霍爾轉(zhuǎn)速傳感器HC-1024PA是以霍爾元件為核心構(gòu)成的一種傳感器。霍爾傳感器具有結(jié)構(gòu)牢固，體積小，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高，耐振動(dòng)，不怕灰塵、油垢及鹽霧等的污染或腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

霍爾傳感器的工作原理
    霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)工作的傳感器。霍爾效應(yīng)是指置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。

霍爾集成電路結(jié)構(gòu)分析 
  霍爾集成電路按輸出方式可分為線性型和開關(guān)型，若按集成電路內(nèi)部的有源器件可分為雙極型和MOS型。圖2、圖3分別示出了一種雙極型霍爾集成電路內(nèi)部的原理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)，圖2為開關(guān)型的，圖3為線性型的。 
    在圖2中IC內(nèi)通過霍爾元件H的磁性檢測(cè)反映為高低電平的輸出。V1、V2組成差分放大器，它將霍爾電勢(shì)放大，其放大倍數(shù)約幾十倍；V3、V4組成施密特觸發(fā)器，它將放大的霍爾電勢(shì)整形為矩形脈沖；V5、V6進(jìn)一步對(duì)矩形脈沖緩沖放大；V7、V8為開路集電極輸出管。圖2a中有兩個(gè)輸出端，這里之所以采用集電極開路輸出結(jié)構(gòu)，是因?yàn)樗梢杂休^大的負(fù)載能力，且易于與不同類型的電路接口，但亦有部分霍爾集成電路采用發(fā)射極開路輸出形式，如圖2b、2c所示。 
    圖3所示是線性霍爾集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其輸出電壓能隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而連續(xù)變化，其輸出變化曲線一般如圖4所示。它的特點(diǎn)是靈敏度高，輸出動(dòng)態(tài)范圍寬、線性度好。圖3a中V1、V2為差分放大器，R1、R2射極電阻的負(fù)反饋展寬了電路的線性范圍，V5、V6**級(jí)差分放大使放大倍數(shù)很高。有的線性霍爾集成電路還設(shè)置了引出端外接電位器進(jìn)行補(bǔ)償、調(diào)零或改變電路的靈敏度。 
霍爾轉(zhuǎn)速傳感器HC-1024PA

是霍爾技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，當(dāng)通有小電流的半導(dǎo)體
薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)
差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算有式
（1 ）關(guān)系。

    VH= （RH/d）×B ×IC（1 ）

    式中：B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度；IC為控制電流；RH為霍爾系數(shù)；d 為半導(dǎo)體厚度。

    式（1 ）中，若保持控制電流IC不變，在一定條件下，可通過測(cè)量霍爾電壓推算出磁感
應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制出了用于測(cè)
量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件，即霍爾器件。

    2.2 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元
件用于隔離檢測(cè)電流的模塊化產(chǎn)品，它的工作原理是霍爾磁平衡式（或稱霍爾磁補(bǔ)償式、霍
爾零磁通式）。眾所周知，當(dāng)電流流過一根導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與
流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，
由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線形關(guān)系，因此，可利用霍爾器件測(cè)得
的輸出信號(hào)，直接反映出導(dǎo)線中的電流大小，即I ∝B ∝VH（2 ）

    式中：I 為通過導(dǎo)線的電流； B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

    當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)后，上述關(guān)系可以表示為等式。

    對(duì)于霍爾輸出電壓信號(hào)VH的處理，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一
類為開環(huán)（或稱直測(cè)式、直檢式）霍爾電流傳感器；另一類為閉環(huán)（或稱零磁通式、磁平衡
式）霍爾電流傳感器。針對(duì)霍爾傳感器的電路形式而言，人們*容易想到的是將霍爾器件的
輸出電壓用運(yùn)算放大器直接進(jìn)行信號(hào)放大，得到所需要的信號(hào)電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊
被測(cè)電流大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)
點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低；其缺點(diǎn)是其精度、線性度較差，響應(yīng)時(shí)間較慢，溫度漂
移較大。為了克服開環(huán)傳感器的不足，上世紀(jì)80年代末期，便出現(xiàn)了閉環(huán)霍爾電流傳感器。

    閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流（IN）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過
一個(gè)副邊線圈的電流（IM）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通的工作
狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中達(dá)到平衡時(shí)，即N1×IN=N2 ×IM（3 ）

    式中：N1為原邊線圈的匝數(shù)；N2為副邊線圈的匝數(shù)。

    由式（3 ）可以看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過測(cè)量副邊補(bǔ)償電流IM
的大小，即可推算出原邊電流IN的值，從而實(shí)現(xiàn)了原邊電流的隔離測(cè)量。

    3 閉環(huán)霍爾電流傳感器的主要性能閉環(huán)霍爾電流傳感器是近10年來出現(xiàn)的高技術(shù)模塊化
產(chǎn)品，其性能大大優(yōu)于開環(huán)霍爾電流傳感器，同時(shí)與傳統(tǒng)的分流器或互感器的電流測(cè)量方法
相比亦有許多優(yōu)點(diǎn)。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點(diǎn)：1 ）可以同時(shí)測(cè)量任意波形電流，
如：直流、交流、脈沖電流；2 ）副邊測(cè)量電流與原邊被測(cè)電流之間完全電氣隔離，絕緣電
壓一般為2kV ～12kV；3 ）電流測(cè)量范圍寬，可測(cè)量額定1mA ～50kA電流；4 ）跟蹤速度di/dt>50A/
μs ；5 ）線性度優(yōu)于0.1 ％IN；6 ）響應(yīng)時(shí)間<1μs ；7 ）頻率響應(yīng)0 ～100kHz. 4 傳感
器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用閉環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用范圍很廣，目前已成功地應(yīng)用于逆變
焊機(jī)，發(fā)電及輸變電設(shè)備，電氣傳動(dòng)，數(shù)控機(jī)床等工業(yè)產(chǎn)品上。我們假以南京中旭的額定電
流為300A的HNC-300S型霍爾電流傳感器為例，說明這種傳感器的應(yīng)用（傳感器電參數(shù)略）。
在某型地面車輛上裝備了一套獨(dú)立的大功率發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了HNC －300S型
閉環(huán)霍爾電流傳感器作為系統(tǒng)電流檢測(cè)部件，通過對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，設(shè)定限流
工作點(diǎn)，確保發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不高于發(fā)電機(jī)的額定功率。閉環(huán)霍爾電流傳感器HNC －300S
的應(yīng)用，很好地實(shí)現(xiàn)了上述應(yīng)用目的。

當(dāng)發(fā)電機(jī)G 輸出正端匯流母線穿過HNC －300S的原邊電流穿孔，由傳感器HNC －300S檢

測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出電流，傳感器的輸出IM與發(fā)電機(jī)控制盒相連，由發(fā)電機(jī)控制盒設(shè)定發(fā)電機(jī)的
輸出電流控制點(diǎn)，依據(jù)此信號(hào)，對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電流加以限制，避免發(fā)電機(jī)因輸出功率過高
而發(fā)生故障或損壞，從而保證發(fā)電系統(tǒng)正常工作。

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