零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器

摘要

本发明公开了一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；利用PWM载波三角形的生成及其调整电路生成正向载波信号和负向载波信号，霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路利用差分放大电路对霍尔电压信号进行采集，并通过负反馈PID控制参数的调整，输出合适的反馈电压，反馈电压与载波信号相交，相交点的时刻控制生成不同的方波信号，方波信号控制三电平电路中的四个晶体管的通断，输出电压，补偿线圈产生电流，测出电流值。本发明能测量大电流且测量电流信号的频率高，成本低，解决了大电流情况下晶体管的大功耗散热和电压等级提高的影响的问题。

主权项

一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，其特征在于：包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；所述的PWM载波三角形的生成及其调整电路包括一个芯片AP2001和运放一、运放二、运放三，所述的芯片AP2001的CT引脚上串接一电容器C1，RT引脚上串接一滑动变阻器，所述电容器C1和滑动变阻器WR1的另一端均接地，在CT引脚产生的载波信号分别经过一电容器C4进入所述运放一的同相输入端，一电阻一端接运放一的同相输入端，一端接地，运放一的反相输入端接地，在反相输入端和输出端并联一滑动变阻器RP3，运放一的电源正、负极分别经过一电容器C5接地，运放一的输出端接所述运放二的同相输入端，运放二的反相输入端与一滑动变阻器RP2串联，滑动变阻器RP2的两端分别接电源正负极，电源负极和滑动变阻器RP2之间并联一电容器C7，运放二的输出端接所述运放三的反相输入端，运放三的同相输入端接地，负向载波信号在运放二的输出端输出，正向载波信号在运放三的输出端输出，形成大小相等方向相反的双向载波信号；所述的霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路包括一差动放大电路和负反馈PID控制参数电路，所述的差动放大电路的输出端与负反馈PID控制参数电路中的运放四的反相输入端相连，运放四的同相输入端接地，在反相输入端与输出端之间并联一阻抗器；所述的三电平电路包括四个HCPL3120芯片、四个稳压二极管、四个晶体管、四个二极管、两个电容器和两个有极性电容，晶体管一的漏极接电源正极，晶体管一的源极接晶体管二的漏极，晶体管二的源极接晶体管三的漏极，晶体管三的源极接晶体管四的漏极，晶体管四的漏极接电源负极，稳压二极管一、二、三、四的负极分别接晶体管一、二、三、四的栅极，稳压二极管一的正极接在晶体管一的源极和晶体管二的漏极之间，稳压二极管二的正极接在晶体管二的源极和晶体管三的漏极之间，稳压二极管三的正极接在晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，稳压二极管四的正极接在电源负极上，所述的四个HCPL3120芯片的VO引脚7均接在NC引脚6上，NC引脚1、K引脚3和NC引脚4均接地，HCPL3120芯片一、二、三、四的NC引脚6分别与所述晶体管一、二、三、四的栅极相连，所述的四个二极管构成桥式电路，桥式电路的两个输入端一和二分别接在晶体管一的源极和晶体管二的漏极之间、晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，桥式电路的输出端一与一取样电阻串联，取样电阻与一补偿线圈串联，补偿线圈的另一端接在晶体管二的源极和晶体管三的漏极之间，在电源正极与桥式电路另一输出端二之间分别并联有一电容器一和一有极性电容器一，该有极性电容器一的正极接电源正极，负极接桥式电路的输出端二，在桥式电路的输出端二与电源负极之间分别并联有一电容器二和有极性电容器二，该有极性电容器二的正极接桥式电路的输出端二，负极接电源负极，电容器一和二经过桥式电路的输出端二相连接，有极性电容器一的负极和有极性电容器二的正极经过桥式电路的输出端二相连，所需的电压从桥式电路的输出端二输出；所述的方波信号产生电路包括两个比较器和四个非门电路，所述的运放四的输出端分别接比较器的同相输入端，所述的输出的正向载波信号和负向载波信号分别接比较器一和二的反相输入端，有一电容器三的一端与比较器一的同相输入端相连，另一端接地，有一电容器四的一端与比较器一的反相输入端相连，另一端接地，有一电容器五的一端与比较器二的反相输入端相连，另一端接地，比较器一的输出端通过电阻一与非门电路一的输入端相连，有一电阻二的一端接在比较器一的输出端与电阻一之间，电阻二的另一端接电源正极，有一二极管五一的正极与一二极管五二的负极相连并共同接在电阻一与非门电路一输入端之间，二极管五一的负极接+5V电源，二极管五二的正极接地，非门电路一的输出端分别与一电阻三和非门电路二的输入端相连接，电阻三的两端并联一二极管六，二极管六的负极接在电阻三与非门电路一的输出端之间，电阻三与二极管六正极相连的一端有方波信号三输出，一电容器六的一端与二极管六的正极和电阻三的交点相连，电容器六的另一端接地；所述非门电路二的输出端与电阻四相连接，电阻四与一二极管七相并联，二极管七的负极接在非门电路二的输出端和电阻四之间，电阻四与二极管七的正极相连的一端有方波信号一输出，有一电容器七的一端与二极管七的正极和电阻四的交点相连，电容器七的另一端接地；所述比较器二的输出端通过电阻五与非门电路三的输入端相连，有一电阻六的一端接在比较器二的输出端与电阻五之间，电阻六的另一端接电源正极，有一二极管八一的正极与一二极管八二的负极相连并共同接在电阻五与非门电路三输入端之间，二极管八一的负极接+5V电源，二极管八二的正极接地，非门电路三的输出端分别与一电阻七和非门电路四的输入端相连接，电阻七的两端并联一二极管九，二极管九的负极接在电阻七与非门电路三的输出端之间，电阻七与二极管九正极相连的一端有方波信号四输出，一电容器八的一端与二极管九的正极和电阻七的交点相连，电容器八的另一端接地；所述非门电路四的输出端与电阻八相连接，电阻八与一二极管十相并联，二极管十的负极接在非门电路四的输出端和电阻八之间，电阻八与二极管十的正极相连的一端有方波信号二输出，有一电容器九的一端与二极管十的正极和电阻八的交点相连，电容器九的另一端接地；所述的方波信号一、二、三、四分别进入所述HCPL3120芯片一、二、三、四的A引脚2中。