一霍爾電流傳感器原理

　　霍爾電流傳感器基本原理是霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛侖茲力作用而引起的偏轉(zhuǎn)，詳細(xì)請(qǐng)參見基礎(chǔ)知識(shí)“霍爾效應(yīng)”。

二磁飽和現(xiàn)象

　　鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)處于磁極化強(qiáng)度或磁化強(qiáng)度不隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而顯著增大的狀態(tài)。
　　由于導(dǎo)磁材料物理結(jié)構(gòu)的限制, 通過(guò)的磁通量是不可以無(wú)限增大. 不管你再增加電流或匝數(shù), 通過(guò)一定體積導(dǎo)磁材料的磁通量大到一定數(shù)量將不再增加, 就達(dá)到磁飽和了。
　　假定有一個(gè)電磁鐵，通上一個(gè)單位電流的時(shí)候，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度是1，電流增加到2的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增加到2.3，電流是5的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度是7，但是電流到6的時(shí)候，磁場(chǎng)強(qiáng)度還是7，如果進(jìn)一步增加電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度都是7不再增加了，這時(shí)就說(shuō)，電磁鐵產(chǎn)生了磁飽和。

三磁飽和危害

　　霍爾電流傳感器內(nèi)部包括高導(dǎo)磁材料，高導(dǎo)磁材料磁飽和后，傳感器的二次電流（或電壓）不再按照一次電流的變化而變化，導(dǎo)致二次電路的測(cè)量錯(cuò)誤或保護(hù)失效，長(zhǎng)時(shí)間磁飽和還可能導(dǎo)致導(dǎo)磁材料過(guò)度發(fā)熱而損壞霍爾電流傳感器一次回路與二次回路之間的絕緣，危及設(shè)備及人身安全。

四霍爾電流傳感器磁飽和原理

　　霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種。

　　1、開環(huán)式霍爾電流傳感器也稱直放式霍爾電流傳感器，其工作原理如下圖：

　　當(dāng)原邊電流I_P流過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在環(huán)形磁芯中產(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，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測(cè)量并放大輸出，其輸出電壓V_S按比例的反映原邊電流I_P。

　　由于環(huán)形磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與原邊電流成正比，只要原邊電流足夠大，環(huán)形磁芯必然飽和。

　　2、閉環(huán)式霍爾電流傳感器也稱零磁通互感器或磁平衡電流傳感器，其工作原理如下圖：

　　原邊電流Ip在磁芯中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)副邊補(bǔ)償線圈電流所產(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)，其補(bǔ)償電流Is按比例的反映原邊電流Ip。 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)被磁芯聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)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)的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)測(cè)試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡。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。　　　　因此，從宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。

　　閉環(huán)式霍爾電流傳感器正常工作時(shí)，其一次繞組和二次繞組的磁通互相抵消，達(dá)到磁平衡，磁芯中的實(shí)際磁通為零。但是，這只是理想情況。實(shí)際的傳感器，由電子電路構(gòu)成的二次繞組的輸出電流能力總是有限的，當(dāng)一次過(guò)載時(shí)，若二次輸出受限，實(shí)際輸出電流比理論電流小，磁平衡被打破，只要一次電流繼續(xù)增大，鐵芯就會(huì)飽和。
　　不論是哪種霍爾電流傳感器，磁芯發(fā)生磁飽和后，可能導(dǎo)致剩磁，而霍爾傳感器的輸出與磁芯的磁通有關(guān)，因此，磁飽和后的霍爾電流傳感器，在一次沒(méi)有輸入的情況下，也會(huì)有一定直流信號(hào)的輸出。

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　　作者：AnyWay中國(guó)

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