霍尔传感器供电 什么是霍尔传感器，它是如何工作的，有什么应用？
什么是霍尔传感器，它是如何工作的，有什么应用？
霍尔效应传感器
霍尔效应传感器是用来测量磁场大小的线性传感器。这些传感器利用霍尔效应原理，在检测到磁场时产生霍尔电压，用于测量磁感应强度。
线性传感器可以测量大范围的磁场。除了磁场，这些传感器还用于检测位置，速度。对于这些传感器来说，输出电压与磁场大小成正比。
霍尔效应传感器的工作原理
利用霍尔电压原理作为霍尔效应传感器的工作原理。在导体的薄带上，通电时电子沿直线流动。当这个带电导体与与电子运动方向垂直的磁场接触时，电子就会发生偏转。
一些电子被收集到一边，而另一些则被收集到另一边。因此，导体的一个平面表现为负电荷，而另一个表现为正电荷。这就产生了电位差和电压。这个电压叫做霍尔电压。
电子继续从平面的一边移动到另一边，直到电场作用在带电粒子上的力和引起磁场变化的力之间达到平衡。当这种分离停止时，该瞬间的霍尔电压值就给出了磁通量密度的测量值。
根据霍尔电压与磁通密度的关系，霍尔效应传感器有两种类型。在线性传感器中，输出电压与磁通密度成线性关系。在门限传感器中，在每个磁通密度下，输出电压都会急剧下降。
霍尔效应传感器可以看作是线性传感器。为了处理传感器的输出，这些需要一个线性电路，可以为传感器提供恒定的驱动电流，也可以放大输出信号。
霍尔效应传感器的用途是什么?
霍尔效应传感器便宜、坚固、可靠、小巧、易于使用，所以你会在许多不同的机器和日常设备中发现它们，从汽车点火装置到电脑键盘、工厂机器人到健身自行车
这是一个很常见的例子，你可能正在用在你的电脑上。在一个无刷直流电机(用于诸如硬盘和软盘驱动器之类的东西)，你需要能够在任何时候准确地感觉到电机的位置。安装在转子(电机的旋转部分)附近的霍尔效应传感器将能够通过测量磁场的变化来非常精确地探测其方向。这样的传感器还可以用来测量速度(例如，计算车轮或汽车发动机凸轮或曲轴的旋转速度)。你经常会在电子速度计和风速计(风速计)中发现它们，它们可以以类似的方式用于簧管开关。
图片:这个旧软盘驱动器上的小型直流无刷电机有三个霍尔效应传感器(红色圆圈表示)，它们位于电机的边缘，检测电机转子(一个旋转的永磁体)的运动(在这张照片上没有显示)。传感器不是很多看，正如你可以看到从特写照片在右边!
埃德温·霍尔的革命性发现花了几十年才流行起来，但现在它被用于各种领域——甚至是电磁空间火箭发动机。毫不夸张地说，霍尔的开创性工作产生了相当大的影响!
插图:典型的霍尔传感器是如何包装的。磁场可以非常小，所以我们需要我们的探测器尽可能地敏感，这是一种实现这一点的方法。霍尔芯片本身(绿色，17)安装在一个铁载体板(灰色，16)，夹在两个成型的塑料部分(灰色，11,12)。芯片由引线(19)连接到终端引脚(蓝色)，通过它可以连接到一个电路。但真正重要的部分是两个软铁“通量集中器”(橙色，15,21)，这使得该设备非常敏感。当你在传感器附近放置一块磁铁(22)时，这些集中器允许磁通量(磁场产生的磁场的“密度”)沿着霍尔芯片的一个连续环路流动，产生正电压或负电压。如果磁铁滑到传感器的另一侧，就会产生相反的电压。
霍尔电流传感器在电信整流器和服务器电源中的应用
电信整流器和服务器电源单元（PSU）中的功率因数校正（PFC）电路和逆变电路都需要将高压侧的电流信号检测到位于低压侧的控制器，因此要用到隔离式电流传感器。隔离式电流检测有多种实现方式，例如电流互感器（CT）、隔离放大器和霍尔效应电流传感器。其中，霍尔效应电流传感器因其简便易用、准确、体积小且具有直流检测能力，成为比较理想的选择。
电流互感器是基于变压器的原理对电流进行采样，使用CT可以检测MOSFET或者IGBT的开通电流。CT的快速响应速度使其非常适合于用做峰值电流控制和过流保护控制。但是基于变压器耦合原理的CT无法感测直流或非常低频的电流，从而导致其不能直接检测工频AC电流，或因为只检测开通电流的间接方法而损失测量精度（没有关断电流）。另外，由于CT需要使用铁氧体磁芯，体积很难做小，而体积较大的CT又会增大电源开关环路，产生更高的电压尖峰和噪声干扰。
而霍尔效应电流传感器则是一种精度更高、体积更小的选择，它可以在直流条件下工作，而且能够以良好的线性度和精度测量包含了开通和关断的AC总电流。同时，霍尔效应电流传感器的体积可以做到SOIC-8的封装，同一颗集成IC一样大小，使PCB的布局更加容易，有助于实现更高的功率密度。
表1对霍尔效应电流传感器与电流互感器进行了比较。
在将霍尔效应电流传感器应用于电信电源或服务器PSU时，需要评估电流的检测范围、连续电流耐受能力、响应速度（/带宽）和电压隔离等级。在某些情况下，电信电源或服务器电源可能还需要向上位机汇报当前的运行功率，此时高精度的霍尔电流传感器（如TI的TMCS1100）可帮助系统实现≥1％的电流检测精度。
图1展示了，在分别使用3.3 V和5 V供电情况下，霍尔效应电流传感器的典型应用电路。与使用3.3 V电源供电相比，使用5 V供电可用拓宽霍尔传感器的电流检测范围。以TMCS1100A1为例，霍尔传感器的灵敏度为50 mV/A：如果使用3.3V电源，则电流检测范围为-33 A〜+ 33 A（双向）；而使用5.0V电源时，电流检测范围可以扩展到-50 A〜+ 50A。另外，在设计中应当注意，除了电流检测范围之外，还需要考虑传感器的连续电流耐受能力，当电流耐受力不足时，可以通过改善传感器的散热来优化。
(a)
(b)
图1：霍尔效应电流传感器的常见应用：采用3.3 V电源的霍尔效应电流传感器（a）；采用5 V电源的霍尔效应电流传感器（b）
在使用霍尔效应电流传感器的电路板布局中，要注意以下因素：
散热：尽量增大一次侧电流导线的覆铜面积，可以提高霍尔电流传感器的散热能力，从而增加传感器的最大平均电流耐受能力。另外，还可以使用更厚铜箔的PCB，或者在初级走线上放置一些散热过孔，或者把霍尔电流传感器和PCB走线放置在风道内，都可以改善霍尔电流传感器的平均电流耐受能力。 一次侧电流磁场：布局时，应尽量避免大电流的走线靠近霍尔电流传感器。 隔离要求：从系统整体考虑爬电距离和电气间隙，当霍尔电流传感器无法满足所需的PCB爬电距离时，可以在电路板上挖槽以达到系统级的隔离要求。
总结，在电信整流器和服务器PSU中，CT更适合于峰值电流控制和过流保护，但它体积较大且精度不高。霍尔效应电流传感器体积小，精度高，使用简单方便，并且更适合检测交流线路电流。希望本文介绍的关于霍尔电流传感器的一些用法对大家有所帮助。
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