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1、2005年仪表技术与传感器2005第4期InstrumentTechniqueandSensorNo14新型霍尔传感器在电流检测中的应用李亮,阙沛文,陈亮(上海交通大学自动检测研究所,上海200030)摘要:相对于传统的集成霍尔传感器,磁集极霍尔传感器具有高线性度、低磁滞、高灵敏度、体积小、价格低等优点。随着该技术的推广,磁集极霍尔传感器必将广泛应用于很多领域。介绍了磁集极霍尔传感器检测电流的基本原理及应用,并且提出了对于不同范围电流检测的解决办法。关键词:霍尔;磁集极;电流检测中图分类号:TM930;TP212
2、文献标识码:A文章编码:1002-1841(2005)04-0003-02CurrentDetectionBasedonNewHall2effectsensorLILiang,QUEPei2wen,CHENLiang(InstituteofAutomaticDetection,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:ComparedtotraditionalintegrationHallsensor,IMC(integratedmagnet
3、icconcentrator)Hallsensorhastheadvantageofhighsensitivityandlowhysteresis,highlinearity,smallbulk,lowprice.Withthedevelopmentofthetechnology,IMCHallsensorcanbeagoodchoicesformanyareas.Hasfocusedoncurrentsensing,providesauniquesolutiontocurrentsensingbycombini
4、ngalltheadvantagesofHallsensors.KeyWords:HallSensor;IntegratedMagneticConcentrator(IMC);CurrentDetection1引言集极,提高灵敏度,同时增强了片内处理电路的功电流检测技术在电气设备检修和自动化领域等能。方面得到了广泛应用。但在电流测量中存在两个困磁集极是采用具有导磁率高,低矫顽磁场的铁磁难:一是测量仪表不方便直接串入电路中;二是电流体制作成铁磁层,采用标准的COMS工艺技术,把它检测电路与被测电路不能直接耦合,否则
5、就会影响被附着在芯片表面。如图1(b)所示,在芯片中间位置,测电路的直流工作点。很多年来,一直使用霍尔传感铁磁层被分为两半,形成两个磁集极,在中间位置形器来测量电流,但是由于传统的霍尔元件的灵敏度比成一个空隙,磁集极把水平磁场在空隙处转变为垂直较低,输出信号有偏置电压和噪声,对于处理电路要方向的磁场,在空隙处磁场的垂直分量最大。两组霍求高,系统成本高。传统的霍尔传感器如果使用不尔器件放置在磁集极底下靠近空隙处,组成惠斯登电当,它的霍尔电压UH与磁感应强度B为非线性关桥结构,由于磁场通过两组霍尔器件的方向相反,输系
6、,且存在不平衡电压UHe,严重影响检测系统的精出信号也相反。对于外部磁场的垂直分量,由于同方度。目前,广泛使用磁集极来提高霍尔传感器的灵敏向通过两组霍尔器件,产生的信号叠加为零,使得该度,但是磁集极和霍尔传感器是分离的,体积庞大,不传感器对于垂直芯片方向的磁场不敏感,而主要检测便于在实际检测系统中应用。基于霍尔效应的磁集平行于芯片表面的磁场。两路信号相叠加输出,很大极(IMC)霍尔传感器,很大程度上提高了电流检测的程度上提高了传感器的信噪比,并且提高了传感器的灵敏度,而且处理电路简单,线性度好,具有较高的准灵敏度
7、。[1-3]确度。虽然采用2个或4个霍尔器件组成惠斯登电桥2磁集极霍尔传感器工作原理磁集极霍尔传感器主要是由霍尔器件、处理电路和磁集极3部分组成,如图1(a)所示。传统的集成霍尔传感器主要把霍尔器件和处理电路集成在芯片内。根据霍尔器件的工作原理,集成霍尔传感器只对垂直于芯片表面的磁场敏感。相对于传统的集成霍尔传感器,针对灵敏度低,输出偏移等缺点,主要增加了磁图1磁集极(IMC)霍尔传感器传感器内部结构图收稿日期:2004-06-23收修改稿日期:2005-01-214InstrumentTechniqueandS
8、ensorApr12005的测量方法可以去除偏置,然而由于惠斯登电桥的不B=μ0H(2)平衡,仍然存在偏移量,对于精密测量,仍然达不到要VS-7[4]如果μ0=4π×10×求。磁集极霍尔传感器在片内集成了去偏移电路Am和温度漂移电路。并且由于内部集成了可编程放大则B=2×10-7×I(3)r器,可以通过软件配置放大倍数,调节传感器的灵敏式中:B为磁感应强度,T;I为导体中
