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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張朝凱
研究生(外文):Chao-Kai Chang
論文名稱:雙電壓霍爾效應電流感測器
論文名稱(外文):Dual Voltage Supply Hall Effect Current Sensor
指導教授:黃榮堂黃榮堂引用關係
口試委員:林致廷宋國明
口試日期:2012-01-03
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:58
中文關鍵詞:電流感測器霍爾效應感測器
外文關鍵詞:Current SensorHall Effect Sensor
相關次數:
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本論文利用半導體製程高度整合的特性,將雙電壓霍爾效應電流感測器的被動元件整合於IC內部,改善既有霍爾效應電流感測器在低電流感應輸出電壓較不明顯且線性較差的性能獲得提升。
IC內部包含電源穩壓電路提供IC內部工作電壓,帶差參考電路提供參考電壓於源極隨偶輸出放大器,該放大器用來供應固定的電流源於霍爾效應感測器,使其正常工作感應磁場變化後輸出電壓,該輸出電壓再經由推挽式輸出放大器將其差分放大後輸出,新版IC精簡被動元件數量約佔既有電路的77.3%。
量測部分使用現行8.5A的霍爾效應電流感測器套用下線IC後進行量測,量測結果改善了既有電路正電流輸出電壓落後0.096V和負電流輸出電壓超前0.048V的電壓輸出,並將正負電流的輸出電壓誤差改善至0.01V,此結果可避免馬達或機具於延遲或提前作動時誤動作的發生,而低電流感應電壓輸出也在新版IC中獲得改善,其改善於0.5A以內的輸出電壓與線性均獲得明顯的提升。

The thesis is regarding to utilize the high-integration characteristics of semiconductor process to integrate discrete components of dual voltage supply Hall effect current sensor in an IC. This integration will overcome the shortcomings of non-linearity and low sensitivity when Hall effect current sensor is operated in low current.
The IC also incorporates a voltage regultor to supply internal circuits and a bandgap circuit as a reference voltage of a source follower amplifier. This amplifier is adopted to provide a constant current to hall sensor hence Hall sensor can normally sense the change of magnetic field and output a relative voltage. This voltage will be differentiated and amplified by a push-pull amplifier. The new art of IC will reduce the quantity of passive components in PCB to a portion of 77.3%.
The measurement equiment is a 8.5A Dual voltage supply Hall effect current sensor. The measured results show improvements compared to existed circuits. The improvement includes reducing amount of voltage lagging positive current and amount of voltage leading negative current; the former is 0.096V and the latter is 0.048V. This IC performs a good correction of lowering the output voltage error to 0.01V. This enhancement could avoid mal-function of motors or tools due to above mentioned lagging or leading. On the other hand, performance is increased when low output voltage is generated from low sensed current. Obvious promotion in output voltage linearity is seen when sensed current is within 0.5A.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 簡介 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 研究大綱 3
第二章 霍爾效應電流感測器應用電路介紹 4
2.1電壓偏壓模式 5
2.2電流偏壓模式 7
2.3差分放大器 11
2.4雙電壓霍爾效應電流感測器 13
2.5單晶片霍爾效應電流感測器 14
第三章 電路設計模擬與佈局設計 15
3.1電源穩壓電路 17
3.1.1 電源穩壓電路暫態模擬 18
3.1.2 電源穩壓電路穩態模擬 19
3.1.3 電源穩壓電路佈局 20
3.2帶差參考電路 21
3.2.1 帶差參考電路溫度分析 23
3.2.2 帶差參考電路供應電壓分析 23
3.2.3 帶差參考電路電阻變化分析 24
3.2.4 帶差參考電路暫態分析 25
3.2.5 帶差參考電路佈局 26
3.3源極隨耦輸出放大器 31
3.3.1 源極隨耦輸出放大器暫態分析 32
3.3.2 源極隨耦輸出放大器交流分析 35
3.3.3 源極隨耦輸出放大器佈局 36
3.4推挽式輸出放大器 37
3.4.1 推挽式輸出放大器暫態分析 38
3.4.2 推挽式輸出放大器交流分析 40
3.4.3 推挽式輸出放大器佈局 41
3.5霍爾效應電流感測電路設計 42
3.5.1 霍爾效應電流感測電路模擬 43
3.5.2 霍爾效應電流感測電路佈局 46
第四章 量測結果 47
第五章 結論 53
5.1 電路改善方式 53
5.2 未來研究方向 54
參考文獻 57
作者簡介 58


[1] Don Alfano,在開關模式電源應用中使用電流感測器的考量,電子工程專輯, http://www.eettaiwan.com/ART_8800494579_480502_TA_2e303ae3.HTM,December 2011.
[2] Edward Ramsden, Hall-Effect Sensors Theory and Applications Second Edition, United States of America: Newnes, 2006, pp. 36-54.
[3] 李泰成譯,類比CMOS積體電路設計,台中:滄海書局,2005,第3-19~3-26、4-1、11-1~11-19頁
[4] 劉樹棠、朱茂林、荣玫等譯,基於運算放大器和模擬集成電路的電路設計,西安:西安交通大學出版社,2009,第54-71頁
[5] 張樂鋒、張鼎等譯,運算放大器應用技術手冊,北京:人民郵電出版社,2009,第88-89頁
[6] 鄭原輝,Dual Voltage Supply Current Sensor,均鈺科技股份有限公司,http://www.hypro.com.tw/documents/Dual_Voltage_Supply_20091021.pdf,
December 2011.
[7] NEC,uPC4570,NEC,http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nec/UPC4570.pdf, December 2011.
[8]Allegro,ACS712,Allegro,http://www.allegromicro.com/en/Products/Current-Sensor-ICs/Zero-To-Fifty-Amp-Integrated-Conductor-Sensor-ICs/ACS712.aspx,
December 2011.
[9] Asahi Kasei Microdevices, HG-362G,旭化成株式會社,http://www.asahi-kasei.co.jp/ake/jp/product/hall/file/hg-362a.pdf,December 2011.
[10] eCircuit Center, Push-Pull Output Stage , eCircuit Center,http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/pushpull/pushpull.htm,December 2011.
[11] Alan Hastings, The ART of ANALOG LAYOUT, United States of America: Prentice Hall, 2001
[12] 蕭培墉、吳孟賢,Hspice-積體電路設計分析與模擬導論,台北:東華書局,2005
[13] 鍾文耀、鄭美珠,CMOS電路模擬與設計-使用Hspice,台北:全華科技圖書,2005

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