科普文：霍爾電流傳感器的測(cè)量原理是什么

霍爾電流傳感器是依據(jù)霍爾效應(yīng)原理，除了霍爾效應(yīng)原理之外，還有磁通門技術(shù)和磁阻技術(shù)來測(cè)量電流，磁通門技術(shù)從原理上測(cè)量精度高于霍爾效應(yīng)原理，通常用作測(cè)量?jī)x器的開發(fā)，如高精度的實(shí)驗(yàn)室用電流傳感器。這里主要介紹依據(jù)霍爾效應(yīng)原理的電流傳感器。

霍爾電流傳感器分類

霍爾電流傳感器在測(cè)量方式上可以分為兩種，開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上來說閉環(huán)式傳感器比開環(huán)式多了一個(gè)線圈，在精度上閉環(huán)式要優(yōu)于開環(huán)式。

開環(huán)式霍爾電流傳感器測(cè)量原理

開環(huán)式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾芯片、運(yùn)放等關(guān)鍵元器件構(gòu)成。當(dāng)電流穿過鐵芯時(shí)會(huì)在鐵芯上感應(yīng)出磁場(chǎng)，鐵芯將磁場(chǎng)聚集于豁口處被霍爾元器件感應(yīng)到，從而感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，該電壓被運(yùn)放處理后輸出，運(yùn)放所輸出的電壓信號(hào)和原邊電流滿足一定的線性關(guān)系，從而將被測(cè)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，單片機(jī)采樣該電壓信號(hào)就可計(jì)算出被測(cè)電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量電流的作用。開環(huán)式霍爾電流傳感器又叫直測(cè)式。由于體積受限，許多芯片級(jí)的霍爾電流芯片都是用開環(huán)測(cè)量原理，如ACS712、ACS758等。

閉環(huán)霍爾電流傳感器工作原理

與開環(huán)霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)霍爾電流傳感器多了一個(gè)補(bǔ)償線圈，該線圈纏繞在鐵芯上。當(dāng)電流傳感器通過鐵芯時(shí)，鐵芯感應(yīng)出磁場(chǎng)，霍爾元器件將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成電壓，該電壓被運(yùn)放處理后驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流，該補(bǔ)償電流流過線圈產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等方向相反，從而抵消原邊磁場(chǎng)，處于磁平衡狀態(tài)。所以該補(bǔ)償電流就是原邊電流縮放后的，縮放比例與補(bǔ)償線圈的圈數(shù)呈線性關(guān)系。閉環(huán)式霍爾電流傳感器又叫間接測(cè)量法。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-霍爾元器件

在霍爾電流傳感器中，霍爾元器件是關(guān)鍵元器件，其性能影響著產(chǎn)品的性能?；魻栐骷淖饔檬菍⒁欢ǚ秶鷥?nèi)的磁通量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。如下圖所示，霍爾元器件將50mT內(nèi)的磁通密度轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。所以選用該芯片時(shí)，一定不要讓鐵芯產(chǎn)生的磁通密度超過50mT。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-鐵芯

霍爾電流傳感器是由結(jié)構(gòu)和電路緊密配合的一個(gè)產(chǎn)品，這其中，霍爾元器件的高度、位置，鐵芯的材料、長(zhǎng)度、橫截面積都決定著產(chǎn)品的性能。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，一定要注意嚴(yán)格根據(jù)測(cè)量范圍計(jì)算鐵芯的磁路長(zhǎng)度、鐵芯的橫截面積、磁隙間距以及霍爾芯片的高度。當(dāng)然這部分的計(jì)算是設(shè)計(jì)霍爾電流傳感器中最核心的部分。

關(guān)注微信公眾號(hào)『玩轉(zhuǎn)嵌入式』，后臺(tái)回復(fù)“128”獲取干貨資料匯總，回復(fù)“256”加入技術(shù)交流群。