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淺談霍爾電流傳感器的原理及應(yīng)用

更新時(shí)間: 2021-10-13   點(diǎn)擊次數(shù): 1368次

 劉辰

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
 
摘要:通過介紹開環(huán)式霍爾電流傳感器的工作原理,在此基礎(chǔ)上提出了一種可以輸出精準(zhǔn)直流偏置電壓的直流霍爾電流傳感器電路,并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞:霍爾傳感器;電流傳感器;直流霍爾
 
0 引言
      本文簡單介紹了開環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理,并根據(jù)其應(yīng)用設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、成本低以及體積小的電路,用于檢測(cè)高達(dá)數(shù)百安培的直流電流信號(hào)并隔離輸出一個(gè)有精準(zhǔn)2.5V直流偏置電壓且與檢測(cè)電流成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。
 
1 開環(huán)式霍爾電流傳感器
      開環(huán)式霍爾電流傳感器的工作原理如圖1所示。
圖1開環(huán)式霍爾電流傳感器原理框圖
      根據(jù)安培定律,原邊被測(cè)電流I×N將產(chǎn)生與電流成正比的磁場B1,開口磁環(huán)氣隙內(nèi)的磁敏芯片直接測(cè)量B的強(qiáng)弱,輸出霍爾電壓V,V經(jīng)線性放大后輸出電壓信Uo。當(dāng)被檢測(cè)電流為零時(shí),開口磁環(huán)內(nèi)零磁通,磁敏芯片的零點(diǎn)輸出電壓為供電電壓的一半,即V+/2,當(dāng)有被檢測(cè)電流穿過開口磁環(huán)時(shí),開口磁環(huán)氣隙內(nèi)的霍爾芯片會(huì)檢測(cè)到磁環(huán)的磁通變化,將在零點(diǎn)電壓的基礎(chǔ)上輸出一個(gè)與磁通變化量成正比的電壓值,即:
OUT=V+/2+KΔV(1)
      式中,OUT為磁敏芯片的輸出電壓,V+/2為零點(diǎn)輸出電壓,ΔV為磁敏芯片的靈敏度,即單位磁通變化引起的電壓變化量,K為通過外圍電阻調(diào)節(jié)的放大倍數(shù)。如圖1所示,當(dāng)磁力線從磁敏芯片的正面垂直穿過時(shí),芯片將輸出一個(gè)正向的變化量電壓,即ΔV>0,反之則輸出負(fù)電壓變化量,即ΔV<0。
      當(dāng)傳感器供電電壓為5V時(shí),按照式(1),傳感器會(huì)輸出一個(gè)有2.5V偏置電壓且與電流成線性比例的電壓信號(hào),但如果供電電壓不精確或者誤差范圍較大時(shí),傳感器輸出電壓的直流偏置將不精確或相應(yīng)地的誤差較大,如供電電壓為4.6V時(shí),傳感器的零點(diǎn)偏置電壓將是2.3V,誤差太大。
      目前,業(yè)界有精準(zhǔn)直流偏置電壓輸出的霍爾電流傳感器應(yīng)用較少。常規(guī)做法是先隔離傳感器的直流偏置電壓,只輸出一個(gè)與原邊電流成線性關(guān)系的零偏置電壓信號(hào),然后再使用運(yùn)放加法器加上一個(gè)由基準(zhǔn)穩(wěn)壓源得到的2.5V基準(zhǔn)電壓信號(hào),該實(shí)現(xiàn)方式電路相對(duì)復(fù)雜。
 
2安科瑞霍爾傳感器產(chǎn)品選型
2.1產(chǎn)品介紹
      霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復(fù)雜信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換,通過霍爾效應(yīng)原理使變換后的信號(hào)能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受,響應(yīng)時(shí)間快,電流測(cè)量范圍寬精度高,過載能力強(qiáng),線性好,抗干擾能力強(qiáng)。適用于電流監(jiān)控及電池應(yīng)用、逆變電源及太陽能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電鍍、焊接應(yīng)用、變頻器,UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號(hào)采集和反饋控制。
圖5霍爾傳感器
 
2,2產(chǎn)品選型
2.2.1開口式開環(huán)霍爾電流傳感器
表1
 
2.2.2閉口式開環(huán)霍爾電流傳感器
表2
2.2.3閉環(huán)霍爾電流傳感器
表3
 
2.2.4直流漏電流傳感器
表4
 
 
5結(jié)論
      本文通過使用簡單的電路結(jié)構(gòu)將傳感器供電電壓先升壓后,穩(wěn)壓產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)的穩(wěn)壓電壓給磁敏芯片供電,使得磁敏檢測(cè)電路產(chǎn)生一個(gè)精準(zhǔn)的零點(diǎn)電壓。該霍爾電流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低以及體積小的特點(diǎn),可用于檢測(cè)高達(dá)數(shù)百安培的直流電流信號(hào)并隔離輸出一個(gè)有精準(zhǔn)2.5V直流偏置電壓且與檢測(cè)電流成線性關(guān)系的電壓信號(hào)。
 
【參考文獻(xiàn)】
[1]康弘俊,王威,*.有精準(zhǔn)偏置電壓輸出的霍爾電流傳感器.通信電源技術(shù).2021-01-10
[2]王威,魏曉娟.霍爾傳感器在地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù).2018
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6版.
作者簡介:劉辰,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)榛魻栯娏鱾鞲衅鳟a(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用


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