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霍尔电流传感器磁饱和原理

导读: 霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种。

霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种。

1、开环式霍尔电流传感器也称直放式霍尔电流传感器,其工作原理如下图:

当原边电流IP流过一根长导线时,在环形磁芯中产生一磁场,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VS按比例的反映原边电流IP。

由于环形磁芯中的磁感应强度与原边电流成正比,只要原边电流足够大,环形磁芯必然饱和。

2、闭环式霍尔电流传感器也称零磁通互感器或磁平衡电流传感器,其工作原理如下图:

原边电流Ip在磁芯中所产生的磁场通过副边补偿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,其补偿电流Is按比例的反映原边电流Ip。 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芯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。

闭环式霍尔电流传感器正常工作时,其一次绕组和二次绕组的磁通互相抵消,达到磁平衡,磁芯中的实际磁通为零。但是,这只是理想情况。实际的传感器,由电子电路构成的二次绕组的输出电流能力总是有限的,当一次过载时,若二次输出受限,实际输出电流比理论电流小,磁平衡被打破,只要一次电流继续增大,铁芯就会饱和。

不论是哪种霍尔电流传感器,磁芯发生磁饱和后,可能导致剩磁,而霍尔传感器的输出与磁芯的磁通有关,因此,磁饱和后的霍尔电流传感器,在一次没有输入的情况下,也会有一定直流信号的输出。

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