霍爾傳感器工作原理及主要特性

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。那么霍爾傳感器的工作原理是什么？這種傳感器都有哪些優(yōu)點？主要參數(shù)有哪些？本文將一一解答。

（霍爾效應的本質是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。）

通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。

由于霍爾元件產生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。霍爾傳感器也稱為霍爾集成電路，其外形較小，如下圖所示：

霍爾傳感器

霍爾傳感器的優(yōu)點及用途

許多人都知道，轎車的自動化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開關時會產生浪涌電流，使機械式開關觸點產生電弧，產生較大的電磁干擾信號。

采用功率霍爾開關電路可以減小這些現(xiàn)象?；魻柶骷ㄟ^檢測磁場變化，轉變?yōu)殡娦盘栞敵?，可用于監(jiān)視和測量汽車各部件運行參數(shù)的變化。

例如位置、位移、角度、角速度、轉速等等，并可將這些變量進行二次變換；可測量壓力、質量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實現(xiàn)自動檢測。

目前的霍爾器件都可承受一定的振動，可在零下40℃到零上150℃范圍內工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應汽車的惡劣工作環(huán)境。

霍爾傳感器可以測量任意波形的電流和電壓，如：直流、交流、脈沖波形等，甚至對瞬態(tài)峰值的測量。副邊電流忠實地反應原邊電流的波形。而普通互感器則是無法與其比擬的，它一般只適用于測量50Hz正弦波

原邊電路與副邊電路之間有良好的電氣隔離，隔離電壓可達9600Vrms；

精度高：在工作溫度區(qū)內精度優(yōu)于1%，該精度適合于任何波形的測量；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。

寬帶寬：高帶寬的電流傳感器上升時間可小于1μs；但是，電壓傳感器帶寬較窄，一般在15kHz以內，6400Vrms的高壓電壓傳感器上升時間約500uS，帶寬約700Hz。

測量范圍廣泛：電流測量可達50KA，電壓測量可達6400V。

結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。

上圖即是一種典型的霍爾傳感器實現(xiàn)定位應用---一個輪上的兩個磁鐵經過霍爾效應傳感器。圖示中的輪子，帶有兩個等距的磁鐵，傳感器上的電壓在一個周期內將兩次達到峰值。

通常被用于計量車輪和軸的速度，例如在內燃機點火定時（正時）或轉速表上。其在無刷直流電動機的使用，用來檢測永磁鐵的位置。

霍爾傳感器廣泛應用在變頻調速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信 電源、電焊機、電力機車、變電站、數(shù)控機床、電解電鍍、微機監(jiān)測、電網監(jiān)測等需要隔離檢測電流的設施中以及新興的太陽能、風能和地鐵軌道信號、汽車電子等領域。

霍爾傳感器的主要特性參數(shù)

前面介紹過了霍爾傳感器是一種根據(jù)霍爾效應制作的磁場傳感器，它的主要特性參數(shù)有以下幾類。

（1）輸入電阻R

霍爾傳感器元件兩激勵電流端的直流電阻稱為輸入電阻。它的數(shù)值從幾歐到兒百歐，視不同型號的元件而定。

溫度升高，輸入電阻變小，從而使輸入電流變大，最終引起霍爾傳感器電勢變化。為了減少這種影響，最好采用恒流源作為激勵源。

（2）輸出電阻R

兩個霍爾傳感器電勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，它的數(shù)位與輸入電阻同一數(shù)量級。它也隨溫度改變順改變。選擇適當?shù)呢撦d電阻易與之匹配，可以使由溫度引起的程水電勢的漂移減至最小。

（3）最大激勵電流I---霍爾傳感器參數(shù)

由于霍爾傳感器電勢隨激勵電流的增大而增大，故在應用中總希望選用較大的激勵電流1M但激勵電流增大，程爾元件的功耗增大，元件的溫皮升高，從而引起霍爾傳感器屯勢的溫漂增大，因此每種型號的幾件均規(guī)定了相應的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至幾百毫安。

（4）靈敏度K

靈敏度KH=EH/IB，它的數(shù)值約為10MV（MA.T）左右。

（5）最大磁感應強度BM---霍爾傳感器參數(shù)

磁感應強度超過BM時，霍爾傳感器電勢的非線性誤差將明顯增大，特斯撿（T）成幾千高斯（Gs）（1Gs=104T）。

（6）個等位電勢

在額定激勵電流F，當外加磁場為零時它是由于4個屯極的幾何尺寸不對稱引起的誤差。

（7）霍爾傳感器屯勢溫度系數(shù)

6M的數(shù)值一般為零點刀霍爾傳感器輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢，使用時多采用電橋法來補償不等位電勢引起日在一定磁感應強度和激勵電流的作用下，溫度每變化1攝氏度時，霍爾傳感器電勢變化的百分數(shù)弱為霍爾傳感器電勢溫度系數(shù)，它與霍爾傳感器元件的材料有關。