霍尔传感器

霍尔传感器原理
当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 eh ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。
半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 eh ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。
原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。

霍尔传感器，直流和交流电流都可以测量，普通电流互感器只能测量交流电流，普通电流互感器，使用时，二次侧不能开路，霍尔电流传感器可以开路。霍尔电流传感器输出电压与流过一次侧电流大小成正比,一次侧电流方向改变输出极性也改变，所以可以测量交流电和直流电，对波形也没有特别的要求;适用频率范围也较宽。一般应用在电子电路,如变频器上。交流互感器只能够测量交流,而且频率必须是额定频率,如50Hz互感器测量60Hz误差比较大,输出信号不能够直接进电子检测电路。
精度高：在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量。而普通互感器一般精度为3%至5%且适合50Hz正弦波形。
线性度好：优于0.1%
动态性能好：响应时间小于1μs跟踪速度di/dt高于50A/μs ，霍尔传感器模块这种优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础。与此相比普通的互感器响应时间为10-12ms，它已不能适应工作控制系统发展的需要。
工作频带宽：在0-100kHz频率范围内精度为1%。在0-5kHz频率范围内精度为0.5%。测量范围大：霍尔传感器模块为系统产品，电流测量可达50KA，电压测量可达6400V。
过载能力强：当原边电流超负荷，模块达到饱和，可自动保护，即使过载电流是额定值的20倍时，模块也不会损坏。
此外，霍尔传感器还具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰能力强的优点。这使得霍尔传感器在工业领域应用越来越多，市场空间逐步增大。

霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器，用它们可以检测磁场及其变化。霍尔传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔开关器件具有无触点、输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高等优点。
霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础。霍尔效应是半导体自由电荷受磁场洛仑磁力作用而产生，它是由美国物理学家霍尔(Edwin H. Hall)在1879年发现的。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。根据实现功能的不同，霍尔传感器可分为霍尔线性器件和霍尔开关器件，其中霍尔线性器件输出的是模拟量，霍尔开关器输出的是数字量，即脉冲信号。
1986年，Sugiyama等采用了GaAs/AlGaAs异质结构制作霍尔元件，其电流相关灵敏度达到1000V/A*T,但是灵敏度的稳定性差。而采用了超晶格结构的霍尔器件克服了这一缺陷。在之后的技术发展中，霍尔器件具有高灵敏度、低不等位电势和很高的温度稳定性，有些霍尔器件还具有很高的信噪比。
由于霍尔元件具有在静止状态下感受磁场的能力，且结构简单，形小体轻，频带宽(可从直流到微波)，动态特性好、动态范围大，寿命长和可进行非接触测量等优点，故在检测技术、自动控制技术和信息处理等方面得到日益广泛应用。霍尔传感器在未来发展中的趋势将是高灵敏度、高精度和高稳定度，它将在微电子技术发展的基础上更加飞速的发展。