磁传感器集成电路、电机组件及应用设备的制作方法

本发明涉及集成电路设计技术领域，更具体的说，是涉及一种磁传感器集成电路、电流源发生器、使用该磁传感器集成电路的电机组件及使用该电机组件的应用设备。

背景技术：

霍尔传感器是广泛应用的磁场检测元件，特别是在电机领域通常使用霍尔传感器检测磁场变化以控制电机换向、转速等。霍尔元件通常由半导体材料制成且在霍尔元件两端施加恒定电压驱动，在温度变化时，霍尔元件的灵敏度变化明显，需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行补偿。然而，现有温度补偿电路设计复杂，且占用集成电路的空间较大。

技术实现要素：

本发明提供了一种磁传感器集成电路及电流源发生器，以解决现有技术中由于需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行补偿，而现有温度补偿电路设计复杂，占用集成电路的空间较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁传感器集成电路，包括：

磁感测元件，检测外部磁场变化以输出磁场感测信号；

信号处理器，处理所述磁场感测信号并输出磁场检测信息；及

电流源发生器，输出不受温度影响的恒定电流至所述磁感测元件。

优选的，所述电流源发生器包括：电压源，用于输出基准电压；及与所述电压源连接的温度补偿电阻，且所述电压源经所述温度补偿电阻输出恒定电流至所述磁感测元件。

优选的，所述电压源为带隙基准电压源，所述带隙基准电压源将直流电压转换并输出所述基准电压。

优选的，所述电流源发生器还包括与所述温度补偿电阻并联的至少一普通电阻，所述电压源经所述至少一普通电阻输出至少一电流。

优选的，所述温度补偿电阻包括串联的正温度系数补偿电阻和负温度系数补偿电阻。

优选的，所述正温度系数补偿电阻为第一掺杂类型多晶硅电阻，所述负温度系数补偿电阻为第二掺杂类型多晶硅电阻。

优选的，所述带隙基准电压源为双极结型晶体管核心电路。

优选的，所述双极结型晶体管核心电路包括至少两个三极管。

优选的，信号处理器包括用于对所述磁场感测信号进行放大去干扰处理的信号处理单元以及用于将经过所述信号处理单元处理的检测电信号转换为开关型检测信号的模数转换器。

优选的，所述信号处理单元包括用于放大所述磁感测信号的放大器。

优选的，所述放大器为斩波放大器。

优选的，所述信号处理单元包括开关电容滤波器，用于对磁感测元件输出并经放大的所述感测信号进行采样滤波消除偏差信号。

优选的，所述磁感测元件为霍尔元件。

优选的，所述磁传感器集成电路还包括：ac-dc转换器，用于将交流电压转换为直流电压且为所述电流源发生器提供直流电压。

一种电机组件，包括由一交流电源供电的电机；与所述电机串联的双向导通开关；以及前述的的磁传感器集成电路，所述磁传感器集成电路的输出端口与所述双向导通开关的控制端电连接。

相应的，本发明还提供了包括所述电机组件的应用设备。

可选的，所述应用设备为泵、风扇、家用电器或者车辆。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的磁传感器集成电路中的磁感测元件接受不受温度变化影响的恒定电流，在恒定电流驱动条件下，磁感测元件的灵敏度基本不受温度影响从而本发明的磁传感器集成电路不需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行温度补偿，补偿电路设计简单，占用集成电路的空间较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的磁传感器集成电路的总体结构示意图。

图2为本发明实施例公开的一种电流源发生器的结构示意图。

图3为本发明实施例公开的一种磁传感器集成电路结构示意图。

图4为本发明实施例中的ac-dc转换器的结构示意图。

图5为本发明实施例公开的的一种信号处理器结构示意图。

图6为本发明实施例公开的一种带隙基准电压源结构示意图。

图7是本发明实施例公开的一种电机组件的电路结构示意图。

图8为本发明实施例公开的同步电机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

经研究发现，霍尔元件在恒压驱动的情况下，当温度变化时霍尔元件的灵敏度变化较大，导致霍尔信号的失真严重。而在恒流驱动的情况下，即使当温度变化时，霍尔元件的灵敏度变化不明显，即霍尔元件的灵敏度基本不随温度变化而变化。

本发明提供的电流源发生器，应用于磁传感器集成电路，用于为磁感测模块提供电流，具体的，请参阅附图1，图1为本发明实施例公开的磁传感器集成电路400的总体结构示意图。所述磁传感器集成电路400与交流电源连接并根据外界磁场极性输出控制信号至双向可控交流开关。所述磁传感器集成电路400包括ac-dc转换器、电流源发生器、磁感测模块与时钟模块。所述ac-dc转换器用于将交流电压转换为低压直流电压并为所述磁感测模块与时钟模块供电。所述电流源发生器根据所述低压直流电压输出多个电流。所述磁感测模块用于检测外界磁场变化并根据磁场变化输出控制信号。所述时钟模块为所述感测模块提供时钟信号。

请参阅附图2，图2为本发明实施例公开的一种电流源发生器的结构示意图。如图2所示，本发明公开了一种电流源发生器201，包括：带隙基准电压源202，用于输出基准电压；与带隙基准电压源202相连的至少一普通电阻203，所述带隙基准电压源202经所述至少一普通电阻203输出至少一电流i1、i2、i3等。与带隙基准电压源202相连的温度补偿电阻204，所述带隙基准电压源202经所述温度补偿电阻204输出恒定电流i-hall。

其中，温度补偿电阻包括相互串联的正温度系数补偿电阻和负温度系数补偿电阻。通过设置正温度系数补偿电阻的阻值与负温度系数补偿电阻的阻值消除温度变化对电阻值的影响，即当所述磁传感器集成电路的温度变化时所述温度补偿电阻的阻值不随温度变化而变化。所述正温度系数补偿电阻为第一掺杂类型多晶硅电阻，负温度系数补偿电阻为第二掺杂类型多晶硅电阻。在本实施方式中，所述第二掺杂类型多晶硅电阻为n+型多晶硅电阻，所述第二掺杂类型多晶硅电阻为p+型多晶硅电阻。

其中，带隙基准电压源包括双极结型晶体管核心电路，双极结型晶体管核心电路包括至少两个三极管，其中，一三极管发射极的面积是另一三极管发射极面积的至少2倍。

本发明公开了一种电流源发生器，其包括与带隙基准电压源相连的温度补偿电阻，所述带隙基准电压源经所述温度补偿电阻输出恒定电流。本发明通过在带隙基准电压源串联一温度补偿电阻，从而通过所述温度补偿电阻输出不受温度影响的恒定电流至磁感测元件，而在恒定电流驱动条件下，磁感测元件的灵敏度基本不受温度影响。

本实施例提供的电流源发生器，在正常工作时，带隙基准电压源通过设置双极结型晶体管核心电路为系统提供稳定、高精度的1.25v的基准电压，并为其他电路模块提供稳定的偏置基准电流。

请参阅附图3，图3为本发明实施例公开的一种磁传感器集成电路400结构示意图。本发明在上述公开的一种电流源发生器的基础上，还公开了一种磁传感器集成电路，所述磁传感器集成电路400用于感测磁场变化并输出控制信号，包括上述实施例提供的电流源发生器301，该磁传感器集成电路还包括：磁感测元件302和信号处理器303。

所述磁感测元件302用于检测外部磁场并相应输出磁场感测信号；所述信号处理器303用于处理磁场感测信号并输出控制信号；所述电流源发生器201包括带隙基准电压源202、至少一电阻203以及温度补偿电阻204，用于接收一直流电压并输出恒定电流至磁感测元件302，且输出电流至信号处理器303。所述磁感测元件302由所述电流源发生器201输出的恒定电流i-hall驱动。

本发明通过在带隙基准电压源串联一温度补偿电阻从而输出不受温度影响的恒定电流至所述磁感测元件，而在恒定电流驱动条件下，磁感测元件的灵敏度基本不受温度影响，不需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行温度补偿，补偿电路设计简单，占用集成电路的空间较小。

其中，磁感测元件为霍尔元件。优选的，如图3所示，上述磁传感器集成电路还包括：分别与信号处理器303和电流源发生器301相连的ac-dc转换器307。所述ac-dc转换器与市电系统相连将交流电压转换为低压直流电压且为所述带隙基准电压源提供基准电压交为所述信号处理器303供电。

具体的，上述所述ac-dc转换器输出的电压为直流3～18v电压。具体的，请参阅附图4，图4为本发明实施例中的ac-dc转换器中整流桥电路的结构示意图。

输入的市电通过整流桥电路和低压差线性稳压器将高压交流电压转化为低压直流电压(较佳的为3～18v)，如图4所示，所述整流桥电路包括分别经第一二极管和第二二极管反向并接于vac+和vca-之间的第三二极管和第四二极管，其之间设置一个稳压二极管，同时实现稳压作用。

请参阅图5，图5为本发明实施例公开的的一种信号处理器结构示意图。所述信号处理器303包括放大器315、开关电容滤波器317及模数转换器319。所述放大器315用于放大所述磁感测信号的放大器315。由于磁感测元件302与放大器315本身器件原因会产生相较于磁感测信号较大的偏差信号。所述开关电容滤波器317用于对所述磁感测元件输出并经所述放大器315放大的感测信号进行采样滤波以消除偏差信号。所述模数转换器319将所述开关电容滤波器317输出的滤波信号转换为开关型控制信号。在本实施方式中，所述放大器315为斩波放大器。所述模数转换器319包括迟滞比较器与锁存器。

请参阅附图6，图6为本发明实施例中提到的带隙基准电压源的结构电路图。带隙基准电压源202包括启动电路205、运放电路206和带隙核心电路207，所述启动电路2205的输出偏置端连接到运放电路206和带隙核心电路207，启动电路205提供稳定的电压偏置点使后续连接的运放电路206和带隙核心电路207工作在合适的静态工作点从而启动整个带隙基准电压源电路。所述带隙基准电压源201通过输出端输出参考电压vref。所述带隙核心电路为双极结型晶体管电路，包括至少两个三极管，其中，一三极管发射极的面积是另一三极管发射极面积的至少2倍。所述参考电压vref经所述至少一电阻203输出至少一电流，如i1、i2及i3等；同时经所述温度补偿电阻204输出恒定电流i_hall。

请参阅图7，图7是本发明实施例公开的一种电机组件的电路结构示意图。本发明实施例还提供了一种电机组件，所述电机组件包括：由一交流电源100供电的电机200；与所述电机200串联的双向导通开关300；以及依据本发明上述任一实施例所提供的磁传感器集成电路400，所述磁传感器集成电路400的输出端口与所述双向导通开关300的控制端电连接。优选的，所述电机组件还包括降压电路500，用于将所述交流电源100降压后提供给所述磁传感器集成电路400。磁传感器集成电路400靠近电机200的转子安装以感知转子的磁场变化。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个具体实施例中，所述电机为同步电机，如图8所示，所述同步电机包括定子和可相对定子旋转的转子11。定子具有定子铁心12及绕设于定子铁心12上的定子绕组16。定子铁心12可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢等软磁材料制成。转子11具有永磁铁，定子绕组16与交流电源串联时转子11在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒速运行，其中f是所述交流电源的频率，p是转子的极对数。本实施例中，定子铁心12具有两相对的极部14。每一极部具有极弧面15，转子11的外表面与极弧面15相对，两者之间形成基本均匀气隙。本申请所称基本均匀的气隙，是指定子与转子之间大部分形成均匀气隙，只有较少部分为非均匀气隙。优选的，定子极部的极弧面15上设内凹的起动槽17，极弧面15上除起动槽17以外的部分则与转子同心。上述配置可形成不均匀磁场，保证转子在静止时其极轴s1相对于定子极部的中心轴s2倾斜一个角度，允许电机在集成电路的作用下每次通电时转子可以具有起动转矩。其中转子的极轴s1指转子两个极性不同的磁极之间的分界线，定子极部14的中心轴s2指经过定子两个极部14中心的连线。本实施例中，定子和转子均具有两个磁极。可以理解的，在更多实施例中，定子和转子的磁极数也可以不相等，且具有更多磁极，例如四个、六个等。

相应的，本申请实施例还提供了一种应用设备，包括由一交流电源供电的电机；与所述电机串联的双向导通开关；以及上述任意一实施例提供的磁传感器集成电路，所述磁传感器集成电路的输出端口与所述双向导通开关的控制端电连接。可选的，所述应用设备可以为泵、风扇、家用电器、车辆等应用设备中，所述家用电器例如可以是洗衣机、洗碗机、抽油烟机、排气扇等。

本实施例在正常工作时，带隙基准电压源模块为系统提供稳定、高精度的1.25v的基准电压，通过在所述带隙基准电压源串联一温度补偿电阻，从而输出不受温度影响的恒定电流至所述磁感测元件，而在恒定电流驱动条件下，磁感测元件的灵敏度基本不受温度影响，不需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行温度补偿，从而减小了集成电路的面积。

综上所述，本发明的磁传感器集成电路通过在所述带隙基准电压源串联一温度补偿电阻，从而输出不受温度影响的恒定电流至所述磁感测元件，而在恒定电流驱动条件下，磁感测元件的灵敏度基本不受温度影响，另外，本发明还公开了一种磁传感器集成电路，不需要额外增加温度补偿电路对霍尔信号进行温度补偿，补偿电路设计简单，占用集成电路的空间较小。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。