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霍尔电流传感器

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霍尔电流传感器的工作原理与其磁饱和问题

霍尔电流传感器的工作原理与其磁饱和问题

发布日期:2021-01-20 作者:启东双赢电子科技有限公司 点击:

     霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,根据霍尔效应原理,从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic,并在霍尔 元件平面的法线方向上施加磁场 强度为B的磁场,那么在垂直于 电流和磁场方向,将产生一个电势VH,称 其为霍尔电势,其大小正比于控 制电流I。与磁场强度B的乘积。 即有式中:K为霍尔系数,由霍尔元件的材料决定;I。为控制电流;B为磁场强度; VH为霍尔电势。


霍尔电流传感器的原理

  霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC,当有一磁场B穿过该器件感磁面,则在输出端出现霍尔电势VH。霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比,即:VH=KHICBsinΘ。霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成,对安培定律加以应用,即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场,而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此,使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此,电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。


工作原理

1、 直放式电流传感器

      当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出,其输出电压VS准确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。

霍尔电流传感器.jpg

2、磁平衡式电流传感器

  磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿,其补偿电流Is准确的反映原边电流Ip,从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

    具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小。


3、霍尔电压传感器

   霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似,也是以磁平衡方式工作的。原边电压VP通过限流电阻Ri产生电流,流过原边线圈产生磁场,聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流IS流过副边线圈产生的磁场进行补偿,其补偿电流IS准确的反映原边电压VP。


4、交流电流传感器

   交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换,变为0~4V、0~20mA(或4~20mA)的标准直流信号输出供各种系统使用。开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理,闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电,一般开环的适用于大电流监测,闭环适用于小电流监测。


5、开环式霍尔电流传感器的磁饱和问题

     Oa’为起始非线性段,a’a’’为线性段,a’’a为饱和区。众所周期,为了获取较好的测量结果,不论是开环式霍尔电流传感器,还是电磁式互感器,都会将磁化曲线中线性度较好的一段作为工作区间。换言之,只要磁感应强度超出线性区域一定的范围,就会发生磁饱和。与电磁式互感器相比,开环式霍尔电流传感器磁饱和原因只有一个,就是原边电流足够大。不会因为电流频率低导致磁饱和,是霍尔电流传感器的优点,也是开环式霍尔电流传感器磁饱和特点。相比之下,电磁式互感器也有一个优点,就是二次负荷足够小时,即便过载较多,也不会发生磁饱和。


6、闭环式霍尔电流传感器的磁饱和问题

  开环式霍尔电流传感器磁饱和问题较简单,相比之下,闭环式霍尔电流传感器磁饱和问题似乎不可理解,因为闭环式霍尔电流传感器正常工作时,磁芯中的磁通为零,零磁通下,自然不会饱和。与电磁式电流互感器及开环式霍尔电流传感器相比,闭环式霍尔电流传感器磁饱和现象不易发生,但不等于不会发生,使用不当或长时间过载,也会发生磁饱和。

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