霍尔电流传感器及其应用.doc

霍尔电流传感器及其应用在现代社会中,信息化的需求越来越庞大，传感器在信息采集中发挥了重要作用。他们可以把各种物理信息，按照一定的规则，为可测量的电信号。我们所测量的电信号，以及相关物理信息的关系的变化的基础上，我们可以得到所测量的物理的变化或大小。根据该传感器的工作原理，我们可以划分成多种类型的传感器，如光电传感器，电荷传感器，电位型传感器，半导体传感器，电传感器，磁传感器，谐振式传感器，电动化学式传感器等等。霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理，（可以音乐会的物理信息），如电流，磁场，位移，压力等，为电动势输出。它属于电位型传感器。当前，这种传感器主要是霍尔集成电路，核心单元是基于霍尔效应。这是由通过集成电路技术。因此，它不仅仅是一种集成电路，而是一种磁传感器。本文根据实际应用，主要是霍尔电流传感器。 1 霍尔效应在金属或半导体晶片放置在磁场中，并且如果有一个通过它的电流，会产生电动势，（在垂直方向上的电场和磁场，调用此种物理现象霍尔效应。）在磁场中产生的洛伦兹力的作用下，通电的半导体芯片的载体，分别偏移积累到芯片的两侧，从而形成一个电场，称霍尔电场。霍尔电场产生的电场力，是相反的洛伦兹力，阻碍了继续堆积，直到（大厅）电场力和洛伦兹力。此时，芯片的两侧，将设置一个稳定的电压，这是霍尔电压。 2 霍尔电流传感器随着城市人口和城市建设规模的扩大，以及各种电气设备的增加，功耗也越来越大。城市的供电设备经常超载，而电源环境越来越差，“测试”的权利越来越严重。因此电源问题越来越多的显现出来。现在，小功率电源设备已经越来越多的与新技术相结合。例如，开关电源，硬切换，软切换，参数稳压器，线性反馈稳压器，磁放大器技术，数控压力调节，PWM,SPWM，电磁兼容等实际需求直接推动电源技术的发展和进步。为了检验并显示当前自动，自动保护功能和更先进的智能控制，过电流，过电压的危害。如发生时，电源技术与传感检测，传感采样，传感保护已成为一种趋势。传感器检测电流或电压，所谓的霍尔电流传感器应运而生，(并迅速成为最喜爱的设计师在我国的电源). 2.1 霍尔电流传感器的性能特性霍尔电流传感器具有优越的性能，并且它是一种先进的电检测元件，它可以隔离主回路和电子控制电路。它有变压器和分流器的所有优点，并且在同一时间，克服了他们的缺点（变压器可以只施加的电源频率的测量，50赫兹，分流器是无法做隔离测量），使用同一个霍尔电流传感器模块检测元素，不仅可以测量AC,也可以检测直流，甚至可以检测瞬时峰值。它具有以下性能特点。(1) 测量任意波形的电流，如DC,AC乃至瞬态峰值参数测量的；(2) 精度高。在工作区中的一般霍尔电流传感器模块的精度高于1%，并且是适用于任何波形测量精度；(3) 线性度优于0.5%；(4) 良好的动态性能。一般的电流传感器模块的动态响应时间小于7us，跟踪速度di|dt是上述50A|us；(5) 工作频段宽。它可以工作在频率范围从0到20KHZ非常好;(6) 过载能力强。测量范围宽（0-10000A);(7) 高可靠性。平均无故障工作是超过5*10000小时；(8) 体积小，重量轻，易于安装系统，不会带来任何损失。 鉴于上述的高性能特性，霍尔电流传感器获得了广泛的应用。2.2 霍尔电流传感器的原理 霍尔电流传感器可以测量各种电流，从DC到AC几十千赫兹。工作原理主要是霍尔效应原理。 开环电流传感器 当初及侧电流lp流通过一个长的导线，它会在导线周围产生一个磁场，并且磁场的大小成比例的电流通过电线，收集磁性环内的磁场。通过霍尔元件之间的磁性环间隙，它可以测量和输出放大的结果。，精确到反映初级测电流lp的输出电压Vs。一般的额定输出为4伏。 2.2.1为开环电流传感器原理图 此方式有好多优点。它具有结构简单，可测量直流，交流和各种波形的电流。此外，较高的测量结果的精度和线度，但它的测量范围和带宽被限定到一定程度。在此应用中，霍尔器件的磁检测器，检测铁心磁路气隙中的磁感应强度。电流增大后，芯可以达到饱和，随着频率的增加，涡流损耗和磁滞损耗的核心也将增加。这会影响测量精度。 通过这种方式，结果将输出电压信号的形式，可以很容易的在附近成真。 2.2.2闭环电流传感器 磁平衡电流传感器又称为补偿传感器。这意味着被补偿，所产生的二次线圈电流的磁场的磁场所产生的初级侧电流lp在聚珠的生成空间。其偏置电流准确的反映原边电流lp，从而使霍尔器件停留在检测零磁通的工作状态。（的磁）平衡的电流传感器的具体工作过程是：当有电流流过的主电路，产生的磁场的导线上收集的聚珠，并引导到（大厅的）的移动设备，使用的输出信号，以驱动功率管和使进行，因此，我们可以得到一个补偿电流。然后，电流产生的磁场，从而通过多回路绕组，所产生的测得的电流中的一项相反补偿原来的磁场，是霍尔器件的输出逐渐减小，（当也变的相同，产生磁场的匝数有数量乘法，是将不再增加的霍尔器件时候，可以指示零磁通。我们虽说是测量ip).因此，当ip变化，平衡将被破坏，将有霍尔器件的输出信号，然后将重复上述过程再次达到平衡，测得电流的任何变化都会破坏平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件将信号输出，在功率放大之后，将有相应的电流通过次级绕组立即补偿不平衡的磁场。（磁场来改变从不平衡到再次平衡的时间需要小于1us的理论。这是一个动态的平衡过程。因此，从宏观的角度看，安培匝数二次补偿电流的数量是相同的安匝的。） 主要测得的电流在任何时间。 当他变的平衡，霍尔器件将保持在零磁通状态，（的核心是磁感应强度极低，（理想状态应为零），他不会使磁芯饱和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。选择正确的核心材料和线单元可以（了）良好的零磁电源电路传感器。 以这种方式测量的输出将是电流信号。如果你想的电压信号，你就可以在输出端连接负载，那么它可以被转换成电压输出。2.3 霍尔电流传感器在智能电网中的应用 由于霍尔电流传感器可以测量各种电流，它有一个非常大的测量范围，精度高，线性度好，易于安装，因此，它具有非常广泛的应用。这里主要解释智能电网的应用。 随着蓬勃发展的现代社会，而不是工业用电，但生活用电的急剧增加，使各项工作不断增加，大大提高了工作人员的负担。（为了更有效的有一个合理的电力分配，以及完整的电路故障检测使用霍尔电流传感器在电网，随着各种基础设施，以实现智能化的电网，以实现高效率利用电力。）由于霍尔电流传感器的安装易于简单，我们阐明霍尔电流传感器模块直接在测量电路中，如果有足够的，覆盖面积相当大的，以便它能够获得各分支的当前信息。互补的无线通信模板，它可以传送所测量得信号在时间到控制台。在控制台中，我们可以很好的处理这些信号，然后在这个时候，准确的获取整个电网的用电信息，因此，可以合理的分配电力。 在一段时间内，如果一些树枝打破了，我们只需要操作控制台，并调查这些异常电流检测信号。然后根据相关位置信息，我们可以迅速缩小故障的范围，从而实现高效的故障排除和解决。 在我们的实验中，我们采用的开环电流传感器，CS020G。电路连接如图4示 图五是霍尔传感器电流的应用原理图总结 研究开发，使用的电流传感器将更加频繁，也