霍尔传感器项目交流报告.ppt

1、基于霍尔传感器的用电信息采集芯片关键技术研究 目目 录录12前期工作前期工作测试与结论13存在的问题4后续工作2022/11/3前期工作前期工作2前前期期工工作作重重点点一一.国外霍尔表概述国外霍尔表概述七七.新型霍尔传感器芯片特性新型霍尔传感器芯片特性三三.国外霍尔表样机芯片测试国外霍尔表样机芯片测试二二.国外霍尔表样机测试国外霍尔表样机测试四四.国外霍尔表磁路设计国外霍尔表磁路设计五五.市面上霍尔传感器选型市面上霍尔传感器选型六六.霍尔传感器磁路设计霍尔传感器磁路设计2022/11/3一.国外Hall传感器电能表概览Landis+Gyr Domestic3前期工作前期工作2022/11/3

2、Landis+GyrE4504前期工作前期工作2022/11/3SIEMENS TD-35115前期工作前期工作2022/11/3国外霍尔电能表主要性能参数国外霍尔电能表主要性能参数电能表型号电压(V)电流(A)等级Landis+Gyr Domestic3*230/4005(80)2级（有功）级（有功）Landis+Gyr E4503*230/4005(100)1级（有功）级（有功）2级（无功）级（无功）SIEMENS TD-35113*230/4005(60)2级（有功）级（有功）6前期工作前期工作2022/11/3二.国外霍尔电能表样机测试由于条件所限只对SIEMENS TD-3511样表

3、及霍尔芯片进行了测试，SIEMENS TD-3511合相误差为-0.26%0.31%，A相误差为-0.31%0.3%，B相误差为-0.47%0.38%，C相误差为-0.47%0.07%。可见SIEMENS TD-3511具有很好的线性度。7前期工作前期工作 表内表内hall传感器芯片分析传感器芯片分析电能表引脚ADC计量Landis+Gyr Domestic 14(电压分压回路接入到芯片中)(表上无计量芯片，且主芯片MCUHB/38024不具备计量运算能力；)Landis+Gyr E450 14SIEMENS TD-3511 4三.国外霍尔电能表样机芯片测试8前期工作前期工作2022/11/3

4、TEMP.LINEPLINENSVOB1SVOB2SYMoffset%VV%mV测试环境温度S极线性度N极线性度S极作用输出电压1（加磁200GS）N极作用输出电压1（加磁200GS）对称度失调电压-40100.146699.79342.77872.20910.9965-6.1-2099.7969100.18382.77892.21140.9983-5.5099.8612100.29242.77872.21270.9972-3.025100.2552100.3252.77632.21730.9986-3.05099.6122100.22362.77712.21690.9986-2.67598.

5、375398.78962.77222.22141.0015-2.69 SIEMENSTD-3511霍尔芯片测试结果如下表所示：霍尔芯片测试结果如下表所示：前期工作前期工作10从上图可得，西门子霍尔传感器从上图可得，西门子霍尔传感器S极从极从-4075的温漂为的温漂为1.8799%，N极从极从-4075的温漂为的温漂为1.5354%。在。在75时霍尔传感器线性度最差（时霍尔传感器线性度最差（S极极-1.6247%，N极极-1.2104%）。并依图中所示，）。并依图中所示，S极和极和N极线性度随温度极线性度随温度变化的曲线走势很相似，可知变化的曲线走势很相似，可知S极和极和N极具有很好的对称性。极

6、具有很好的对称性。前期工作前期工作11 西门子霍尔芯片动态范围测试：西门子霍尔芯片动态范围测试：磁场强度磁场强度（GSGS）S S极作用输出极作用输出电压（电压（V V）S S极灵敏度极灵敏度（mV/GS)mV/GS)S S极灵敏度误极灵敏度误差差(%)(%)N N极作用输出极作用输出电压（电压（V V）N N极灵敏度极灵敏度（mV/GS)mV/GS)N N极灵敏度误差极灵敏度误差(%)(%)0 02.5005 2.5005 2.5005 2.5005 1 12.5020 2.5020 1.5000 1.5000-9.1-9.12.4990 2.4990-1.5000-1.5000+5.8+5

7、.85 52.5060 2.5060 1.1000 1.1000-20-202.4932 2.4932-1.4600-1.4600+3.0+3.010102.5118 2.5118 1.1300 1.1300-17.8-17.82.4860 2.4860-1.4500-1.4500+2.3+2.31001002.6380 2.6380 1.3750 1.3750 0 02.3587 2.3587-1.4180-1.4180 0 03003002.9221 2.9221 1.4053 1.4053+2.2+2.22.0889 2.0889-1.3720-1.3720-3.2-3.25005003

8、.2103 3.2103 1.4196 1.4196+3.2+3.21.7992 1.7992-1.4026-1.4026-1.1-1.17007003.4788 3.4788 1.3976 1.3976+1.6+1.61.5219 1.5219-1.3980-1.3980-1.4-1.4 9009003.7575 3.7575 1.3967 1.3967+1.6+1.61.2442 1.2442-1.3959-1.3959-1.6-1.6110011004.0370 4.0370 1.3968 1.3968+1.6+1.60.9618 0.9618-1.3988-1.3988-1.4-1.4

9、130013004.3180 4.3180 1.3981 1.3981+1.7+1.70.6860 0.6860-1.3958-1.3958-1.6-1.6150015004.6030 4.6030 1.4017 1.4017+1.9+1.90.4060 0.4060-1.3963-1.3963-1.5-1.5170017004.8820 4.8820 1.4009 1.4009+1.9+1.90.1645 0.1645-1.3741-1.3741-3.1-3.1前期工作前期工作 从上表可以看出SIEMENS TD-3511霍尔芯片S极在010GS磁场条件下测试结果并不是很理想，其灵敏度误差达

10、到了9%以上并且在5GS时达到了20%；而在磁场强度大于10GS时，芯片具有较好的线性度，灵敏度误差小于3.2%；而N极在1GS1700GS条件下均具有很好的线性度，最大灵敏度误差为5.8%。此测试结果显示此霍尔芯片仅仅在磁场为7001500GS范围可以满足2级表的线性度要求。然而要实现5（60）A的检测范围是不可能做到的，因此分析有可能是设计者通过磁路设计或者软件补偿的方法来实现宽范围内的电流检测；霍尔可能是因为测试时是将霍尔芯片和聚磁环分离测试的，因此有可能影响到了它的性能，因此而使动态范围不能达到；或者是由于此次芯片测试是交由第三方测试的，因此也不能排除误差是人为引起的。2022/11/

11、312国外霍尔电能表芯片测试国外霍尔电能表芯片测试2022/11/3四、国外样表磁路设计四、国外样表磁路设计1 1、西门子电表（、西门子电表（SIEMENS TD-3511SIEMENS TD-3511）磁路设计）磁路设计 SIEMENS TD-3511 SIEMENS TD-3511磁路设计为框型聚磁环并且在中间位置有上下凸起，巧妙的使用框形聚磁环将进出电磁路设计为框型聚磁环并且在中间位置有上下凸起，巧妙的使用框形聚磁环将进出电流产生的磁场聚集到了霍尔芯片上，具有很好的聚磁效果，但是由于工艺复杂成本较高。具体结构如下图流产生的磁场聚集到了霍尔芯片上，具有很好的聚磁效果，但是由于工艺复杂成本较

12、高。具体结构如下图所示：所示：13前期工作前期工作2022/11/32.兰吉尔电表（兰吉尔电表（Landis+GyrDomestic）磁路设计磁路设计Landis+GyrDomestic磁路采用磁路采用C型聚磁环对霍尔芯片进行聚磁，工艺简单，安装方便，成本相对较低。型聚磁环对霍尔芯片进行聚磁，工艺简单，安装方便，成本相对较低。具体结构如下图所示：具体结构如下图所示：14前期工作前期工作2022/11/33.兰吉尔电表（兰吉尔电表（Landis+GyrE450）磁路设计磁路设计Landis+GyrE450磁路设计结构为将霍尔芯片嵌入到一个卡槽中，卡槽起到聚磁作用，并且在霍尔芯片的磁路设计结构为将

13、霍尔芯片嵌入到一个卡槽中，卡槽起到聚磁作用，并且在霍尔芯片的表面有一块金属片起到对芯片的保护作用。可以说表面有一块金属片起到对芯片的保护作用。可以说Landis+GyrE450是是Landis+GyrDomestic磁路设计磁路设计的升级，结构更加巧妙。具体结构如下图所示：的升级，结构更加巧妙。具体结构如下图所示：15前期工作前期工作16五、市面上的霍尔芯片五、市面上的霍尔芯片5.1A1326线性度漂移线性度漂移前期工作前期工作175.2A1326温度特性曲线温度特性曲线市面上霍尔芯片分析市面上霍尔芯片分析185 5.3.3 市面典型芯片特性市面典型芯片特性 供应商传感器参数 燦瑞orient

14、半导体公司(OCH1900)英飞凌infineon半导体公司(TLE4997)Allegro半导体公司（A1326）Allegro半导体公司（A1363）SIEMENS TD-3511 用霍尔传感器（燦瑞测）工作电压（4.5-64.5-5.53-5.54.5-5.53-5.5线性度5%0.6%1.5%0.5%1.63%温漂1000ppm/1000ppm/300ppm/2%1.88%灵敏度1.4300mv/mT2.5mv/G1.5/3.2/6.8/14.51.4mv/G失调电压4mV/-3.5mV(VPP)6.3mV(VPP)-工作温度)-40-125-40-125-40-150-40-150-

15、40-75测量范围-1400-1400G-200G-200G0.22G-940G0.2-336.9G-1700G-1700G价格（美元）0.130.1-注：温漂为各芯片在整个温度范围内的温度漂移误差。表格中所选芯片型号均为各供应商结合要求推荐的芯片。对于线性霍尔传感器，如要求检测0.05A60A电流，需要霍尔传感器达到1:1200的动态检测范围，而目前市面上的线性霍尔传感器无法达到此动态范围；并且线性霍尔芯片的线性度以及温漂都不太理想。因此使用线性霍尔无法满足电能表计量要求。市面上霍尔芯片分析市面上霍尔芯片分析2022/11/3六、霍尔传感器磁路设计六、霍尔传感器磁路设计 如上图所示，在检测过

16、程中由于电流产生的磁场强度比较小，传统式霍尔传感器在使用中必须和聚磁环配合使用。6.1传统霍尔传感器磁路设计传统霍尔传感器磁路设计19前期工作前期工作206.2采用采用DRV411进行闭环设计消除失调电压及漂移进行闭环设计消除失调电压及漂移通过采用DRV411可以将霍尔传感器失调电压降至uV级，但是聚磁环模块设计较复杂。前期工作前期工作216.3 电流式霍尔传感器工作示意图（电流式霍尔传感器工作示意图（ACS770）测量电流时由于电流是从芯片引脚流入，不需要加聚磁设计，但是其本身抗磁干扰能力不是很好，因此需要进行抗磁干扰磁路设计，如上图右所示。前期工作前期工作2022/11/36.4 平面式（平面式（IMC）霍尔传感器）霍尔传感器 平面式霍尔传感器工作示意图平面式霍尔传感器工作示意图22前期工作前期工作2022/11/3七、七、新型霍尔传感器芯片特性新型霍尔传感器芯片特性 供应商传感器参数 英飞凌infineon半导体公司(TLI4970)Allegro半导体公司（ACS709)Allegro半导体公司（ACS770)迈来芯MelexisMLX91208工作电压（V)3.1-3.53-