霍爾電流傳感器--開環(huán)霍爾方案
2020/7/24 12:01:46 點(diǎn)擊：
電流檢測(cè)是 BMS 必備的一個(gè)功能，在《GB/T 38661_2020 電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》中，對(duì)其有著清晰的要求。
霍爾電流傳感器方案
首先需要了解下霍爾效應(yīng)概念：當(dāng)小電流 Ic 垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流 Ic 和磁場(chǎng) B 的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差 VH，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差 VH 也被稱為霍爾電壓。（圖片來自 LEM 官網(wǎng)）
網(wǎng)上原理解釋：在半導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場(chǎng)，會(huì)使得半導(dǎo)體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集，在聚集起來的電子與空穴之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)力與洛倫茲力產(chǎn)生平衡之后，不再聚集，此時(shí)電場(chǎng)將會(huì)使后來的電子和空穴受到電場(chǎng)力的作用而平衡掉磁場(chǎng)對(duì)其產(chǎn)生的洛倫茲力，使得后來的電子和空穴能順利通過不會(huì)偏移，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
進(jìn)一步地，怎么利用霍爾效應(yīng)來測(cè)量電流呢？
因?yàn)榛魻栯妷号c磁場(chǎng)強(qiáng)度以及半導(dǎo)體中通過的小電流成正比，如果我們提供一個(gè)恒定的小電流通過半導(dǎo)體，那么霍爾電壓只與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比了，二者可以建立一定的函數(shù)關(guān)系式。
接著，如果讓母線中待測(cè)的大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加到上面的半導(dǎo)體周圍（磁場(chǎng)與半導(dǎo)體內(nèi)部的電流垂直），那么就在霍爾電壓與待測(cè)大電流之間產(chǎn)生了一定的函數(shù)關(guān)系，就可以利用霍爾電壓來表示待測(cè)電流了。
上面講的有點(diǎn)繞，建議多讀幾次哦。
常見的霍爾效應(yīng)電流傳感器包括了開環(huán)與閉環(huán)兩種，好像還有一個(gè)叫 Eta 霍爾電流傳感器技術(shù)，但是不太常見。
開環(huán)霍爾電流傳感器
基本的構(gòu)造如下圖（來源于網(wǎng)絡(luò)），導(dǎo)線中通過待測(cè)電流 Ip，Ip 對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)；這個(gè)磁場(chǎng)被集中在磁芯中，磁芯一側(cè)存在一個(gè)氣隙，氣隙中放置了一個(gè)半導(dǎo)體霍爾元件，它用來感應(yīng)氣隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
繼續(xù)分析，在半導(dǎo)體霍爾元件中通過一個(gè)恒定的小電流 Ic，這樣根據(jù)霍爾效應(yīng)，在半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)霍爾電壓，它經(jīng)過放大調(diào)理等輸出到外部，就可以計(jì)算出 Ip 的大小了。（圖片來自 LEM 官網(wǎng)）
概括來講，開環(huán)霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)是低成本、尺寸與重量小，功耗也比較低；缺點(diǎn)是精度稍差，零點(diǎn)偏移大一些；實(shí)際看一下產(chǎn)品，感受一下其參數(shù)。（下圖來源于 LEM 官網(wǎng)）
霍爾電流傳感器方案
首先需要了解下霍爾效應(yīng)概念：當(dāng)小電流 Ic 垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流 Ic 和磁場(chǎng) B 的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差 VH，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差 VH 也被稱為霍爾電壓。（圖片來自 LEM 官網(wǎng)）
網(wǎng)上原理解釋：在半導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場(chǎng)，會(huì)使得半導(dǎo)體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集，在聚集起來的電子與空穴之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)力與洛倫茲力產(chǎn)生平衡之后，不再聚集，此時(shí)電場(chǎng)將會(huì)使后來的電子和空穴受到電場(chǎng)力的作用而平衡掉磁場(chǎng)對(duì)其產(chǎn)生的洛倫茲力，使得后來的電子和空穴能順利通過不會(huì)偏移，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
進(jìn)一步地，怎么利用霍爾效應(yīng)來測(cè)量電流呢？
因?yàn)榛魻栯妷号c磁場(chǎng)強(qiáng)度以及半導(dǎo)體中通過的小電流成正比，如果我們提供一個(gè)恒定的小電流通過半導(dǎo)體，那么霍爾電壓只與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比了，二者可以建立一定的函數(shù)關(guān)系式。
接著，如果讓母線中待測(cè)的大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加到上面的半導(dǎo)體周圍（磁場(chǎng)與半導(dǎo)體內(nèi)部的電流垂直），那么就在霍爾電壓與待測(cè)大電流之間產(chǎn)生了一定的函數(shù)關(guān)系，就可以利用霍爾電壓來表示待測(cè)電流了。
上面講的有點(diǎn)繞，建議多讀幾次哦。
常見的霍爾效應(yīng)電流傳感器包括了開環(huán)與閉環(huán)兩種，好像還有一個(gè)叫 Eta 霍爾電流傳感器技術(shù)，但是不太常見。
開環(huán)霍爾電流傳感器
基本的構(gòu)造如下圖（來源于網(wǎng)絡(luò)），導(dǎo)線中通過待測(cè)電流 Ip，Ip 對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)；這個(gè)磁場(chǎng)被集中在磁芯中，磁芯一側(cè)存在一個(gè)氣隙，氣隙中放置了一個(gè)半導(dǎo)體霍爾元件，它用來感應(yīng)氣隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
繼續(xù)分析，在半導(dǎo)體霍爾元件中通過一個(gè)恒定的小電流 Ic，這樣根據(jù)霍爾效應(yīng)，在半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)霍爾電壓，它經(jīng)過放大調(diào)理等輸出到外部，就可以計(jì)算出 Ip 的大小了。（圖片來自 LEM 官網(wǎng)）
概括來講，開環(huán)霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)是低成本、尺寸與重量小，功耗也比較低；缺點(diǎn)是精度稍差，零點(diǎn)偏移大一些；實(shí)際看一下產(chǎn)品，感受一下其參數(shù)。（下圖來源于 LEM 官網(wǎng)）
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