霍尔电流传感器原理及被广泛采用
Baike · 2011-09-09 09:10 · 20414 次点击
随着汽车以及内燃机汽车技术的发展,汽车电池、电流管理逐渐变成未来汽车技术的焦点。开环霍尔电流传感器成本和能耗方面具有的优势,被许多的顶级汽车制造企业广泛采用。
一、霍尔电流传感器原理
在工业、电力、牵引等领域,电压、电流及功率的计量是非常至关重要的。对于电压的计量,低压可以用电压表直接测量,如果测量高压就需要有电压互感器变压后进行测量。那么对于电流的测量交流直流电流很小时,可以用万用表直接串入电路测量,稍大点的(0-7000A以下)电流可以用分流器测量,但是这种方法测量精度低,隔离程度低,电流超过7000A以上时分流器就无法使用了。这里介绍一下测量电流的一种设备电流传感器,电流传感器是电流的一种新型设备,该设备采用霍尔检测原理具有测量精确度高、线性好、隔离程度高、安装更换简便等优点。逐渐取代比较笨重的电流互感器。电流传感器主要有霍尔直测试和霍尔检零式两种原理其中霍尔楂零式精度高但是电路复杂有功耗成本高,霍尔直测式电路简便,成本低安装件结。在此着重介绍一下直测试电流传感器。
二、霍尔元件的电原理
当霍尔元件的垂直方向加上一个磁场B,在原件上加上控制电流I,那么霍尔元件就有一个霍尔电压Uh输出,它们的关系式为Uh=kh·I·B,其中kh为霍尔元件的灵敏度,B为磁场轻度。
三、霍尔电流传感器的应用
近年来,自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅,普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路,使得电路中不再只是传统的50周的正弦波,出现了各种不同的波形。对于这类电路,采用传统的测量方法不能反应其真实波形,而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。
霍尔效应传感器广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。
霍尔测试系统由磁芯、电子部件和电子部件外壳三部分组成。磁芯将电流感生的磁场分布聚集起来集中到集成有霍尔元件的芯片的表面,它通常由不同混合比的硅钢或者镍钢合金制成,目前越来越多地将霍尔元件与放大电路集成到一个ASIC里面。
输出电压表示被测电流产生的磁通量的强弱,电路不仅可以把霍尔元件产生的电动势变成含有电流强度的信号,还具有自动过滤错误信号的功能,这个功能根据产品标定值来完成。标定值存储在芯片的内存中,电路会把信号与标定值相比较,去掉不正确的信号。
常规测试电池电流的方法是分流器和霍尔感应式技术。霍尔技术的原理是霍尔元件感应在导流排或线束周围的磁场,从而标定电流强度。霍尔技术又可分为开环技术与闭环技术。
闭环霍尔电流传感器优势是传感器与被测系统隔离,不会对被测系统产生噪声影响,而且不会在被测系统中引起能量损失。开环霍尔电流传感器也具有这个特点,而且功耗和成本都很低。
霍尔电流传感器靠捕捉电流产生的磁场来计算电流强度。霍尔元件产生的感生电压与源边电流是成比例的,这个霍尔元件嵌入到ASIC中,该芯片主要用来把感生电压转换成信号输出。非接触式的霍尔器件不会影响被测系统,在测试大电流、大功率的系统中也不会产生功耗。