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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。當原邊導(dǎo)體流過電流時,在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場強度與電流大小成正比的磁場,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)強度成正比的電壓信號,放大電路將該信號放大出,該類傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號,也有部分傳感器為了增強電磁兼容性,變換為電流信號輸出。
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,并放大為電流信號提供給副邊補償繞組,副邊補償繞組在磁芯中產(chǎn)生的磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場在氣隙處大小相等,方向相反,抵消原邊磁場,形成負反饋閉環(huán)控制電路。若副邊電流過小,產(chǎn)生的磁場不足以抵消原邊磁場,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平衡。若原邊電流發(fā)生變化,氣隙處磁場平衡被破壞,負反饋閉環(huán)控制電路同樣會調(diào)節(jié)副邊輸出電路,使磁場重新達到平衡。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,氣隙處的磁場始終在零磁通附近變化,由于磁場變化幅度非常小,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)時間。實際的閉環(huán)式霍爾電流傳感器帶寬通常可以達到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,因此,開環(huán)式霍爾電流傳感器一般線性度角差,且原邊信號在上升和下降過程中副邊輸出會有不同。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0.2%。

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