一種霍爾電流傳感器的電路設計

作者：時間：2011-01-24 來源：網絡

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2．4 反饋電路
零磁通霍爾傳感器利用磁平衡原理：一次側電流(被測電流)所產生的磁場，通過二次線圈電流進行補償，使磁芯始終處于零磁通工作狀態(tài)。當Io剛通過磁環(huán)，Is尚未形成時，霍爾元件檢測出N1I0所產生的磁場信號，經放大級放大，推動驅動級。由于N2為補償線圈，通過線圈電流不會突變，因此，Is逐漸上升，N2Is所產生的磁場補償了N1I0所產生的磁場。因此，霍爾元件輸出降低，Is上升減慢。當N2Is=N1I0時，磁場為零，霍爾元件輸出為零。但由于線圈的緣故，Is還會上升，這樣，N2Is>N1I0，補償過沖，霍爾元件輸出變號，輸出驅動級使Is減小。如此反復在平衡點附近振蕩。可以在反饋線圈上接一個精阻，通過測量電阻端的電壓，計算Is的大小，通過N2Is=N1I0計算通電電流I0的大小，一般情況下N1=1。
2．5 不等位電勢補償
不等位電勢是霍爾元件在加控制電流而不加外磁場時出現的霍爾電勢，稱其為零位誤差。在分析不等位電勢時，可將霍爾元件等效為一個電橋，控制電極1、3和霍爾電極2、4可看作電橋的電阻連接點。它們之間分布電阻R1、R2、R3、R4構成4個橋臂，控制電壓可視為電橋的工作電壓。
理想情況下，不等位電勢UM=O，對應于電橋的平衡狀態(tài)，此時R1=R2=R3=R4。如果霍爾元件的UM≠O，則電橋就處于不平衡狀態(tài)，此時R1、R2、R3、R4的阻值有差異，UM就是電橋的不平衡輸出電壓。只要能使電橋達到平衡的方法都可作為不等位電勢的補償方法。
本系統(tǒng)中不等位電勢補償方法為：在I0=0的情況下，系統(tǒng)上電，用萬用表測試傳感器的輸出引腳電壓值是否為零；為零則表示不等位電勢UM=0。如果不等于零，用螺絲刀調節(jié)電位器W104390E使UM=0。
2．6 溫度補償問題
由于載流子濃度等隨溫度變化而變化，會導致霍爾元件的內阻、霍爾電勢等也隨溫度變化而變化。這種變化程度隨不同半導體材料有所不同，而且溫度高到一定程度，產生的變化相當大。溫度誤差是霍爾元件測量中不可忽視的誤差。
針對溫度變化導致內阻(輸入、輸出電阻)的變化，可以采用對輸入或輸出電路的電阻進行補償。對霍爾元件進行溫度補償的方法有很多種：采用恒流源提供控制電流、合理選擇負載電阻、采用熱敏電阻，也可以將整個霍爾電流傳感器進行監(jiān)測補償。其中最簡單實用的方法就是用熱敏電阻對霍爾元件進行溫度補償。
對于由溫度系數較大的半導體材料(如銻化銦)制成的霍爾元件，常采用圖3所示的溫度補償電路，其中Rt是熱敏元件(熱電阻或熱敏電阻)。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/179932.htm

圖3(a)是在輸入回路進行溫度補償電路，當溫度變化時，用Rt的變化來抵消霍爾元件的乘積靈敏度S和輸入電阻Ri變化對霍爾輸出電勢Vk的影響。圖3(b)則是在輸出回路進行溫度補償的電路，當溫度變化時，用Rt的變化來抵消霍爾電勢Vk和輸出電阻R0變化對負載電阻RL上的電壓UL的影響。安裝測量電路時，應使熱敏元件和霍爾元件的溫度一致。

3 測試結果
3．1 連接電路
1)由DF1731SB3A型雙路電源提供±18 V電壓，經過電壓轉化芯片輸出穩(wěn)定的±5 V電壓，給霍爾電流傳感器提供工作電壓，分別接傳感器P1口的引腳1(GND)、2(+5 V)、3(-5 V)。P2口的引腳1為輸出端，引腳3為GND。
2)仔細檢查電路，確認無誤后上電?；魻杺鞲衅鞯妮敵鼋覷NI-TUTS8A型萬用表。先調節(jié)HW30082、引腳3之間的100 kΩ電位器，使零點電壓盡可能地接近0 mV。
3)將待檢測通電導線穿過集磁環(huán)。采用的方法是在8 Ω的功率電阻上施加電壓，如果是交流電壓電源TektronixAFG310，則產生交流電；如果是直流電源DF1731SB3A，則產生直流，通過改變電壓的大小改變電流的大小。
3．2 線性度的測量
線性度是指輸出對于輸入的跟蹤度的好壞，輸出與輸入有良好的線性關系。表1為測試數據，在不等位電勢為0 mV時，用UNI-T UTS8A型萬用表測量的數據。

當電阻兩端接交流電壓時，由Tektronix AFG310型交流信號源提供電壓，輸出接TektronixTDS型示波器，改變交流電壓幅值的大小，觀察示波器上波形幅度的大小。經觀察線性度很好。調節(jié)AD620的放大倍數，可以使被測電流達到±99．6 A，一般的傳感器電流范圍為±50 A，因此該傳感器的動態(tài)測試范圍提高了將近50％。