霍尔电流传感器的原理及应用

时间：2021-10-13作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：227

 沈建伟

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801
 
摘要：通过介绍开环式霍尔电流传感器的工作原理，在此基础上提出了一种可以输出精准直流偏置电压的直流霍尔电流传感器电路，并通过试验进行了验证。
关键词：霍尔传感器；电流传感器；直流霍尔
 
0 引言
       近年来，霍尔电流传感器产品因具有良好的精度及线性度、检测电压与输出信号高度隔离、高可靠性、低功耗以及维修更换方便等优点，广泛应用于航空、航天、通信、仪表、冶金以及铁路等**和民品领域。在很多应用中要求霍尔电流传感器的零点输出为基准的2.5V，即检测电流为零时，传感器输出电压为2.5V，当检测电流为负方向时，传感器输出电压为一个小于2.5V的电压值，当检测电流正方向时，传感器输出电压为一个大于2.5V的电压值，检测电流与输出电压变化成线性关系。目前，常规的霍尔元件零点输出电压为供电电压的一半，而很多霍尔电流传感器的供电电压不是精确的固定值，而是一个范围，如4.5～5.5V等，这样会导致霍尔电流传感器的零点电压输出不稳定，甚至**过规定值。
      
1 开环式霍尔电流传感器
      开环式霍尔电流传感器的工作原理如图1所示。
图1开环式霍尔电流传感器原理框图
      根据安培定律，原边被测电流I×N将产生与电流成正比的磁场B1，开口磁环气隙内的磁敏芯片直接测量B的强弱，输出霍尔电压V，V经线性放大后输出电压信Uo。当被检测电流为零时，开口磁环内零磁通，磁敏芯片的零点输出电压为供电电压的一半，即V+/2，当有被检测电流穿过开口磁环时，开口磁环气隙内的霍尔芯片会检测到磁环的磁通变化，将在零点电压的基础上输出一个与磁通变化量成正比的电压值，即：
OUT=V+/2+KΔV （1）
      式中，OUT为磁敏芯片的输出电压，V+/2为零点输出电压，ΔV为磁敏芯片的灵敏度，即单位磁通变化引起的电压变化量，K为通过外围电阻调节的放大倍数。如图1所示，当磁力线从磁敏芯片的正面垂直穿过时，芯片将输出一个正向的变化量电压，即ΔV＞0，反之则输出负电压变化量，即ΔV＜0。
      当传感器供电电压为5V时，按照式（1），传感器会输出一个有2.5V偏置电压且与电流成线性比例的电压信号，但如果供电电压不精确或者误差范围较大时，传感器输出电压的直流偏置将不精确或相应地的误差较大，如供电电压为4.6V时，传感器的零点偏置电压将是2.3V，误差太大。
      目前，业界有精准直流偏置电压输出的霍尔电流传感器应用较少。常规做法是先隔离传感器的直流偏置电压，只输出一个与原边电流成线性关系的零偏置电压信号，然后再使用运放加法器加上一个由基准稳压源得到的2.5V基准电压信号，该实现方式电路相对复杂。


2安科瑞霍尔传感器产品选型
2.1产品介绍

      霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。

       适用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制。

图5霍尔传感器
 
2.2产品选型
2.2.1开口式开环霍尔电流传感器
表1
 
2.2.2闭口式开环霍尔电流传感器
表2
2.2.3闭环霍尔电流传感器
表3
 
2.2.4直流漏电流传感器
表4
 
 
5结论
      本文通过使用简单的电路结构将传感器供电电压先升压后，稳压产生一个基准的稳压电压给磁敏芯片供电，使得磁敏检测电路产生一个精准的零点电压。该霍尔电流传感器具有结构简单、成本低以及体积小的特点，可用于检测高达数百安培的直流电流信号并隔离输出一个有精准2.5V直流偏置电压且与检测电流成线性关系的电压信号。
作者简介：沈建伟，男，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为霍尔电流传感器产品的研发与应用，

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