[发明专利]阵列型霍尔电流传感装置和包含其的汽车电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及电流测量技术，特别涉及一种适于汽车应用的阵列型霍尔电流传感装置以及包含该阵列型霍尔电流传感装置的汽车电源系统。

背景技术

目前在汽车中测量电流普遍采用的是基于霍尔原理的霍尔电流传感器。霍尔电流传感器包括两种类型，即开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。在开环式霍尔电流传感器中，铁心将电流产生的磁场聚集感应到的霍尔元件上从而产生一个电压信号输出，该信号经功率放大器放大后被直接输出。在闭环式霍尔电流传感器中，主回路中的被测电流在铁心气隙处产生的磁场被缠绕在铁心上的次级线圈内的电流产生的磁场所补偿，从而使霍尔元件处于检测零磁通的工作状态。

随着节能环保标准的不断提高，制造重量轻、能源效率高的汽车已经成为主流发展趋势。然而，上述开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器都需要利用铁芯来聚集磁场。由于铁芯的引入，势必会使增加能耗并提高材料成本。此外，为了同时满足节能环保和乘坐舒适度的要求，汽车制造厂商现在都在尽可能减小汽车内各种零部件的安装空间，而采用铁芯的上述霍尔电流传感器很难做到进一步小型化。

再者，汽车发电机的输出电流具有动态范围大、变化快的特点，在这些方面开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器都存在短板，前者的动态范围较小，响应速度慢，而后者难以测量大电流。虽然业界已经提出了各种改进的结构来解决这些问题，但是这无形中又增加了成本和能耗。

由上可见，非常需要一种能克服上述缺点的霍尔电流传感装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种适于汽车应用的阵列型霍尔电流传感装置，其具有结构紧凑、能耗低的优点。

上述目的可以由下述技术方案实现。

一种适于汽车应用的阵列型霍尔电流传感装置，包括：

印刷电路板，其包含开口；

在所述印刷电路板上沿所述开口周边布置的多个霍尔元件，所述霍尔元件均匀分布在一个以开口中心为圆心的圆周上；以及

信号处理电路，其布置在所述印刷电路板上并与所述霍尔元件耦合。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，所述霍尔元件为单轴霍尔元件并且具有相同的霍尔系数。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，所述霍尔元件的个数为2ⁿ。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，在所述开口内侧设置有弹性元件以固定穿越其中的输电导线。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，所述圆周的最小半径R_min为：

这里，μ为空气磁导率，i₀为所述输电导线通过的额定电流，B_max为所述霍尔元件线性区域的最大磁感应强度。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，所述信号处理电路包含：

多个模数转换器，分别与所述霍尔元件中的一个耦合；

与所述模数转换器耦合的加法单元，用于对所述模数转换器输出的所述霍尔元件的电势值进行求和以得到总的霍尔电势值；以及

与所述加法器耦合的计算单元，按照下列方式确定所述输电导线的电流值i_c：

i_c＝i+f(i)

f(i)＝-a×(i-i_r)²+b

这里，e_Hall为所述加法器输出的总的霍尔电势值，μ为空气磁导率，k为所述霍尔元件的霍尔系数，n为霍尔元件的个数，r为所述圆周的半径，a、b和i_r为实验确定的常数。

优选地，在上述阵列型霍尔电流传感装置中，所述信号处理电路包含：

多个增益调整器，分别与所述霍尔元件中的一个耦合，以按照相应的增益系数放大各自耦合的所述霍尔元件输出的霍尔电势值；

与所述增益调整器耦合的加法单元，用于对所述增益调整器输出的放大的霍尔电势值进行求和以得到总的霍尔电势值；

与所述加法单元耦合的模数转换器，用于将所述总的霍尔电势值转换为数字形式；

与所述模数转换器耦合的计算单元，按照下列方式确定所述输电导线的电流值i_c：

i_c＝i+f(i)

f(i)＝-a×(i-i_r)²+b