霍尔传感器论文传感器论

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1、学术发表和写作资源平台：www.lunwenchina.net.cnQQ：275252867霍尔传感器论文传感器论文测功率霍尔传感器设计分析摘要:根据霍尔元件的工作原理,设计出利用霍尔元件测量电功率的霍尔传感器,根据霍尔元件传感器设计原理和性能指标,设计出所要利用的霍尔元件的材料、尺寸,预测其能达到的效果;确定产生使霍尔元件工作的磁场螺线圈,并指出霍尔元件可能产生的误差及所进行补偿措施。　　关键词:功率;霍尔元件;传感器　　1霍尔功率变换器的设计原理　　由霍尔元件的工作原理可知,霍尔电势UN与B、I的乘积成正比,若能把功

2、率P=UI中的转化UI为B、I的乘积,则可以通过测量出UN的大小来计算出P的大小,霍尔功率变换器就是根据这一思路设计的。霍尔功率变换器中通过霍尔元件两端的电流由负载电压及所串电阻R决定,电磁感应强度B由串联与负载上的线圈产生,其大小与负载电路中的电流IL成正比。原理图如图1所示。　　有一固定线圈串联连接于负载,故其所产生的磁场将比例于负载电流IL;霍尔元件并联连接于负载端,流过的电流IC正比于负载电压.最终,在霍尔元件的a-b之间霍尔电压UH将正比于负载电流IL与电压UH乘积的瞬时值.在正弦交流电路中,电压电流

3、相量分别为UL,IL它们之间相位差为φL,则:　　IL=ULKL,(1)论文发表联系方式qq：278121888学术发表和写作资源平台：www.lunwenchina.net.cnQQ：275252867　　KL,为电路转换系数,　　则ic=KLUlmsinwt(2)　　B=KsILmsin(wt+L)(3)　　由(1)(2)(3)得:uH=KULKLcosL-KULKL(2wt+L)(4)　　其中K=KHKLKS,KH为霍尔元件的灵敏度系数,KL为电路

4、转换系数,KS为线圈产生磁感应强度的常数。　　滤掉二次谐波后输出的电压UO=KULKLcosL(5)　　与网络的有功功率成正比,电能为:P=∫21=ULILcosldt=∫21UOKdt(6)　　2霍尔元件尺寸的确定　　霍尔电势不但与材料的电阻率和迁移率有关,而且还与材料的几何形状和尺寸有关。一般要求霍尔元件的灵敏度越大越好,霍尔元件的灵敏度与厚度成反比。因此,厚度越薄,灵敏度越高。但也并不是越薄越好,因为元件减薄后,输出和输入阻抗将很大,这就必须降低激励电流,否则元件的功耗很大,并引

5、起温升,对器件工作非常不利。当霍尔元件的宽度w加大,或1/w减小时,载流子在偏转过程中的损失将加大,通常要对霍尔电势进行修正:　　VH=RH1wIBf(1w)(7)　　式中f(1w)为形状效应系数,其修正值(12)如表1。　　可以看出,当1w论文发表联系方式qq：278121888学术发表和写作资源平台：www.lunwenchina.net.cnQQ：275252867大于3时,f(1w)内趋近1这时电流控制极的短路效应的影响几乎不存在了,因此,实际设计霍尔翼件时,考虑到加工的难易程度和机械强度,长宽比1w一般取2-

6、2.5就足够了,如果1w取得过大,反而使霍尔器件的输出电阻变大,增加输入功耗,降低输出效率。　　国产霍尔片尺寸一般为1=4mm;w=2mm;d=0.1mm,也是本文所选霍尔片的尺寸。　　3霍尔元件材料的确定　　3.1霍尔元件材料的选取依据　　霍尔元件是霍尔传感器的核心敏感部件。　　由于材料的电阻率P与载流子的浓度和迁移率有关,即:　　ρ=1nμq(8)　　根据(2)(3)式有ρ=RHμ,RH=ρμ(9)　　霍尔系数RH反映了材料的霍尔电动势的强弱。要想获得较强的霍尔电势,就要求半导体材料的电阻率和载流子的迁移率都

7、要大。　　一般金属材料的载流子的迁移率很大,但自由电子浓度n很高,使电阻率很小,霍尔系数也很小,使输出UH极小,不宜作霍尔元件,如CU的n=8.47×1023e/m3,而霍尔系数却很小约为-0.5×10-10m2/c左右;绝缘体的电阻率很高,但载流子的浓度很低:只有半导体材料才是理想的霍尔效应器件材料。　　3.2制作霍尔元件的半导体材料　　常用制作霍尔元件的半导体材料及其性能参数(13)见表2。论文发表联系方式qq：278121888学术发表和写作资源平台：www.lunwenchina.net.cnQQ

8、：275252867　　从表中我们可以看到锑化铟材料所具有的μρ和μ值为所有半导体材料中最大的。然而锑化铟的禁带宽度很小,本征激发强,故温度性能比不上锗、砷化铟。锗材料的μ值虽不大,但其μρ(霍尔系数)值较大,其霍尔系数、温度性能和线性度都较好因此是一种常用的材料。硅的线性度较好,其霍尔系数、温度性能同