霍尔传感器的工作原理

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：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：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霍尔效应传感器工作原理如图4-61所示，磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。图1-61所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。霍尔效应传感器1-霍尔半导体元件2-永久磁铁3-挡隔磁力线的叶片霍尔传感器工作原理图