一種霍爾電流傳感器的電路設(shè)計

作者：時間：2011-01-24 來源：網(wǎng)絡(luò)

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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(cè)電流(被測電流)所產(chǎn)生的磁場，通過二次線圈電流進(jìn)行補(bǔ)償，使磁芯始終處于零磁通工作狀態(tài)。當(dāng)Io剛通過磁環(huán)，Is尚未形成時，霍爾元件檢測出N1I0所產(chǎn)生的磁場信號，經(jīng)放大級放大，推動驅(qū)動級。由于N2為補(bǔ)償線圈，通過線圈電流不會突變，因此，Is逐漸上升，N2Is所產(chǎn)生的磁場補(bǔ)償了N1I0所產(chǎn)生的磁場。因此，霍爾元件輸出降低，Is上升減慢。當(dāng)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(bǔ)償過沖，霍爾元件輸出變號，輸出驅(qū)動級使Is減小。如此反復(fù)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(bǔ)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(xiàn)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(gòu)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(yīng)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(dá)到平衡的方法都可作為不等位電勢的補(bǔ)償方法。
本系統(tǒng)中不等位電勢補(bǔ)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(diào)節(jié)電位器W104390E使UM=0。
2．6 溫度補(bǔ)償問題
由于載流子濃度等隨溫度變化而變化，會導(dǎo)致霍爾元件的內(nèi)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(dǎo)體材料有所不同，而且溫度高到一定程度，產(chǎn)生的變化相當(dāng)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(dǎo)致內(nèi)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(jìn)行補(bǔ)償。對霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ泻芏喾N：采用恒流源提供控制電流、合理選擇負(fù)載電阻、采用熱敏電阻，也可以將整個霍爾電流傳感器進(jìn)行監(jiān)測補(bǔ)償。其中最簡單實用的方法就是用熱敏電阻對霍爾元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
對于由溫度系數(shù)較大的半導(dǎo)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(bǔ)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://butianyuan.cn/article/179932.htm

圖3(a)是在輸入回路進(jìn)行溫度補(bǔ)償電路，當(dāng)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(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐?，?dāng)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(fù)載電阻RL上的電壓UL的影響。安裝測量電路時，應(yīng)使熱敏元件和霍爾元件的溫度一致。

3 測試結(jié)果
3．1 連接電路
1)由DF1731SB3A型雙路電源提供±18 V電壓，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)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(xì)檢查電路，確認(rèn)無誤后上電?；魻杺鞲衅鞯妮敵鼋覷NI-TUTS8A型萬用表。先調(diào)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(dǎo)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(chǎn)生交流電；如果是直流電源DF1731SB3A，則產(chǎn)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(guān)系。表1為測試數(shù)據(jù)，在不等位電勢為0 mV時，用UNI-T UTS8A型萬用表測量的數(shù)據(jù)。

當(dāng)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(jīng)觀察線性度很好。調(diào)節(jié)AD620的放大倍數(shù)，可以使被測電流達(dá)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％。