霍尔元件和霍尔电流传感器模块

霍尔元件以及磁敏二极管、磁敏三极管、磁阻元件(MR)及其集成电路都是磁敏传感元件。它们除了作磁场检测传感器之外，还借助磁场作为中介，用于电流的检测，以及在运动控制系统中作位移、物位、速度等机械量的检测，在无刷直流电动机、交流伺服电动机和开关磁阻电动机中作转子位置检测用。

霍尔元件是利用半导体材料在磁场中的霍尔效应原理工作的。霍尔元件是一种四端元件，两端是电流端，另外两端是电压端。当从电流端流过控制电流Ic,垂直于元件表面施加磁感应强度为B的磁场时，在电压端产生霍尔电压VH,表示为VH=KRIB式中Kg-——灵敏度系数，[mV/(mA·T)],它与所用材料性

质及几何尺寸、温度等有关。

常见霍尔元件采用的半导体材料有砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、锗(Ge)和硅(Si),它们在灵敏度、直线性、温度系数及价格方面各有差异。例如，GaAs有线性度好、温度系数小(典型值为一0.04%/℃)、工作温度范围宽(一40~+125℃)、频率特性好等特点，但典型工况下输出霍尔电动势较低。而InSb的输出霍尔电压高(是GaAs的5～6倍),价格低，但受温度的影响较大，工作温度范围较窄。目前InSb霍尔元件用得最多，见表9-1。

市售霍尔元件采用陶瓷或塑料封装。例如.东芝的THS103A封装尺寸为4mm×2.9mm×1.5mm,单边四引脚。TY220为2.9mm×1.5mm×1.1mm微型封装，两侧各有两个引脚，参见表9-2。

表9-1日本几种霍尔元件的主要技术数据

表9-2TY系列锑化铟霍尔元件性能指标

注：由南京中旭微电子有限公司生产，有不同封装形式。

霍尔元件已用来制作霍尔自整角机、霍尔旋转变压器、霍尔直流无刷测速发电机、霍尔无刷直流电动机、霍尔直流力矩电动

机等新型控制电机。霍尔元件在无刷直流电动机控制中应用参阅第3章。

在电动机控制用变流器、逆变器或变频器电路中，电流的测量与控制，对电力电子器件过电流的保护和di/dr的保护，近年普遍采用了霍尔电流传感器。和其他形式的电流传感器相比，其特点是与主回路隔离，对主回路参数几乎没有影响，不损耗主回路功率，响应时间快(达1μs),频带宽，过载能力强，体积小，安装使用方便。以瑞士的LEM公司生产的电流传感器模块为代表。表9-3、表9-4分别给出该公司LT和LA系列电流传感器模块的主要数据。

此种电流传感器是基于磁场伺服平衡原理工作的。它是由一个聚磁作用的开口磁环、绕在其上的二次线圈、在开口处放置的霍尔元件和一些电子电路组成的。该电路包括放大器和推挽输出级。被测电流(Ip)导线穿过磁环，电流产生磁场聚集在霍尔元件上，霍尔电压经放大在二次绕组上产生补偿电流Is,此电流产生的磁场与主电流磁场平衡，完成一个反馈闭环控制。这样，霍尔元件只起了一个指示零磁通的作用。用一个合适阻值的电阻RM,串接到二次绕组中，测量电阻上的电压降，即能反映主回路的电流。它是一个有源的测量模块，需要施加±15V直流

电源。霍尔电流传感器模块原理见图9-1。

南京中旭微电子有限公司生产CS系列霍尔电流传感器，测量精度为1.5%,线性度为0.5%,频率范围为0~100kHz,工作

温度为-25～+70℃。

此外，各厂商也生产霍尔电压传感器系列，可供选用。