霍尔电流传感器的研究

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1、霍尔电流传感器的硏究摘要:随着新器件和新的控制技术的使用，控制系统中的电流信号不再局限于传统的50Hz正弦波,而可能是各种形状复杂的脉动信号，且主电路和控制回路之间要隔离。传统的电流检测方法已经不能满足这些波形的控制和测量要求，因此必须结合实际需求硏究和开发新的电流测量方法和检测设备，其中霍尔电流传感器正是在此背景下诞生的一种性能优越的电流测量装置。本文以HEC公司的产品为主线，介绍霍尔电流传感器原理，并对HEC各型号的电流传感器的主要性能作了一定的分析，并且列举了霍尔电流传感器的具体应用实例。关键词：霍尔效应霍尔电流传感器车载应用—引言近年来，随着

2、科技的发展，各种用电设备增多，用电量越来越大，用电环境需求精密，对电流的检测要求日益严格，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、检测电流或电压的传感器，即霍尔感器便日益被广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、中。电网监控系统和需要隔离检测大电流、电压的各个领域二工作原理2.1霍尔效应2.1.1霍尔效应原理将一块半导体或导体材料，沿z方向加以磁场BJSX方向通以工作电流I,则在Y方向产生出电动势厶，如图1所示，这现象称

3、为霍尔效应。5称为霍尔电压。图1霍尔效应原理图实验表明,在磁场不太强时，电位差J与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即或V“=KJB（2）式（1）中心称为霍尔系数，式（2）中心称为霍尔元件的灵敏度,单位为mv/（mA-T）e产生霍尔效应的原因是形成电流的作走向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。如图1（a）所示，一快长为L宽为b、厚为d的N型单晶薄片，置于沿Z轴方向的磁场B中，在X轴方向通以电流I,则其中的载流一电子所受到的洛仑兹力

4、为Fm=qVxB=—eVxB=—eVBj（3）式中卩为电子的漂移运动速度，其方向沿X轴的负方向。e为电子的电荷量。丘指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A侧面积聚,同时在B侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y轴负方向上的横向电场為（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴正方向的电场力E,A、B面之间的电位差为仏将阻碍电荷的积即霍尔电压），则⑷最后达稳走状态时有eVB=e^-即b得⑰=VBb(5)此时B端电位高于A端电位。若N型单晶中的电子浓度为n,则流过样片横截面的电流I-nebdV将(6)式代入(5)式得⑹(7)2.2霍尔元件霍

5、尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。InSb和GaAs霍尔元件输出特性见图2(a)、图2(b).(a)霍尔效应和霍尔元件

6、线性电路的功能框图300200100010020030CIlniT6666S-4yi+4+♦A、y2壬HI图4霍尔线性电路ugn3501的磁电转换特性曲线型号Vcc/V线性范围/mT工作温度/r灵敏度S/mV/mT静态输出电压Vo/VmintypmaxmintypmaxUGN3501[8〜12「±100[一20〜+853.57.0—2.53.65.0UGN35034.5〜6土90一20〜+857.513.530.02.252.52.75型号IOUT/mARo/kQIcc/mA乘积灵敏度V/A•0.IT输出引脚排列外形结构typmax形式123【4UG

7、N35014.00.11020射极输出VCC地输出CI/PUGN35030.059.014射极输出VCC地输出—CI/P表3线性霍尔电路的特性参数2.2.1直放式电流传感器（开环式）众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一1场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出,_般的额定输出标定为4V。HEC的ABCXL几个系列的传感器属于该类型。2.2.2磁平衡式电流传感器（闭环式）磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场

8、通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。磁平衡式电流传感器的具体工