霍尔传感器的工作原理

    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。其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: 霍尔传感器的工作原理
    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: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
    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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