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

開關型霍爾傳感器由穩壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發器和輸出級組成，它輸出數字信號，主要用于測轉數、轉速、流速、接近開關、報警器等。

當磁場作用在半導體上時，電子會垂直于電流方向發生側向偏轉，一側分布電子多，一側分布電子少，由此產生霍爾電壓，指針偏轉。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。閾值開關以數字方式顯示霍爾電壓的模擬信號，閾值開關在一定電壓下閉合，低于某一電壓數值時則斷開。

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，分開環式和閉環式兩種，主要用于交直流電流和電壓測量。

直放式電流傳感器（開環式）

開環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。開環式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構成。

磁芯有一開口氣隙，霍爾元件放置于氣隙出。當原邊導體流過電流時，在導體周圍產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。

當電流通過一根長導線時，在導線周圍將產生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，它可以通過磁芯聚集感應到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經信號放大器放大后直接輸出，一般的額定輸出標定為4V。

磁平衡式電流傳感器（閉環式）

閉環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。與開環式霍爾電流傳感器相比，閉環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在聚磁環處所產生的磁場通過一個次級線圈，電流所產生的磁場進行補償，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態。

磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當主回路有一電流通過時，在導線上產生的磁場被聚磁環聚集并感應到霍爾器件上，所產生的信號輸出用于驅動相應的功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip與匝數相乘所產生的磁場相等時，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。經功率放大后，立即就有相應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，這是一種當電流通過半導體材料時，如果在其上施加磁場，會在半導體兩側產生電勢差的現象。這種傳感器能夠精確地測量磁場的變化，并將其轉換為可用的電信號。

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、運動狀態等信息。在自動化控制系統中，霍爾傳感器通常用于檢測電機的轉速和位置，以實現精確的控制。

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記，以實現自動駕駛或自動停車等功能。

3.檢測磁性開關：霍爾傳感器可以作為磁性開關使用。

通過引入一個磁場源，當檢測到磁場強度超過設定閾值時，傳感器會輸出一個電信號，用于觸發相關設備的開關操作。這種應用廣泛用于安全系統、門禁系統等場所。

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線，再將霍爾傳感器安裝在導線附近，可以利用霍爾效應測量導線中的電流強度。

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