霍尔传感器工作原理、作用详解-KIA MOS管

霍尔传感器工作原理

开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字信号，主要用于测转数、转速、流速、接近开关、报警器等。

当磁场作用在半导体上时，电子会垂直于电流方向发生侧向偏转，一侧分布电子多，一侧分布电子少，由此产生霍尔电压，指针偏转。如果磁场被中断，电子会重新均匀分布，这时电压表指针不偏转。阈值开关以数字方式显示霍尔电压的模拟信号，阈值开关在一定电压下闭合，低于某一电压数值时则断开。

线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量，分开环式和闭环式两种，主要用于交直流电流和电压测量。

直放式电流传感器（开环式）

开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。

磁芯有一开口气隙，霍尔元件放置于气隙出。当原边导体流过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出，该类传感器通常输出±10V左右的电压信号，也有部分传感器为了增强电磁兼容性，变换为电流信号输出。

当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。

磁平衡式电流传感器（闭环式）

闭环式霍尔电流传感器也称：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。与开环式霍尔电流传感器相比，闭环式霍尔电流传感器多了副边补偿绕组，正是副边补偿绕组，将闭环式霍尔电流传感器的性能进行了大幅度提升。

磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。

霍尔传感器的作用

霍尔传感器的工作原理基于霍尔效应，这是一种当电流通过半导体材料时，如果在其上施加磁场，会在半导体两侧产生电势差的现象。这种传感器能够精确地测量磁场的变化，并将其转换为可用的电信号。

1.测量磁场强度：霍尔传感器可以用来测量磁场的强度和方向。

通过检测磁场的变化，可以判断物体的位置、运动状态等信息。在自动化控制系统中，霍尔传感器通常用于检测电机的转速和位置，以实现精确的控制。

2.检测磁性物体：由于霍尔传感器对磁场变化非常敏感，因此可以用来检测磁性物体的存在。

例如，在汽车中，可以使用霍尔传感器来检测车辆上的铁磁性检测标记，以实现自动驾驶或自动停车等功能。

3.检测磁性开关：霍尔传感器可以作为磁性开关使用。

通过引入一个磁场源，当检测到磁场强度超过设定阈值时，传感器会输出一个电信号，用于触发相关设备的开关操作。这种应用广泛用于安全系统、门禁系统等场所。

4.测量电流：一些特殊类型的霍尔传感器还可以用来测量电流。

通过将电流通过一个导线，再将霍尔传感器安装在导线附近，可以利用霍尔效应测量导线中的电流强度。

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