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關(guān)于霍爾電流傳感器的原理及磁飽和問題

一、霍爾電流傳感器工作原理
霍爾電流傳感器依據(jù)工作原理不同，可分為開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。
1.開環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理
開環(huán)式霍爾電流傳感器也稱：直放式霍爾電流傳感器、直檢式霍爾電流傳感器等。如圖1，開環(huán)式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構(gòu)成。磁芯有一開口氣隙，霍爾元件放置于氣隙出。當(dāng)原邊導(dǎo)體流過電流時(shí)，在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流大小成正比的磁場(chǎng)，磁芯將磁力線集聚至氣隙處，霍爾元件輸出與氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的電壓信號(hào)，放大電路將該信號(hào)放大出，該類傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號(hào)，也有部分傳感器為了增強(qiáng)電磁兼容性，變換為電流信號(hào)輸出。

圖1

2.閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理
閉環(huán)式霍爾電流傳感器也稱：零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器等。放大電路接受霍爾元件的輸出，并放大為電流信號(hào)提供給副邊補(bǔ)償繞組，副邊補(bǔ)償繞組在磁芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在氣隙處大小相等，方向相反，抵消原邊磁場(chǎng)，形成負(fù)反饋閉環(huán)控制電路。若副邊電流過小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)不足以抵消原邊磁場(chǎng)，放大電路將輸出更大的電流，反之，放大電路輸出電流減小，從而維持氣隙處的磁場(chǎng)平衡。若原邊電流發(fā)生變化，氣隙處磁場(chǎng)平衡被破壞，負(fù)反饋閉環(huán)控制電路同樣會(huì)調(diào)節(jié)副邊輸出電路，使磁場(chǎng)重新達(dá)到平衡。宏觀上講，氣隙處將一直維持零磁通，保持磁平衡，這也是零磁通互感器及磁平衡霍爾電流傳感器名稱的來由。
3.閉環(huán)式霍爾電流傳感器與開環(huán)式霍爾電流傳感器的主要區(qū)別
A、帶寬區(qū)別
微觀上講，氣隙處的磁場(chǎng)始終在零磁通附近變化，由于磁場(chǎng)變化幅度非常小，變化幅度小，變化的頻率可以更快，因此，閉環(huán)式霍爾電流傳感器具有很快的響應(yīng)時(shí)間。實(shí)際的閉環(huán)式霍爾電流傳感器帶寬通常可以達(dá)到100kHz以上。而開環(huán)式霍爾電流傳感器的帶寬通常較窄。
B、精度區(qū)別
開環(huán)式霍爾電流傳感器副邊輸出與磁芯氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，而磁芯由高導(dǎo)磁材料制作而成，非線性和磁滯效應(yīng)是所有高導(dǎo)磁材料的固有特點(diǎn)，因此，開環(huán)式霍爾電流傳感器一般線性度角差，且原邊信號(hào)在上升和下降過程中副邊輸出會(huì)有不同。開環(huán)式霍爾電流傳感器精度通常劣于1%。閉環(huán)式霍爾電流傳感器由于工作在零磁通狀態(tài)，磁芯的非線性及磁滯效應(yīng)不對(duì)輸出造成影響，可以獲得較好的線性度和較高的精度。閉環(huán)式霍爾電流傳感器精度一般可達(dá)0.2%。