淺談大電流檢測(cè)的霍爾傳感器選型與應(yīng)用

時(shí)間：2024-11-13作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：305

0引言
      電流檢測(cè)在電動(dòng)汽車的控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、動(dòng)力管理等方面有著重要的應(yīng)用。例如:電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、變頻控制、過載保護(hù)、電池荷電狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。但在電流測(cè)量中存在2個(gè)困難:1)測(cè)量?jī)x表不方便直接串入電路中;2)電流檢測(cè)電路與被測(cè)電路不能直接耦合,否則,會(huì)影響被測(cè)電路的直流工作點(diǎn)。霍爾傳感器由于具有體積小、功耗低、噪聲小、隔離效果好等點(diǎn),在電流監(jiān)測(cè)方面受到廣泛的青睞。特別是霍爾傳感器配合磁環(huán)的設(shè)計(jì)直被廣泛地使用。但由于傳統(tǒng)的霍爾傳感器的靈敏度比較低,輸出信號(hào)有偏置電壓和噪聲,對(duì)于處理電路要求高,系統(tǒng)成本高。傳統(tǒng)的霍爾傳感器如果使用不當(dāng),它的霍爾電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B為非線性關(guān)系,且存在不平衡電壓UHe,嚴(yán)重影響檢測(cè)系統(tǒng)的精度。通常采用集磁環(huán)來(lái)提高霍爾傳感器的靈敏度,但是集磁環(huán)和霍爾傳感器是分離的,體積龐大,不便于在實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用?；诨魻栃?yīng)的磁集較霍爾傳感器,很大程度上提高了電流檢測(cè)的靈敏度,而且處理電路簡(jiǎn)單,安裝方便,線性度好,具有較高的準(zhǔn)確度。
 
1傳統(tǒng)霍爾傳感器基本原理及其應(yīng)用
1.1霍爾效應(yīng)
      霍爾元件應(yīng)用的基本原理是霍爾效應(yīng),如圖1所示。
圖1霍爾效應(yīng)原理圖
      在Y軸方向上(垂直于導(dǎo)體或者半導(dǎo)體薄片)通磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng),同時(shí)在X軸方向通電流IH,則半導(dǎo)體薄片在Z軸上將產(chǎn)生個(gè)微小電壓UH。這種現(xiàn)象即稱為霍爾效應(yīng)。UH稱為霍爾電勢(shì),其大小可表示為：
UH=(RH/d)·IH·B   （1）
式中RH為霍爾系數(shù),由半導(dǎo)體材料的性質(zhì)決定;d為半導(dǎo)體材料的厚度。
      設(shè)RH/d=K,則式(1)可寫為UH=K·IH·B   （2）
      可見霍爾電壓與控制電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積呈正比,K稱為乘積靈敏度。K值越大,靈敏度就越高;元件厚度越小,輸出電壓也越大。式(2)中,若控制電流IH為常數(shù),磁感應(yīng)強(qiáng)度B與被測(cè)電流呈正比,就可以做成霍爾電流傳感器;另外,若仍固定IH為常數(shù),B與被測(cè)電壓呈正比,又可制成霍爾電壓傳感器
 
1.2傳統(tǒng)霍爾傳感器的應(yīng)用
      由于傳統(tǒng)霍爾傳感器的靈敏度比較低,所以,在使用時(shí)般都要增加集磁環(huán)來(lái)增加穿過霍爾傳感器的磁通并使磁通垂直穿過霍爾傳感器,如圖2所示。
 
圖2磁環(huán)原理圖
      該磁環(huán)有個(gè)很小的開口,將霍爾傳感器插入其中,使磁通垂直于傳感器。這便形成了霍爾傳感器測(cè)量電流的基本結(jié)構(gòu)。但由于霍爾傳感器般由半導(dǎo)體材料制成,對(duì)溫度比較敏感,而且輸出電壓也很低(為毫伏級(jí)),所以,還需要溫度補(bǔ)償部分和電壓放大部分才能比較準(zhǔn)確地對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。除此之外,霍爾傳感器的較高頻率和線性范圍也困擾著電流檢測(cè)的精度。為了解決這些問題,研究人員做了很多工作去彌補(bǔ)這些缺點(diǎn),較為有效的技術(shù)包括開環(huán)、閉環(huán)和開閉環(huán)混合霍爾效應(yīng)技術(shù)。
 
1.2.1開環(huán)霍爾傳感器
      開環(huán)霍爾傳感器可以測(cè)量直流、交流和混合電流,結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3開環(huán)霍爾傳感器
      開環(huán)霍爾傳感器的點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,功耗低,低插入損耗。但其缺點(diǎn)也很明顯,例如:高頻電流下,磁芯發(fā)熱將磁芯損耗;帶寬交窄;高點(diǎn)和增益漂移;低線性度和精度。

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• 詞條

  詞條說(shuō)明

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