一文讀懂「霍爾傳感器工作原理」

2020-12-18 電子產品世界

　　霍爾器件是一種採用半導體材料製成的磁電轉換器件，霍爾電流傳感器包括開環式和閉環式兩種，高精度的霍爾電流傳感器大多屬於閉環式，閉環式霍爾電流傳感器基於磁平衡式霍爾原理，即閉環原理。今天小編就來為大家介紹一下霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/389998.htm


　　霍爾電流傳感器工作原理

　　1、直放式(開環)電流傳感器(CS系列)


　　圖1.開環霍爾電流傳感器原理

　　當原邊電流IP流過一根長導線時，在導線周圍將產生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，產生的磁場聚集在磁環內，通過磁環氣隙中霍爾元件進行測量並放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標定為4V。

　　2、磁平衡式(閉環)電流傳感器(CSM系列)


　　圖2. 閉環式霍爾電流傳感器_磁平衡式霍爾電流傳感器原理

　　磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環處所產生的磁場通過一個次級線圈電流所產生的磁場進行補償，其補償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處於檢測零磁通的工作狀態。

　　具體工作過程為：當主迴路有一電流通過時，在導線上產生的磁場被磁環聚集並感應到霍爾器件上，所產生的信號輸出用於驅動功率管並使其導通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip與匝數相乘所產生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過Is來測試Ip。當Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重複上述過程重新達到平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經功率放大後，立即就有相應的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級的補償電流安匝數在任何時間都與初級被測電流的安匝數相等。


　　霍爾電流傳感器測量方法

　　1、原邊導線應放置於傳感器內孔中心，儘可能不要放偏;

　　2、原邊導線儘可能完全放滿傳感器內孔，不要留有空隙;

　　3、需要測量的電流應接近於傳感器的標準額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低於額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導線在傳感器的內孔中心繞十圈(一般情況，NP=1;在內孔中繞一圈，NP=2;……;繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度);

　　4、當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。

　　霍爾電流傳感器應用

　　近年來，自動化系統中大量使用大功率電晶體、整流器和可控矽，普遍採用交流變頻調速及脈寬調製電路，使得電路中不再只是傳統的50周的正弦波，出現了各種不同的波形。對於這類電路，採用傳統的測量方法不能反應其真實波形，而且電流、電壓檢出元件也不適應中高頻、高di/dt電流波形的傳感和檢測。


　　霍爾效應傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數。針對霍爾效應傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，採用補償電路進行控制，有效地減少了溫度對測量精度的影響，確保測量準確;具有精度高、安裝方便、售價低的特點。

　　霍爾效應傳感器廣泛應用於變頻調速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數控工具機、電解電鍍、微機監測、電網監測等需要隔離檢測電流電壓的設施中。

　　通過霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用的講解，相信大家對霍爾電流傳感器應該有所了解了。霍爾電流傳感器尤其是閉環式霍爾電流傳感器因其寬頻帶、交直流兩用、不易磁飽和等特點，在工業測控領域得到了廣泛的應用。

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