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)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字信號，主要用于測轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速、流速、接近開關(guān)、報警器等。

當(dāng)磁場作用在半導(dǎo)體上時，電子會垂直于電流方向發(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)。如果磁場被中斷，電子會重新均勻分布，這時電壓表指針不偏轉(zhuǎn)。閾值開關(guān)以數(shù)字方式顯示霍爾電壓的模擬信號，閾值開關(guān)在一定電壓下閉合，低于某一電壓數(shù)值時則斷開。

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，分開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，主要用于交直流電流和電壓測量。

直放式電流傳感器（開環(huán)式）

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

磁芯有一開口氣隙，霍爾元件放置于氣隙出。當(dāng)原邊導(dǎo)體流過電流時，在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場強度與電流大小成正比的磁場，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)強度成正比的電壓信號，放大電路將該信號放大輸出，該類傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號，也有部分傳感器為了增強電磁兼容性，變換為電流信號輸出。

當(dāng)電流通過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，它可以通過磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經(jīng)信號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：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、放大電路和副邊補償繞組。與開環(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償繞組，正是副邊補償繞組，將閉環(huán)式霍爾電流傳感器的性能進行了大幅度提升。

磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即主回路被測電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈，電流所產(chǎn)生的磁場進行補償，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。

磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動相應(yīng)的功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，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)生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起指示零磁通的作用，此時可以通過Is來平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態(tài)平衡的過程。

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)電流通過半導(dǎo)體材料時，如果在其上施加磁場，會在半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象。這種傳感器能夠精確地測量磁場的變化，并將其轉(zhuǎn)換為可用的電信號。

1.測量磁場強度：霍爾傳感器可以用來測量磁場的強度和方向。

通過檢測磁場的變化，可以判斷物體的位置、運動狀態(tài)等信息。在自動化控制系統(tǒng)中，霍爾傳感器通常用于檢測電機的轉(zhuǎn)速和位置，以實現(xiàn)精確的控制。

2.檢測磁性物體：由于霍爾傳感器對磁場變化非常敏感，因此可以用來檢測磁性物體的存在。

例如，在汽車中，可以使用霍爾傳感器來檢測車輛上的鐵磁性檢測標(biāo)記，以實現(xiàn)自動駕駛或自動停車等功能。

3.檢測磁性開關(guān)：霍爾傳感器可以作為磁性開關(guān)使用。

通過引入一個磁場源，當(dāng)檢測到磁場強度超過設(shè)定閾值時，傳感器會輸出一個電信號，用于觸發(fā)相關(guān)設(shè)備的開關(guān)操作。這種應(yīng)用廣泛用于安全系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等場所。

4.測量電流：一些特殊類型的霍爾傳感器還可以用來測量電流。

通過將電流通過一個導(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)測量導(dǎo)線中的電流強度。

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