霍爾傳感器工作原理、作用詳解-KIA MOS管

霍爾傳感器工作原理

開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字信號(hào)，主要用于測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、流速、接近開(kāi)關(guān)、報(bào)警器等。

當(dāng)磁場(chǎng)作用在半導(dǎo)體上時(shí)，電子會(huì)垂直于電流方向發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)，一側(cè)分布電子多，一側(cè)分布電子少，由此產(chǎn)生霍爾電壓，指針偏轉(zhuǎn)。如果磁場(chǎng)被中斷，電子會(huì)重新均勻分布，這時(shí)電壓表指針不偏轉(zhuǎn)。閾值開(kāi)關(guān)以數(shù)字方式顯示霍爾電壓的模擬信號(hào)，閾值開(kāi)關(guān)在一定電壓下閉合，低于某一電壓數(shù)值時(shí)則斷開(kāi)。

線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量，分開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式兩種，主要用于交直流電流和電壓測(cè)量。

直放式電流傳感器（開(kāi)環(huán)式）

開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器也稱(chēng)：直放式霍爾電流傳感器、直檢式霍爾電流傳感器等。開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構(gòu)成。

磁芯有一開(kāi)口氣隙，霍爾元件放置于氣隙出。當(dāng)原邊導(dǎo)體流過(guò)電流時(shí)，在導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流大小成正比的磁場(chǎng)，磁芯將磁力線集聚至氣隙處，霍爾元件輸出與氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的電壓信號(hào)，放大電路將該信號(hào)放大輸出，該類(lèi)傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號(hào)，也有部分傳感器為了增強(qiáng)電磁兼容性，變換為電流信號(hào)輸出。

當(dāng)電流通過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周?chē)鷮a(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，它可以通過(guò)磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號(hào)輸出。這一信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后直接輸出，一般的額定輸出標(biāo)定為4V。

磁平衡式電流傳感器（閉環(huán)式）

閉環(huán)式霍爾電流傳感器也稱(chēng)：零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器等。閉環(huán)式霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件、放大電路和副邊補(bǔ)償繞組。與開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)式霍爾電流傳感器多了副邊補(bǔ)償繞組，正是副邊補(bǔ)償繞組，將閉環(huán)式霍爾電流傳感器的性能進(jìn)行了大幅度提升。

磁平衡式電流傳感器也稱(chēng)補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)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)。

磁平衡式電流傳感器的具體工作過(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)被聚磁環(huán)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)相應(yīng)的功率管并使其導(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)的霍爾器件起指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)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。

霍爾傳感器的作用

霍爾傳感器的工作原理基于霍爾效應(yīng)，這是一種當(dāng)電流通過(guò)半導(dǎo)體材料時(shí)，如果在其上施加磁場(chǎng)，會(huì)在半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象。這種傳感器能夠精確地測(cè)量磁場(chǎng)的變化，并將其轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)。

1.測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度：霍爾傳感器可以用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。

通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)的變化，可以判斷物體的位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，霍爾傳感器通常用于檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置，以實(shí)現(xiàn)精確的控制。

2.檢測(cè)磁性物體：由于霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)變化非常敏感，因此可以用來(lái)檢測(cè)磁性物體的存在。

例如，在汽車(chē)中，可以使用霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)車(chē)輛上的鐵磁性檢測(cè)標(biāo)記，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛或自動(dòng)停車(chē)等功能。

3.檢測(cè)磁性開(kāi)關(guān)：霍爾傳感器可以作為磁性開(kāi)關(guān)使用。

通過(guò)引入一個(gè)磁場(chǎng)源，當(dāng)檢測(cè)到磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，傳感器會(huì)輸出一個(gè)電信號(hào)，用于觸發(fā)相關(guān)設(shè)備的開(kāi)關(guān)操作。這種應(yīng)用廣泛用于安全系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)等場(chǎng)所。

4.測(cè)量電流：一些特殊類(lèi)型的霍爾傳感器還可以用來(lái)測(cè)量電流。

通過(guò)將電流通過(guò)一個(gè)導(dǎo)線，再將霍爾傳感器安裝在導(dǎo)線附近，可以利用霍爾效應(yīng)測(cè)量導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度。

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