霍尔元件在电流传感器中的应用.doc

究 米哲涛，曹 雷 开 发 （宁波南车时代传感技术有限公司，浙江 宁波 315021） 作者简介：米哲涛（1981- ）， 男，工程师，主要从事电流 传感器的研发工作。 摘 要 ：以霍尔效应为出发点，从霍尔元件的结构、驱动电路、技术参数、引脚及霍尔铁心的 配合关系展开，并结合实例进行佐证，详细叙述了霍尔元件在电流传感器应用中的关键项点，为电流 传感器设计中霍尔元件的应用提供了参考。 关键词：霍尔效应；霍尔元件；技术参数；电流传感器；电磁感应 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1000-128X(2011)01-0032-04 Hall Element Used in the Current Sensor MI Zhe-tao, CAO Lei (Ningbo CSR Times Transducer Technique Co., Ltd, Ningbo, Zhejiang 315021,China) Abstract: This paper took the Hall effect as a starting point to expound relationship of the Hall element structure, the driving circuit, the technical parameters, the pins and Hall iron core. At the same time, it cited living instances to perform verifications, further more, the key points about the application of the Hall in circuit sensor were presented. This paper provides the references to the application of Hall elements in circuit sensor design. Key words: Hall effect; Hall element; technical parameter; current sensor;electromagnetic induction 直方向施加磁感应强度为 B 的磁场，则在垂直于电流 0 引言 霍尔电流传感器是一种磁敏传感器，具有精度高、 响应时间快、可靠性高等优点，在轨道交通、工业变频 及电力行业等领域应用广泛。 霍尔电流传感器经历了电- 磁- 电的转换过程。载 流导体通过电流，在其周围会产生正比于该电流的磁 场，用霍尔元件来测量磁场，可得到正比于该磁场的 霍尔电势，通过测量霍尔电势的大小来间接测量电流 的大小。 作为霍尔电流传感器的核心器件之一的霍尔元件 起着非常重要的作用。本文以霍尔效应为出发点，对 其技术参数与应用要点展开叙述。 和磁场的方向上，将产生电势差为V 的霍尔电压，霍 H 尔电压VH 与霍尔电流Ic 及磁感应强度B 的乘积成正比， 见式（1）。霍尔效应示意图如图1 所示。 图 1 霍尔效应示意图 VH =KIcB （1） 式中：K=Rh/d，K称为灵敏度，Rh 称为霍尔系数，由半导 体材料的性质决定，d 为半导体材料的厚度。 2 霍尔元件结构 霍尔元件由衬底、十字形霍尔元件、电极引线及 1 霍尔效应  H 不同时，可能会大于给出的范围； ④P d 不能超过极限要求，设计时，其计算公式为 2 PD ＝Ic Rd； ⑤V OS 越小，霍尔元件测量精度越高； ⑥元件的工作与储存温度应大于电流传感器的技 术参数要求。 InSb（锑化铟） 材料的霍尔元件 以HW-105A 为例来 说明，如表1、表2所 示。 表 1 极限参数（T A ＝ +25 ℃） 图 2 霍尔元件内部结构 额定值 特性 半导体材料Ge(锗)、S（i 硅）、InS（b 锑化铟）、InA（s 砷 化铟）、GaAs（砷化镓）等都可用来制作霍尔元件，比较 常用的有InSb 与GaAs。常用的霍尔元件其外形结构有 3 种：单端引出线型、卧式型、双端引出线型（见图3）。 霍尔电流 I c 工作温度 T A 20 mA -40～+110℃ -40 ℃～+125 ℃ 储存温度 T atg 表 2 主要技术参数（T A ＝ +25 ℃） 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 I =0.1 mA B=0 T 输入电阻 R 240 Ω 240 Ω 450 Ω 450 Ω in c I =0.1 mA B=0 T 输出电阻 R out c B=50 mT, V =1 V, c 恒压驱动 （a） 卧式型 （b ）单端引出线型 图 3 霍尔元件外形 （c ）