基于霍尔传感器的电流测量

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1、基于霍尔传感器的电流测量一.霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒了•在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒了（电了或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图一所示的半导体试样，若在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，则在丫方向即试样A，A'电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决定于试样的电类型。显然，该电场足阻止裁流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力相等吋，样品W侧的积累就达到

2、T•衡，故冇⑴艽中EH为霍尔电场，V是载流了在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流了浓度为n,则（2）由⑴、⑵两式可得⑶即霍尔电压VH（A、Ar电极之间的电压）与ISB乘积正比与试样厚度d成反比。比例系数称为霍尔系数，它足反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出VH（伏）以及知道Ils（安）、B（高斯）和d（厘米）可按下式计算RH（厘米3/挥仑）。二.霍尔传感器1.原理凼霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Hh为霍尔常数，它与半导体材质有关；/为霍尔元件的偏置电流；S为磁场强度；rf

3、为半导体材料的厚度。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流/凼定吋，UH将完全取决于被测的磁场强度B。一个尔元件一般杏叫个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流/的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产牛.霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常III外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的祖尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。在半导体溥八两端通以控制

4、电流/，并在溥片的垂且方向施加磁感皮强度为S的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生屯势差为17H的霍尔电压。1.工作原理磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过崔尔半导体时

5、4一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，祺尔电压位很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放人，就能使该电压放人到足以输出较强的信号。苦使霍尔集成电路起传感作用，需耍用机械的方

6、法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中吋，磁场偏离集成片，崔尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某•-•位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正吋传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要冇外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。一.电流测量1.开环式电流传感器测量开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍氺屯流传感器、直检式霍尔电流传感器等。如图，开环式霍尔电流传感器由磁

7、芯、霍尔元件和放大电路构成。磁芯冇一开U气隙，霍尔元件放置于气隙处。当原边导体流过电流吋，在导体周围产生磁场强度与电流人小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，祖尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出，该类传感器通常输出±iov左A的电压信号，也冇部分传感器为了增强电磁兼界性，变换为电流信号输出。2.闭环式电流传感器测量闭环式霍尔电流传感器也称：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。如图，闭环式霍尔电流传感器仅括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组

8、。与开环式崔尔电流传感器扣比，W环式崔尔电流传感器多了副边补偿绕组，正是副边补偿绕组,将闭环式霍尔电流传感器的性能进行了大幅度提升。0V放大电路接受霍尔元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流产生的磁场在气隙处大小相等，方叫相反，抵消原边磁场，形成负反馈闭环控制电路。若副边电流过小，产生的磁场不足以抵消原边磁场，放人电路将输出更人的电流，反之，放大电路输出也流减小，从而维持气隙处的磁场平衡。苦原边电流发生变化，气隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样会调节

9、副边输出电路，使磁场重新达到〒衡。宏观上讲，气隙处将一直维持零磁通，保持磁平衡，这也是零磁通瓦感器及磁平衡霍尔电流传感器名称的来由。1.闭环式电流传感器与开环式电流传感器的主要区别A、带宽区别微观上讲，气隙处的磁场始终在零磁通附近变化，曲于磁场变化幅度非常小，变化幅度小，变化的频率可以更快，因此，闭环式霍尔电流传感器具冇很快的响应时间。实际的闭环式霍尔电流传感器带宽通常可以达到100kHz以上。而开环式霍尔电流传