科普文:霍爾電流傳感器的測量原理是什麼

2021-01-18 玩轉嵌入式

霍爾電流傳感器是依據霍爾效應原理，除了霍爾效應原理之外，還有磁通門技術和磁阻技術來測量電流，磁通門技術從原理上測量精度高於霍爾效應原理，通常用作測量儀器的開發，如高精度的實驗室用電流傳感器。這裡主要介紹依據霍爾效應原理的電流傳感器。

霍爾電流傳感器分類

霍爾電流傳感器在測量方式上可以分為兩種，開環式霍爾電流傳感器和閉環式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結構上來說閉環式傳感器比開環式多了一個線圈，在精度上閉環式要優於開環式。

開環式霍爾電流傳感器測量原理

開環式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾晶片、運放等關鍵元器件構成。當電流穿過鐵芯時會在鐵芯上感應出磁場，鐵芯將磁場聚集於豁口處被霍爾元器件感應到，從而感應出相應的電壓，該電壓被運放處理後輸出，運放所輸出的電壓信號和原邊電流滿足一定的線性關係，從而將被測電流信號轉化為電壓信號，單片機採樣該電壓信號就可計算出被測電流的大小，從而實現測量電流的作用。開環式霍爾電流傳感器又叫直測式。由於體積受限，許多晶片級的霍爾電流晶片都是用開環測量原理，如ACS712、ACS758等。

閉環霍爾電流傳感器工作原理

與開環霍爾電流傳感器相比，閉環霍爾電流傳感器多了一個補償線圈，該線圈纏繞在鐵芯上。當電流傳感器通過鐵芯時，鐵芯感應出磁場，霍爾元器件將磁場轉化成電壓，該電壓被運放處理後驅動電路產生一個補償電流，該補償電流流過線圈產生一個磁場，該磁場與原邊電流產生的磁場大小相等方向相反，從而抵消原邊磁場，處於磁平衡狀態。所以該補償電流就是原邊電流縮放後的，縮放比例與補償線圈的圈數呈線性關係。閉環式霍爾電流傳感器又叫間接測量法。

霍爾電流關鍵元器件-霍爾元器件

在霍爾電流傳感器中，霍爾元器件是關鍵元器件，其性能影響著產品的性能。霍爾元器件的作用是將一定範圍內的磁通量轉化成電壓信號。如下圖所示，霍爾元器件將50mT內的磁通密度轉化成電壓信號。所以選用該晶片時，一定不要讓鐵芯產生的磁通密度超過50mT。

霍爾電流關鍵元器件-鐵芯

霍爾電流傳感器是由結構和電路緊密配合的一個產品，這其中，霍爾元器件的高度、位置，鐵芯的材料、長度、橫截面積都決定著產品的性能。在設計產品時，一定要注意嚴格根據測量範圍計算鐵芯的磁路長度、鐵芯的橫截面積、磁隙間距以及霍爾晶片的高度。當然這部分的計算是設計霍爾電流傳感器中最核心的部分。

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