霍爾電流傳感器有哪些類(lèi)型?工作原理是什么?-安科瑞黃安南
? ?產(chǎn)品類(lèi)型:
? ?霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。它有兩種工作方式,即開(kāi)環(huán)(直放式)和閉環(huán)(磁平衡式)。直放式霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單,成本相對(duì)較低;其缺點(diǎn)是精度、線性度較差,響應(yīng)時(shí)間較慢,溫度漂移較大。為了克服它的不足,出現(xiàn)了閉環(huán)(磁平衡式)霍爾電流傳感器。
工作原理:
? ? ?原邊電流Ip在磁芯中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)副邊補(bǔ)償線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償,從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài),其補(bǔ)償電流Is按比例的反映原邊電流Ip。 具體工作過(guò)程為:當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí),在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁芯聚集并感應(yīng)到霍爾器件上,所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通,從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng),該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反,因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng),使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí),Is不再增加,這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用,此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)測(cè)試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí),平衡受到破壞,霍爾器件有信號(hào)輸出,即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場(chǎng)失去平衡,霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后,立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡,所需的時(shí)間理論上不到1μs,這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。
因此,從宏觀上看,次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。
? ? ?閉環(huán)式霍爾電流傳感器正常工作時(shí),其一次繞組和二次繞組的磁通互相抵消,達(dá)到磁平衡,磁芯中的實(shí)際磁通為零。但是,這只是理想情況。實(shí)際的傳感器,由電子電路構(gòu)成的二次繞組的輸出電流能力總是有限的,當(dāng)一次過(guò)載時(shí),若二次輸出受限,實(shí)際輸出電流比理論電流小,磁平衡被打破,只要一次電流繼續(xù)增大,鐵芯就會(huì)飽和。

? 開(kāi)環(huán)電流傳感器,如下圖所示, 當(dāng)原邊電流IP流過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí),在導(dǎo)線周?chē)鷮a(chǎn)生磁場(chǎng),這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比,產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi),通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾原件進(jìn)行測(cè)量并放大輸出,其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。由于環(huán)形磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與原邊電流成正比,只要原邊電流足夠大,環(huán)形磁芯必然飽和。

使用注意事項(xiàng):
1、為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度,必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合,要耦合得好,最好用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線完全填滿(mǎn)霍爾傳感器模塊孔徑;
2、使用中當(dāng)大的直流電流流過(guò)傳感器原邊線圈,且次級(jí)電路沒(méi)有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開(kāi)路,則其磁路被磁化,而產(chǎn)生剩磁,影響測(cè)量精度(故使用時(shí)要先接通電源和測(cè)量端M),發(fā)生這種情況時(shí),要先進(jìn)行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源,而在原邊線圈中通過(guò)同樣等級(jí)大小的交流電流并逐漸減小其值;
3、在大多數(shù)場(chǎng)合,霍爾傳感器都具有很強(qiáng)的抗外磁場(chǎng)干擾能力,一般在距離模塊5-10cm之間存在一個(gè)兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾是可以忽略的,但當(dāng)有更強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾時(shí),要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決。通常方法有:
① 調(diào)整模塊方向,使外磁場(chǎng)對(duì)模塊的影響最小;
② 在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)的金屬屏蔽罩;
③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊;
④ 測(cè)量的最佳精度是在額定值下得到的,當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí),要獲得最佳精度,原邊可使用多匝,即:IpNp=額定安匝數(shù)。另外,原邊饋線溫度不應(yīng)超過(guò)80℃。
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