高精度(最大相对误差为0.53﹪)；电路结构简单等特点。实验结果令人满意。关键词霍尔传感器、线性度、检测电路0前言日本生产的集成UGN—3501M霍尔传感器具有高灵敏度，工作温度范围宽（－20—+85℃）等特点，但使用不当，它的霍尔电

2、压UH与磁感应强度B为非线性关系，绝对线性度为33﹪,且存在不平衡电压UHe，这必定会影响检测系统的精度。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；具有较高的精度。1对UGN—3501M线性度的研究UGN—3501M芯片内部电路原理见图1。输出电压由下式所确定：UH=KHIHBCOSθ+KeIH（1）上式中：KH—霍尔灵敏度；IH—霍尔传感器驱动电流；B—磁感应强度；COSθ—元件平面法线与B的夹角；Ke—不平衡系数；UHe=KeIH称为不平衡电压。若令Re=（UHe/UH）×100﹪（2）Re称

3、为不平衡率，一般霍尔元件Re为±10﹪左右。(1)式中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UGN—3501M(2)的非线性度的电路见图2。图2中的电流I相当为被检测电流。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。令芯片5、6脚外接电阻为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，这时不平衡电压UHe=0.3V,不平衡率为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和直线y

4、=b+kx的接近程度。它表示如下：1http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛（3）式中：∣△m∣——静态特性与选定拟和直线的最大拟合偏差。Ym——y的限量值。确定拟合直线的方法不同，δL值也不同。本文采用绝对线性度（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：∣△m1∣=0.8V，限量值UHm=2.4V，由（3）式得线性度δL1=33﹪，即对霍尔传感器不加校正电路时，绝对线性度为33﹪，这是比较大的。电路经过校正后，最佳工作状态为图3中曲线3,有：∣△m3∣=0.

5、03V,同理得δL3=1.2﹪。可见线性度得到很大的改善。图3中曲线2（即Rab=0）；消除了不平衡电压，但线性度改善不多。只有当Rab调到100Ω时（曲线3），既消除了不平衡电压，又获得良好线性度。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、集成AD522的管脚介绍AD522为双端输入,单端输出的测量放大器。具有高输入阻抗，线性度良好等特点。AD522管脚功能见图4。脚1，3为输入端，脚2，14接电位器，调节增益，脚4，6为调零端。3、直流电流检测电路的设计设计的直流电流检测电路如图5所示。在图5中：RP1为霍

6、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；RP3为调增益电位器；C1，C2为直流电源（±15V）滤去高次谐波和抗干扰电容；AD522的13脚必须与屏蔽端相连，以提高抗干扰能力。当AD522[2]增益K为100时，AD522的线性度为0.005﹪;共模抑制比为100dB。这样整个检测电路绝对线性度在1.2﹪左右，因此该电路线性度良好。2http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛4、实验结果实验数据见表1。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

7、i次测量值的相对误差。从表1中可知，最大相对误差为0.53﹪，说明该检测系统具有较高的精度。从表1电流测量数据中计算出绝对线性度为1.4﹪表1电流测量数据iIi/mAIoi/mAroi/﹪15.004.950.45210.0010.070.51315.0014.910.48420.0020.130.44525.0024.620.53630.0029.700.475、结束语本文设计的直流电流检测电路，具有良好线性度和较高的精度，实用性强。通过实验