霍尔元件在电流传感器中的应用

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1、究米哲涛，曹雷开发（宁波南车时代传感技术有限公司，浙江宁波315021）作者简介：米哲涛（1981-），男，工程师，主要从事电流传感器的研发工作。摘要：以霍尔效应为出发点，从霍尔元件的结构、驱动电路、技术参数、引脚及霍尔铁心的配合关系展开，并结合实例进行佐证，详细叙述了霍尔元件在电流传感器应用中的关键项点，为电流传感器设计中霍尔元件的应用提供了参考。关键词：霍尔效应；霍尔元件；技术参数；电流传感器；电磁感应中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-128X(2011)01-0032-04HallElementUsedi

2、ntheCurrentSensorMIZhe-tao,CAOLei(NingboCSRTimesTransducerTechniqueCo.,Ltd,Ningbo,Zhejiang315021,China)Abstract:ThispapertooktheHalleffectasastartingpointtoexpoundrelationshipoftheHallelementstructure,thedrivingcircuit,thetechnicalparameters,thepinsandHallironcore.Atth

3、esametime,itcitedlivinginstancestoperformverifications,furthermore,thekeypointsabouttheapplicationoftheHallincircuitsensorwerepresented.ThispaperprovidesthereferencestotheapplicationofHallelementsincircuitsensordesign.Keywords:Halleffect;Hallelement;technicalparameter;

4、currentsensor;electromagneticinduction直方向施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流0引言霍尔电流传感器是一种磁敏传感器，具有精度高、响应时间快、可靠性高等优点，在轨道交通、工业变频及电力行业等领域应用广泛。霍尔电流传感器经历了电-磁-电的转换过程。载流导体通过电流，在其周围会产生正比于该电流的磁场，用霍尔元件来测量磁场，可得到正比于该磁场的霍尔电势，通过测量霍尔电势的大小来间接测量电流的大小。作为霍尔电流传感器的核心器件之一的霍尔元件起着非常重要的作用。本文以霍尔效应为出发点，对其技术参数与应

5、用要点展开叙述。和磁场的方向上，将产生电势差为V的霍尔电压，霍H尔电压VH与霍尔电流Ic及磁感应强度B的乘积成正比，见式（1）。霍尔效应示意图如图1所示。图1霍尔效应示意图VH=KIcB（1）式中：K=Rh/d，K称为灵敏度，Rh称为霍尔系数，由半导体材料的性质决定，d为半导体材料的厚度。2霍尔元件结构霍尔元件由衬底、十字形霍尔元件、电极引线及1霍尔效应H不同时，可能会大于给出的范围；④Pd不能超过极限要求，设计时，其计算公式为2PD＝IcRd；⑤VOS越小，霍尔元件测量精度越高；⑥元件的工作与储存温度应大于电流传感器的技术参数要求

6、。InSb（锑化铟）材料的霍尔元件以HW-105A为例来说明，如表1、表2所示。表1极限参数（TA＝+25℃）图2霍尔元件内部结构额定值特性半导体材料Ge(锗)、S（i硅）、InS（b锑化铟）、InA（s砷化铟）、GaAs（砷化镓）等都可用来制作霍尔元件，比较常用的有InSb与GaAs。常用的霍尔元件其外形结构有3种：单端引出线型、卧式型、双端引出线型（见图3）。霍尔电流Ic工作温度TA20mA-40～+110℃-40℃～+125℃储存温度Tatg表2主要技术参数（TA＝+25℃）参数测试条件最小值典型值最大值I=0.1mAB=0T

7、输入电阻R240Ω240Ω450Ω450ΩincI=0.1mAB=0T输出电阻RoutcB=50mT,V=1V,c恒压驱动（a）卧式型（b）单端引出线型图3霍尔元件外形（c）双端引出线型霍尔电压V122mV274mVHV=1VB=0.1T偏置电压V-12mV+12mV3霍尔元件驱动电路霍尔元件驱动电路有恒流与恒压2种方式（见图4）。恒流驱动电路是流过元件输入端电流保持恒定的电路，恒压驱动电路是元件输入端的电压保持恒定的电路。OScB=50mT,V=1V-0.2%/℃-1.8%/℃cB=50mT,I=5mAcV的温度系数HVHGaAs

8、（砷化镓）材料的霍尔元件以THS119为例来说明，如表3、表4所示。为验证应用条件不同，VH参数表3极限参数（T＝+25℃）A额定值特性直流，10mA1s，15mA150mW-55～+125℃霍尔电流Ic功耗PD工作温度TA储存温度T