闭环霍尔传感器的工作原理_霍尔电流传感器原理图

时间：2022-12-18来源：佚名

闭环霍尔传感器的工作原理

1879年，美物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，霍尔技术越来越多的应用于工业控制的各个领域。

进入八十年代，随着元器件工艺技术的发展，霍尔器件的性能大大提高，由霍尔器件应用开发的霍尔电流、电压传感器的性能也有很大提高，特别闭环霍尔电流、电压传感器的研制成功，大大的扩展了该项技术的应用领域。

1、霍尔效应及霍尔器件

霍尔效应是霍尔技术应用的理论基础，当通有小电流的半导体薄片置于磁场中时，半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压VH ，个电压VH与磁感应强度B及控制电流IC成正比，经过理论推算有如下等式关系：
VH =(RH/d)×B×IC (1)

式中：VH为霍尔电压；B为磁感应强度；IC为控制电流；RH为霍尔系数；d为半导体厚度。

上式中，若保持控制电流IC不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小，由此建立了磁场与电压信号的联系。

根据这一关系式，研制了用于测量磁场的半导体器件，即霍尔器件。

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霍尔电流传感器原理图

模块名称：闭环霍尔电流传感器

模块参数：
测量频率： 0～100KHz
测量范围： 1A～40,000A
精度： 0.2%～1%
相应时间： <1uS
线性度： 0.1%
无测量插入损耗
测量AC,DC及脉冲电流
原边电流与副边输出信号高度隔离

模块原理图：
闭环霍尔传感器的工作原理_霍尔电流传感器原理图

工作原理：

被测电流In流过导体产生的磁场，由通过霍尔元件输出信号控制的补偿电流Im流过次级线圈产生的磁场补偿，当原边与副边的磁场达到平衡时，其补偿电流Im即可精确反映原边电流In值。

1、闭环霍尔电流传感器的工作原理

闭环霍尔电流传感器是利用霍尔器件为核心敏感元件用于隔离检测电流的模块化产品，它的工作原理是霍尔磁平衡式的。

当电流流过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线形关系，因此可利用霍尔器件的测得的输出信号，直接反应出导线中的电流大小：
I ∝ B ∝ VH （2）

式中：B为导线通电流后产生的磁感应强度；I为通过导线中的电流；VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。当选择适当的比例系数，上述关系可以表示为等式。对于霍尔输出电压信号VH的处理，人们设计了许多种电路，但总体来讲可分为两类，一类为开环霍尔电流传感器；另一类为闭环霍尔电流传感器。

闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的，即原边电流（IN）所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流（IM）所产生的磁场进行补偿，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时：
N×IN= n×IM （3）
式中：N为原边线圈的匝数；IN为原边电流；n为副边线圈的匝数;IM为副边补偿电流。

由上式看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流IM的大小，即可推算出原边电流IN的值，从而实现了原边电流的隔离测量。

针对霍尔传感器的电路形式而言，人们最容易想到的是将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接信号放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边被测电流大小，这种形式的霍尔传感器通常称为开环霍尔电流传感器。

开环霍尔传感器的优点是电路形式简单、成本相对较低；其缺点是精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大。为了克服开环传感器存在的不足，八十年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。