以霍爾電流傳感器提高開(kāi)關(guān)電源的效率

2 采用霍爾電流傳感器作為開(kāi)關(guān)電源的電流反饋傳感器
為了克服以電阻作為電流傳感器所產(chǎn)生的功耗，本文采用霍爾電流傳感器作為開(kāi)關(guān)電源的電流傳感器。霍爾電流傳感器由磁芯、磁芯繞組、霍爾電極以及電壓放大器等組成，當(dāng)被檢測(cè)電流流過(guò)磁芯繞組時(shí)，將在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將通過(guò)霍爾電極轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電壓放大器的放大和處理，以與被檢測(cè)電流成一定比例關(guān)系的電壓形式輸出。霍爾電流傳感器的構(gòu)成有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種形式，開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器將霍爾電極的轉(zhuǎn)換電壓放大后的直接輸出，其電流容量大，但測(cè)量精度稍低；閉環(huán)霍爾電流傳感器采用磁平衡方式測(cè)量電流，測(cè)量精度高，線(xiàn)性度好，非常適合在開(kāi)關(guān)電源中使用。閉環(huán)霍爾電流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，被測(cè)電流通過(guò)繞組后在磁芯中產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)使霍爾電極上產(chǎn)生電壓，此電壓經(jīng)放大器放大后輸出，同時(shí)經(jīng)補(bǔ)償繞組使磁芯中磁場(chǎng)得到平衡補(bǔ)償，保證輸出電壓UOUT與被測(cè)電流成嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系。

常用的TBC—DS系列閉環(huán)霍爾電流傳感器的引線(xiàn)框圖和傳輸特性如圖5所示。圖5(a)所示的霍爾電流傳感器引線(xiàn)中，I+1-3和I-1-3是被測(cè)電流的串入繞組引腳，其中，I+1和I-1是一個(gè)被測(cè)電流繞組的引腳，I+2和I-2、I+3和I-3也分別各是一個(gè)被測(cè)電流繞組的引腳。當(dāng)3個(gè)被測(cè)電流繞組并聯(lián)時(shí)，霍爾電流傳感器的額定測(cè)量電流為IPN1；若將兩個(gè)繞組并聯(lián)再與一個(gè)繞組串聯(lián)時(shí)，霍爾電流傳感器的額定測(cè)量電流為IPN2；若將3個(gè)繞組相互串聯(lián)時(shí)，霍爾電流傳感器的額定測(cè)量電流為IPN3。3個(gè)額定測(cè)量電流間的關(guān)系為：IPN1=2IPN2=3IPN3?？梢?jiàn)，通過(guò)3組被測(cè)電流繞組的不同接法，可以改變霍爾電流傳感器的額定測(cè)量電流值，擴(kuò)展測(cè)量區(qū)間。VCC為電源引腳，電源電壓通常為5 V；GND是電源和傳感器輸出電壓的地；OUT是傳感器電壓輸出引腳。由5(b)所示的霍爾電流傳感器傳輸特性可見(jiàn)。當(dāng)被測(cè)電流為0時(shí)，其輸出電壓UOUT=2．5 V；當(dāng)被測(cè)電流不為0且方向?yàn)閺模琁+至I-時(shí)，輸出電壓UOUT>2．5 V，當(dāng)被測(cè)電流不為0且方向?yàn)閺腎-至I+時(shí)，輸出電壓UOUT2．5 V。IPN和-IPN是霍爾傳感器的正負(fù)額定電流，當(dāng)被檢測(cè)電流達(dá)到額定電流時(shí)，根據(jù)電流方向的不同，輸出電壓UOUT的值分別為3．125 V或1．875 V，即相對(duì)于2．5 V的中心值有±0．625 V的偏移。當(dāng)被檢測(cè)電流值絕對(duì)值大于IPN時(shí)，霍爾傳感器仍可輸出與被檢測(cè)電流成線(xiàn)性關(guān)系的電壓值，直至被檢測(cè)電流達(dá)到霍爾傳感器的最大檢測(cè)電流IPmax。通常，IPmax>3IPN。

霍爾電流傳感器被測(cè)電流繞組的阻抗通常小于1 mΩ，串入被檢測(cè)電流回路后產(chǎn)生的功耗極小，可以忽略不計(jì)。以霍爾傳感器作為開(kāi)關(guān)電源電流傳感器時(shí)，只需將霍爾電流傳感器的兩個(gè)被檢測(cè)電流接人端I+和I-串入電流回路中，取代原來(lái)的電流檢測(cè)電阻即可。但霍爾電流傳感器需要一個(gè)5 V的電壓供電，此電壓需要由開(kāi)關(guān)電源提供。一般的開(kāi)關(guān)電源控制器芯片均會(huì)提供一個(gè)5 V左右的參考電壓Vref輸出，如果電流容量允許，也可將此參考電壓作為霍爾電流傳感器的供電電壓。