《智能传感器与智能仪表》课件-5.4霍尔元件的测量电路及其补偿

霍尔元件的测量电路及其补偿做为磁场“调音师”项目五

磁敏传感器电气工程学院知识导入如果不采取任何措施，直接测量的霍尔电压可能会遇到什么问题呢？实际应用中，霍尔元件需要通过合理的测量电路将霍尔电压有效提取出来，并补偿各种误差，以保证测量精度知识回顾假设我们要用霍尔元件测量一台室外电机的工作电流，但电机从冬季的-10℃到夏季的60℃环境温度变化极大课前思考目录CONTENTS输入回路串联补偿Smartsensorsandsmartmeters01输出回路负载补偿Smartsensorsandsmartmeters02输入回路串联补偿霍尔元件的测量电路（a）基本测量电路RPUHRLE（b）霍尔元件的串联电路输入回路串联补偿适用于需要较高输出信号或分布式磁场检测的场合串联后，总霍尔电压为各元件电压之和实际应用中，为提高输出电压或匹配电路需求，可采用多个霍尔元件串联的方式霍尔元件的基本测量电路通常包括一个激励电流源和一个电压输出端输入回路串联补偿(a)不等位电势(b)霍尔元件的等效电路

霍尔元件有两对电极各相邻电极之间的电阻若为R1、R2、R3、R4，可等效为一个四臂电阻电桥四个电阻分别对应各相邻电极之间的阻值不等位电势由于制造工艺、材料不均匀或电极不对称等原因实际霍尔元件在无磁场时仍会输出一个残余电压输入回路串联补偿补偿不等位电势

|通过并联电阻的方式来调节电桥平衡(a)不对称电路在电阻值较大的桥臂上并联电阻(b)对称电路

在两相邻桥臂上并联电阻这通过增加电路的对称性，使电桥在零磁场下输出趋于零，从而有效减小不等位误差输入回路串联补偿恒流源温度补偿电路

霍尔元件采用半导体材料制成，许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时，霍尔元件的电阻率及霍尔系数都将发生变化，从而产生温度误差。a.图中是一种典型的温度补偿电路，合理选择补偿电阻的阻值和温度系数b.当温度变化时，激励电流或分压关系发生相应变化，抵消霍尔电压的温漂输入回路串联补偿温度补偿采用恒流源供电|输入回路串电阻霍尔系数增大使输出增大，但输入电阻增大使输出减小如果选择合适的补偿电阻，就能让这两个效应相互抵消在t度下霍耳系数：在t度下输入电阻：输入回路串联补偿输入补偿电阻数值

由得，温度引起的霍耳电压增量显然，当时，温度变化不引起的霍耳电压输出β>α输入电阻随温度的变化要比霍尔系数的变化更明显重要前提α:霍尔系数温度系数β:输入电阻温度系数Ri0:初始输入电阻输出回路负载补偿在输出端接一个合适的负载电阻RL电阻和霍尔元件的输出电阻构成分压电路，通过合理选择

RL

的阻值，可以抵消温度变化的影响在t度下霍耳电压在t度下输出电阻输出回路负载补偿对上式求导，令

即输出电压对温度t的变化率为零，得：用负载进行温度补偿所需负载电阻为：温度变化时，输出电阻变化输出电阻变化导致输出电压改变，如果负载电阻选得合适，这种变化就能被抵消。输出回路负载补偿输入串联补偿相对简单，但需要β>α这个条件01输出负载补偿更灵活，但计算和调试略复杂02两种补偿方法各有特点实际应用可根据具体情况选择案例分析霍尔电流传感器的应用在新能源汽车的电机控制器中，霍尔电流传感器用于精确监测电机相线电流电机运行时内部温度可升至100℃以上，不进行温度补偿，霍尔元件的输出漂移将导致电流测量失真工程师通过恒流源供电并结合输出回路的负载补偿网络，确保在全工作温度范围内电流测量的精度与系统控制的稳定性思想升华工匠精神霍尔元件从微伏级的信号到稳定可靠的测量输出补偿过程蕴含着“精益求精、追求卓越”的工匠精神专业素养对精度与可靠性的极致追求是推动中国制造向中国“智”造迈进不可或缺的专业素养课程小结霍尔元件的两种主要温度补偿方法输入回路串联补偿和输出回路负载补偿