霍尔电流传感器的工作原理是,标准环芯有一个间隙,将霍尔传感器插入间隙,环绕线圈,当电流通过线圈产生磁场时,霍尔传感器有信号输出。
由于通电螺钉管内有磁场,其尺寸与导线中的电流成正比,霍尔传感器可以用来测量磁场,从而确定导线中的电流尺寸。霍尔电流传感器可以通过这一原理设计制造。其优点是不接触被测电路,不影响被测电路,不消耗被测电源的功率,特别适合大电流传感器。
在设计开环霍尔电流传感器时,如何选择磁芯和芯片是一个关键问题。
传统的霍尔传感器通常封闭在铁磁芯(环形或方形)的气隙中,包裹在载流导体周围。
对于电流 I 和气隙为 d 传感器位置(气隙中心)的铁磁芯 B 可近似为:
公式 1.磁芯配置的磁场估计公式。
铁磁芯的命名协议是 C 后跟气隙尺寸(例如,C5 表示 5mm 间隙屏蔽)。
以下示例:
A磁芯
I = 120A→B = 1.25 x 120 [A] / 1.68 [mm] = 89.3[mT]
所需传感器灵敏度: S = 2000 [mV] / 89.3[mT] = 22.4[mV/mT]
B磁芯
I = 300A→B = 1.25 x 300 [A] / 3.5 [mm] = 107 [mT]
所需传感器灵敏度: S = 2000 [mV] / 107[mT] = 18.7 [mV/mT]
C-5磁芯
I = 500A→B = 1.25 x 500 [A] / 5 [mm] = 125 [mT]
所需传感器灵敏度: S = 2000 [mV] / 125 [mT] = 16 [mV/mT]
所需的灵敏度参数确定后,我们就可以选择一款合适的线性霍尔芯片,可以选择固定灵敏度的芯片,也可以选择可编程灵敏度的芯片,例如下面可选芯片:
CH603/CH604/CH605系列是线性霍尔,灵敏度高,性价比高IC采用双极技术的产品。该系列静态输出电压为电源电压的50%。CH603/CH604/CH605系列提供高精度和温度补偿,工作温度补偿 150℃,适用于家用电器、工业和汽车环境。芯片主要用途:工业缝纫机、云台、高端视频监控器、高端电动汽车、游戏手柄、咖啡机、VR一体机、调速开关、仪表等。
如需自行编程芯片,可根据灵敏度范围选择CHA611 支持汽车级可编程线性霍尔芯片的芯片 5V 单电源供电。120 kHz带宽,< 3us 响应时间,0.8 – 24 mV/G 全温-40-150度可编程 2% 精度。静态(零电流)输出电压校准在芯片出厂前完成。芯片通过AEC-Q100认证。芯片的主要应用:汽车BMS电流检测、新能源车主驱动电流检测等。
选择合适的磁环和芯片,制作合适的霍尔电流传感器。以下是电动汽车控制器中磁环和线性霍尔芯片的应用实例:
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