[发明专利]一种带温度补偿的汽车级霍尔电流传感器及其补偿方法

说明书

一种带温度补偿的汽车级霍尔电流传感器及其补偿方法，包括探头单元、驱动单元、电流采样单元、温度采样单元、主控单元以及输出单元；其中所述驱动单元与所述探头单元连接，用于为所述探头单元的霍尔元件以及副边补偿线圈提供驱动；所述探头单元通过所述电流采样单元与所述主控单元连接，用于采集所述探头单元的待测电流；所述温度采样单元与所述主控单元连接，用于采集当前工作温度；所述主控单元根据采集的待测电流以及工作温度计算出带温度补偿的待测电流；所述输出单元为CAN总线接口，与所述主控单元连接，为传感器和其他主控设备提供通信接口。本发明温度补偿方法，采用基于最小二乘法的二维回归法拟合曲线算法，可以将传感器因工作温度变化引起的测量误差降低1个数量级。

技术领域

本发明涉及电流传感器领域，尤其涉及一种带温度补偿的汽车级霍尔电流传感器及温度补偿方法。

背景技术

大电流检测技术在工业自动化领域、电动汽车领域、电力传输、电气设备的监控检修等领域都有着广泛的应用。目前常见的大电流检测技术主要有阻性分流器法和霍尔效应电流检测法。阻性分流器法，通过测量承载待测电流(和电荷)的电阻上的压降，压降遵循欧姆定律(V＝I*R)，通过压降计算出承载待测电流值，由于分流电阻总是会被流过的电流加热，存在散热问题、受温度影响大，误差较大、测量时不能做到电气隔离，存在安全隐患；霍尔效应电流检测法，是通过检测承载电流的导体周围的磁场，是一种“电-磁-电”的转换测量过程，具有测量范围广、响应快、线性度较好、精度高、隔离检测等优点，是目前大电流检测领域主要使用的方法。

霍尔电流传感器的核心部件是霍尔元件，是半导体元件。制造霍尔元件，通常使用砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)三种半导体材料，半导体材料对温度比较敏感，特别是输入输出电阻和灵敏度随温度的变化而变化，出现输出电压漂移现象，影响测量精度和可靠性。因此，温度补偿问题是提高传感器性能的一个关键环节。

霍尔电流传感器的温度补偿主要有硬件补偿和软件补偿两种方式。硬件补偿，有恒压源、恒流源输入端补偿法，通过传感器的供电输入端，产生与霍尔电流传感器温漂反相的驱动信号来消除温漂；热敏电阻同步输出端补偿法，则是通过热敏电阻等温度敏感元件感知环境温度，产生与霍尔电流传感器同相或反相变化的输出信号，与霍尔电流传感器的输出进行运算来消除温漂。硬件补偿方法存在调试困难、精度低、成本高、一致性差等缺点，不利于产品批量生产和推广。软件补偿借助数字信号处理技术，通过MCU的简单运算就能实现，能够克服硬件补偿的缺点。

目前，霍尔电流传感器软件补偿的方法主要有：查表法、神经网络法、曲线曲面拟合法、最小二乘多项式拟合法等。查表法需要占用很大内存空间；神经网络方法存在网络不稳定、训练时间较长，成本高等缺点；曲线曲面拟合法运算复杂，对MCU的资源要求高，成本高，以上补偿方法都不适合霍尔电流传感器的量产。

发明内容

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种带温度补偿的汽车级霍尔电流传感器，并说提供基于最小二乘法的二维回归法拟合曲线算法进行温度补偿的方法。

为实现上述目的，本技术方案如下：

一种带温度补偿的汽车级霍尔电流传感器，包括硬件部分、软件部分及温度补偿的方法部分。

本发明硬件部分主要包括探头单元、驱动单元、电流采样单元、温度采样单元、主控单元、输出单元。

其中所述探头单元包括环形铁芯、缠绕在其上的副边补偿线圈以及霍尔元件，将测量原边电流Ip转换为测量副边补偿线圈电流Is。

所述驱动单元与所述探头单元连接，用于为所述霍尔元件提供工作的恒压源，将霍尔元件输出信号通过高功率运算放大器放大为副边补偿线圈提供驱动；

所述电流采样单元包括基准电压参考电路、电流采样电路、差分放大电路和ADC转换电路，与所述驱动单元连接，将副边补偿线圈电流Is经电流-电压转换、信号放大调理、ADC转换成数字信号Di，通过SPI总线送入所述主控单元MCU；