什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图

什么是霍尔效应及霍尔传感器原理图(图)

半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。

原理简述如下：激励电流I 从a 、b 端流入，磁场B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、d 方向产生电场E 。电子积累得越多，FE 也越大，在半导体薄片c 、d 方向的端面之间建立的电动势EH 就是霍尔电势。

由图可以看出，流入激励电流端的电流I 越大、作用在薄片上的磁场强度 B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。

（以下是）霍尔电流传感器工作原理

1、直放式（开环）电流传感器（CS系列）

当原边电流I P流过一根长导线时，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，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。一般的额定输出标定为4V。

2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列）

磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流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，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

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，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is

来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。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。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

3、霍尔电压（闭环）传感器（VSM系列）

霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原边电压V P通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流I S流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流I S精确的反映原边电压V P。

4、交流电流传感器（A-CS系列）

交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA（或4～20mA）的标准直流信号输出供各种系统使用。