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,也将是一个更强大的功能和集成。
在测量精度,灵活性等,也将有一个很好的提升。
虽然上述两个霍尔传感器测量和线性度,在一定程度上满足精度,它们需要垂直磁场和霍尔元件,所以,我们必须增加珠,这直接导致体积增加,此外,它们的温度变化敏感,并且输出电压也太小。
因此,在很多方面,它们需要弥补和改善,高需求促进了传感器的发展。