浅谈霍尔传感器

来源：   发布于：2013-4-15 9:02:12    浏览：6251

　霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为工作基础，由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。本文介绍霍尔传感器原理及其特点。

　　霍尔传感器原理

　　磁场平衡式霍尔电流传感器是由原边电路、聚磁环、霍尔元件、次级线圈、放大器等组成，如图所示。霍尔传感器工作原理是磁场平衡式的，即原边电流所产生的磁场，用通过次级线圈的电流所产生的磁场进行补偿，使霍尔元件始终处于检测零磁通的工作状态。具体工作过程为：

　　当原边回路有一大电流IP流过时，在导线周围产生一个强的磁场HP，这一磁场被聚磁环聚集，并感应霍尔元件，使其有一个信号输出Uh，这一信号经放大器N放大，再输入到功率放大器中，这时相应的功率管导通，从而获得一个补偿电流Is。由于这一电流要通过很多匝绕组，多匝导线所产生的磁场Hs与原边电流所产生的磁场Hp方向相反，因而相互抵消，引起磁路中总的磁场变小，使霍尔器件的输出逐渐减小，最后当Is与匝数相乘所产生的磁场Hs与Ip所产生的磁场Hp相等时，达到磁场平衡，Is不再增加，这时霍尔元件就处于零磁通检测状态。

　　上述过程是在非常短的时间内完成的，这一平衡的建立所需时间在1μs之内，且是一个动态平衡过程，即：原边电流Ip的任何变化都会破坏这一磁场平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔元件就有信号输出，经放大器放大后，立即有相应的电流流过次级线圈对其进行补偿。因此从宏观上看，次级补偿电流的安匝数在任何时刻都与原边电流的安匝数相等，即：|NpIp|=|NsIs|

　　其中：Np为原边匝数，Ip原边电流;Ns为次级匝数，Is为次级电流。

　　所以，若已知Np、Ns，测得Is，即可得到原边电流Ip的大小。利用同样的原理，可进行电压测量，只需在原边线圈回路中串联一个电阻R1，将原边电流Ip转换成被测电压Up。

　　即：Up=(R1+Rin)Ip=(R1+Rin)NsIs/Np

　　式中Rin为原边内阻。

　　磁平衡式电流电压传感器测量输出信号为电流形式Is。若要获得电压的输出形式，用户需在M端和电源零点之间串一只电阻Rm，并在其上取电压Um，如图所示，串联电阻的大小由下式限定：

　　Rmmax=(Emin-Uces-IsRi)/Is

　　其中：Emin为电源输出最小电压，Ri为传感器次级内阻，Uces为输出功率管的饱和压降。

　　用户可取的最大电压为：Ummax=Rmmax╳Is

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