CN113295912A - 一种防辐射发热的霍尔电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防辐射发热的霍尔电流传感器，涉及电流传感器技术领域，包括传感器本体，传感器本体应用于开关电源中进行电流的检测；传感器本体包括壳体和封装在壳体内部的用矽钢制成的环形的磁芯，壳体的外部设置有屏蔽圈，屏蔽圈缠绕在壳体的表面，且屏蔽圈缠绕在壳体的所形成的环形区域对应磁芯的位置，且去除壳体后的磁芯可被屏蔽圈所包裹。本发明实通过在霍尔电流传感器的外部对应磁芯的位置设置屏蔽罩，通过屏蔽罩将开关电源中的变压器由于功率大所产生的较强的谐波辐射屏蔽掉，有效防止磁芯由于谐波辐射发热的产生，避免谐波电发热而导致霍尔电流传感器的损毁，延长了霍尔电流传感器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电流传感器技术领域，具体涉及一种防辐射发热的霍尔电流传感器。
背景技术
霍尔电流传感器是一种应用霍尔效应对原边电流进行隔离检测的电流检测元件，原边电流产生的磁场由霍尔电流传感器中的磁芯聚集，再通过霍尔电流传感器中霍尔元件采集磁场，产生一个与原边磁场等比例的霍尔电压，通过测量该霍尔电压的小大实现对原边电流的隔离检测。
霍尔电流传感器因其良好的精度及线性度、检测与输出信号高度隔离、高可靠性、低功耗、维修更换方便等优点，广泛应用于各领域。
而现有的霍尔电流传感器多数采用矽钢制成的磁芯所组成的磁回路检测电流产生的磁信号，在大型开关电源中采用霍尔电流传感器检测电流，当开关电源的变压器功率较大时，所产生的谐波辐射强，霍尔电流传感器的一端又靠近变压器，强大的谐波辐射会使霍尔电流传感器的矽钢电发热产生高温而导致霍尔电流传感器损毁，影响开关电源的使用。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提供一种防辐射发热的霍尔电流传感器，包括传感器本体；
所述传感器本体应用于开关电源中进行电流的检测；
所述传感器本体包括壳体和封装在所述壳体内部的用矽钢制成的环形的磁芯，所述壳体的外部设置有屏蔽圈，所述屏蔽圈缠绕在所述壳体的表面，且所述屏蔽圈缠绕在所述壳体的所形成的环形区域对应所述磁芯的位置，且去除所述壳体后的所述磁芯可被所述屏蔽圈所包裹。
进一步的方案是，所述屏蔽圈采用非铁磁材料制成。
进一步的方案是，所述壳体内还设置有采样电路、放大电路、调整电路、推挽电路和接口电路，所述采样电路的第一输出端与调整电路相连，所述调整电路的另一端和所述采样电路的第二输出端分别与放大电路的第一输入端和第二输出端相连，所述调整电路的另一端与推挽电路的一端相连，所述放大电路的输出端和推挽电路的输入端均与接口电路相连，所述放大电路的输出端与接口电路之间串联有磁芯。
进一步的方案是，所述接口电路包括连接器，所述连接器上设有输出接口、正电压接口、负电压接口和参考电压接口。
进一步的方案是，所述采样电路包括霍尔芯片、第一电阻、第一二极管、第六电阻、第二二极管、第二电阻和第三电阻，所述霍尔芯片的正向电压输入端分别与第一电阻和第二电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与第一二极管的负极端相连，所述第一二极管的正极端与正电压接口相连，所述第二电阻的第二端与放大电路的第一输入端相连；
所述霍尔芯片的负电压输入端分别与第五电阻和第六电阻的第一端相连，所述第六电阻的第二端与第二二极管的正极端相连，所述第二二极管的负极端与负电压接口相连，所述第六电阻的第二端与放大电路的第一输入端相连；
所述霍尔芯片的正向输出端与霍尔芯片的负电压输入端相连，并与调整电路相连；所述霍尔芯片的反向输出端与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与电路的第二输入端相连。
进一步的方案是，所述放大电路包括第一运算放大器、第四电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一运算放大器的同向输入端与第三电阻的第二端相连，所述第一运算放大器的反向输入端均与第二电阻和第五电阻的第二端相连；
所述第一运算放大器的输出端分别与第四电阻的第一端、第一三极管的基极和第二三极管的基极相连，所述第四电阻的第二端、第一三极管的集电极和第二三极管的发射极均与磁芯的一端相连，所述磁芯的另一端与输出接口相连；
所述第一三极管的发射极和第二三极管的集电极分别与第一二极管的负极和第二二极管的正极相连。
进一步的方案是，所述调整电路包括第十电阻、第十一电阻和第十二电阻，所述第十电阻第一端与霍尔芯片的正向输出端相连，所述第十电阻的第二端与第十一电阻的第一端相连，所述第十一电阻的第二端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述第十二电阻的两端并联在第十电阻的两端。
进一步的方案是，所述推挽电路包括第七电阻和第三电容，所述第七电阻的第一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述第七电阻的第二端与第三电容的第一端相连，所述第三电容的第二端与磁芯的一端相连。
进一步的方案是，所述磁芯上沿其圆周方向间隔固定套接有若干环状散热片，所述磁芯缠绕有线圈时，所述线圈缠绕在相邻两个环状散热片之间，所有环状散热片上均设置有线圈穿过孔。
进一步的方案是，所述环状散热片的边缘均为波浪状。
本发明的有益效果：
本发明实通过在霍尔电流传感器的外部对应磁芯的位置设置屏蔽罩，通过屏蔽罩将开关电源中的变压器由于功率大所产生的较强的谐波辐射屏蔽掉，有效防止磁芯由于谐波辐射发热的产生，避免谐波电发热而导致霍尔电流传感器的损毁，延长了霍尔电流传感器的使用寿命；
本发明通过设置采样电路、放大电路、调整电路、推挽电路和接口电路并使放大电路的输出端与接口电路之间串联有磁芯，本发明使用磁路法进行电流采样，电流采样的电路灵敏度高，温漂小，不可控因素少，从而减小了霍尔电流传感器的体积和功耗，提高了采样精度并且温漂低；
本发明实通过在磁芯上间隔设置环状散热片，实现对缠绕在磁芯上的线圈进行散热，使其拥有良好的散热效果，进一步提升霍尔电流传感器在满足大功率使用环境的特殊要求，提升霍尔电流传感器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例一种防辐射发热的霍尔电流传感器的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为本发明实施例中霍尔电流传感器的整体电路原理图；
图4为本发明实施例中霍尔传感器的电路图：
图5为本发明实施例中磁芯的结构示意图；
附图标注：1-传感器本体；10-壳体；11-磁芯；2-屏蔽圈；3-环状散热片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-2所示，本发明的一个实施例公开了一种防辐射发热的霍尔电流传感器，包括传感器本体1；
传感器本体1应用于开关电源中进行电流的检测；
传感器本体1包括壳体10和封装在壳体10内部的用矽钢制成的环形的磁芯11，壳体10的外部设置有屏蔽圈2，屏蔽圈2缠绕在壳体10的表面，且屏蔽圈2缠绕在壳体10的所形成的环形区域对应磁芯11的位置，且去除壳体10后的磁芯11可被屏蔽圈2所包裹。
在本实施例中，屏蔽圈2采用非铁磁材料制成。采用非铁磁材料可提升屏蔽圈的屏蔽性能。
本发明实施例通过在霍尔电流传感器的外部对应磁芯的位置设置屏蔽罩，通过屏蔽罩将开关电源中的变压器由于功率大所产生的较强的谐波辐射屏蔽掉，有效防止磁芯由于谐波辐射发热的产生，避免谐波电发热而导致霍尔电流传感器的损毁，延长了霍尔电流传感器的使用寿命。
在本实施例中，如图3所示，壳体10内还设置有采样电路、放大电路、调整电路、推挽电路和接口电路，采样电路的第一输出端与调整电路相连，调整电路的另一端和采样电路的第二输出端分别与放大电路的第一输入端和第二输出端相连，调整电路的另一端与推挽电路的一端相连，放大电路的输出端和推挽电路的输入端均与接口电路相连，放大电路的输出端与接口电路之间串联有磁芯。本实施例通过设置磁芯可提高霍尔电流传感器的抗干扰能力。
在本实施例中，如图4所示，接口电路包括连接器P1，连接器P1上设有输出接口、正电压接口、负电压接口和参考电压接口，输出接口用于输出检测电路的输出信号，正电压接口连接+15V电压，负电压接口连接-15V电压，参考电压接口为0V电压接口。
在本实施例中，采样电路包括霍尔芯片U1、第一电阻R1、第一二极管D1、第六电阻R6、第二二极管D2、第二电阻R2和第三电阻R3，本实施例中的霍尔芯片U1优选采用GH-302C型，本采样电路具有灵敏度高，温漂小，不可控因素少，霍尔芯片U1的正向电压输入端分别与第一电阻R1和第二电阻R2的第一端相连，第一电阻R1的第二端与第一二极管D1的负极端相连，第一二极管D1的正极端与正电压接口相连，第二电阻R2的第二端与放大电路的第一输入端相连；
霍尔芯片U1的负电压输入端分别与第五电阻和第六电阻R6的第一端相连，第六电阻R6的第二端与第二二极管D2的正极端相连，第二二极管D2的负极端与负电压接口相连，第六电阻R6的第二端与放大电路的第一输入端相连；
霍尔芯片U1的正向输出端与霍尔芯片U1的负电压输入端相连，并与调整电路相连；霍尔芯片U1的反向输出端与第三电阻R3的第一端相连，第三电阻R3的第二端与电路的第二输入端相连。
在本实施例中，放大电路包括第一运算放大器U2、第四电阻R4、第一三极管Q1和第二三极管Q2，本实施例中的第一运算放大器U2优选采用OP37GSZ-REEL7型，该放大器具有负载驱动能力强、精确度高等优点，霍尔芯片U1输出的信号经放大电路进行运输处理，降低了后端信号采集和处理的难度；第一运算放大器U2的同向输入端与第三电阻R3的第二端相连，第一运算放大器U2的反向输入端均与第二电阻R2和第五电阻的第二端相连，第一运算放大器U2的电源接口V+、V-分别连接+15V和-15V电压，并在V+和V-两个端口上并联有第一电容C1，其次可将V+接口与第一二极管D1的负极端相连，V-接口与第二二极管D2的正极端相连，第一二极管D1负极端的电势为+15V，第二二极管D2的正极端的电势为-15V；第一运算放大器U2的第一端口VOSTRIM和第八端口VOSTRIM相连，两者之间串联有第二电容C2；
第一运算放大器U2的输出端分别与第四电阻R4的第一端、第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极相连，此处第一三极管Q1为NPN型，第二三极管Q2为PNP型，第四电阻R4的第二端、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的发射极均与磁芯L1的一端相连，磁芯L1的另一端与输出接口相连；
第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的集电极分别与第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极相连。
在本实施例中，为了便于调试霍尔芯片U1的输出信号，调整电路包括第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12，第十电阻R10第一端与霍尔芯片U1的正向输出端相连，第十电阻R10的第二端与第十一电阻R11的第一端相连，第十一电阻R11的第二端与第一运算放大器U2的反向输入端相连，第十二电阻R12的两端并联在第十电阻R10的两端，在调试时，第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12先利用电位器进行调试，调试完成后再根据电位器的阻值用不同阻值的第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12组合而成，三者进行组合其具体电阻值的大小选择面更广。
在本实施例中，推挽电路包括第七电阻R7和第三电容C3，第七电阻R7的第一端与第一运算放大器U2的反向输入端相连，第七电阻R7的第二端与第三电容C3的第一端相连，第三电容C3的第二端与磁芯L1的一端相连；推挽电路能增加第一运算放大器U2的带负载能力，提高了电路的可靠性。
在本实施例中，如图5所示，磁芯11上沿其圆周方向间隔固定套接有若干环状散热片3，磁芯11缠绕有线圈时，线圈缠绕在相邻两个环状散热片3之间，所有环状散热片上均设置有线圈穿过孔。本发明实施例通过在磁芯上间隔设置环状散热片，实现对缠绕在磁芯上的线圈进行散热，使其拥有良好的散热效果，进一步提升霍尔电流传感器在满足大功率使用环境的特殊要求，提升霍尔电流传感器的使用寿命。
在本实施例中，环状散热片3的边缘均为波浪状。本实施例通过上述设置提升环状散热片的散热效果。
最后说明的是，以上仅对本发明具体实施例进行详细描述说明。但本发明并不限制于以上描述具体实施例。本领域的技术人员对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。
Claims (10)
1.一种防辐射发热的霍尔电流传感器，包括传感器本体(1)，其特征在于：
所述传感器本体(1)应用于开关电源中进行电流的检测；
所述传感器本体(1)包括壳体(10)和封装在所述壳体(10)内部的用矽钢制成的环形的磁芯(11)，所述壳体(10)的外部设置有屏蔽圈(2)，所述屏蔽圈(2)缠绕在所述壳体(10)的表面，且所述屏蔽圈(2)缠绕在所述壳体(10)的所形成的环形区域对应所述磁芯(11)的位置，且去除所述壳体(10)后的所述磁芯(11)可被所述屏蔽圈(2)所包裹。
2.根据权利要求1所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述屏蔽圈(2)采用非铁磁材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述壳体(10)内还设置有采样电路、放大电路、调整电路、推挽电路和接口电路，所述采样电路的第一输出端与调整电路相连，所述调整电路的另一端和所述采样电路的第二输出端分别与放大电路的第一输入端和第二输出端相连，所述调整电路的另一端与推挽电路的一端相连，所述放大电路的输出端和推挽电路的输入端均与接口电路相连，所述放大电路的输出端与接口电路之间串联有磁芯。
4.根据权利要求3所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述接口电路包括连接器，所述连接器上设有输出接口、正电压接口、负电压接口和参考电压接口。
5.根据权利要求3所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述采样电路包括霍尔芯片、第一电阻、第一二极管、第六电阻、第二二极管、第二电阻和第三电阻，所述霍尔芯片的正向电压输入端分别与第一电阻和第二电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端与第一二极管的负极端相连，所述第一二极管的正极端与正电压接口相连，所述第二电阻的第二端与放大电路的第一输入端相连；
所述霍尔芯片的负电压输入端分别与第五电阻和第六电阻的第一端相连，所述第六电阻的第二端与第二二极管的正极端相连，所述第二二极管的负极端与负电压接口相连，所述第六电阻的第二端与放大电路的第一输入端相连；
所述霍尔芯片的正向输出端与霍尔芯片的负电压输入端相连，并与调整电路相连；所述霍尔芯片的反向输出端与第三电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与电路的第二输入端相连。
6.根据权利要求3所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述放大电路包括第一运算放大器、第四电阻、第一三极管和第二三极管，所述第一运算放大器的同向输入端与第三电阻的第二端相连，所述第一运算放大器的反向输入端均与第二电阻和第五电阻的第二端相连；
所述第一运算放大器的输出端分别与第四电阻的第一端、第一三极管的基极和第二三极管的基极相连，所述第四电阻的第二端、第一三极管的集电极和第二三极管的发射极均与磁芯的一端相连，所述磁芯的另一端与输出接口相连；
所述第一三极管的发射极和第二三极管的集电极分别与第一二极管的负极和第二二极管的正极相连。
7.根据权利要求3所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述调整电路包括第十电阻、第十一电阻和第十二电阻，所述第十电阻第一端与霍尔芯片的正向输出端相连，所述第十电阻的第二端与第十一电阻的第一端相连，所述第十一电阻的第二端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述第十二电阻的两端并联在第十电阻的两端。
8.根据权利要求3所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述推挽电路包括第七电阻和第三电容，所述第七电阻的第一端与第一运算放大器的反向输入端相连，所述第七电阻的第二端与第三电容的第一端相连，所述第三电容的第二端与磁芯的一端相连。
9.根据权利要求1所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述磁芯(11)上沿其圆周方向间隔固定套接有若干环状散热片(3)，所述磁芯(11)缠绕有线圈时，所述线圈缠绕在相邻两个环状散热片(3)之间，所有环状散热片上均设置有线圈穿过孔。
10.根据权利要求9所述的一种防辐射发热的霍尔电流传感器，其特征在于：
所述环状散热片(3)的边缘均为波浪状。
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