霍尔传感器开环和闭环的介绍

霍尔传感器开环和闭环的介绍

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall, 1855-1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体，导电流体等也有这种效应，而半导体的效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术，检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型，载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

开环的传感器是霍尔直放式原理，闭环的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。往往开环的传感器输出

霍尔电流传感器工作原理

霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。2 O! N# k- o. U) O ?

直放式电流传感器（开环式）工作原理：

众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。

磁平衡式电流传感器（闭环式）工作原理：

磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP。（其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。）

磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流

产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。& R5 E" `1

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。+ K _/ d( r. B. f8 B' x$ V

霍尔效应传感器，可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点，采用补偿电路进行控制，有效地减少了温度对测量精度的影响，确保测量准确；具有精度高、安装方便、售价低的特点。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。

霍尔传感器：开环和闭环的工作原理_区别

1. 开环霍尔传感器工作原理：

原边电流（Ip）产生的磁通量集中于磁性回路，通过气隙中的霍尔器件感应到这些磁通量，从而进行测量。霍尔器件输出的信号准确反映了原边电流的输出情况。

特征:封装尺寸小，测量范围广，重量轻，低电源损耗，无插损

2. 闭环霍尔传感器工作原理：

副边电流产生的补偿磁通平衡了原边电流Ip产生磁通量。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。

特征: 频率范围宽，精度高，快速响应，低温漂，线性度好，无插入损耗

闭环霍尔电流传感器的工作原理

闭环霍尔电流传感器（以下简称传感器）在车用电源系统中的应用，实现了对电源系统输出电流的隔离测量，并通过反馈控制电源系统的输出电流。当电源的输出电流接近电源系统的设计功率输出时，电源输出电流将不再增加，从而限制了电源系统的输出功率，保护了电源系统不会因用电负载的变化而损坏。

2 闭环霍尔传感器的工作原理

自1879年美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，霍尔技术被越来越多地应

用于工业控制的各个领域。随着元器件工艺技术的发展，由霍尔器件应用开发的霍尔电流、电压传感器的性能也有了很大提高，特别是闭环霍尔电流、电压传感器的研制成功，大大地扩展了该项技术的应用领域。

2.1 霍尔效应及霍尔器件

霍尔效应是霍尔技术应用的理论基础，当通有小电流的半导体薄片置于磁场中时（如图1），半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压V H，V H与磁感应强度B及控制电流I C成正比，经过理论推算有式（1）关系。

V H=（R H/d）×B×I C（1）

式中：B为磁感应强度；

I C为控制电流；

R H为霍尔系数；

d为半导体厚度。

式（1）中，若保持控制电流I C不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强