負(fù)載電流的測(cè)量方法分析

圖6。 圖5中電路的側(cè)面輪廓圖

從公式10可以看出，磁場(chǎng)強(qiáng)度隨導(dǎo)體與傳感器之間的距離增加而減小。線性霍爾效應(yīng)傳感器將測(cè)量的磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電流或電壓輸出。傳感器的增益以mV/G或mA/G表示。有些測(cè)量以特斯拉來(lái)表示該增益。1特斯拉等于10，000高斯。

假設(shè)流過一條走線（線中心與霍爾效應(yīng)芯片的中心距離為0.03m）的電流為200A。那么霍爾效應(yīng)芯片測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度是多少？如果傳感器的增益為5mV/G，那么傳感器的輸出電壓是多少？

使用式中的關(guān)系可知，磁場(chǎng)強(qiáng)度為13.33G。電感器輸出的計(jì)算結(jié)果等于66.67mV。

線性霍爾效應(yīng)傳感器是有源器件，工作電流為3mA-10mA。傳感器的平均噪聲級(jí)約為25mV或5G。因此在低電流或走線與傳感器間距較大時(shí)，線性霍爾效應(yīng)傳感器并不是個(gè)好選擇。

電流走線和傳感器所在的環(huán)境對(duì)測(cè)量弱磁場(chǎng)具有重要影響。線性霍爾傳感器測(cè)量的是測(cè)試位置的總的磁場(chǎng)強(qiáng)度。傳感器附近的其他的電流走線會(huì)改變傳感器所在位置的磁場(chǎng)，并最終影響測(cè)量的精度。另外傳感器還會(huì)測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)的變化，開關(guān)型電動(dòng)機(jī)或輻射能量的任何設(shè)備都可能引起環(huán)境磁場(chǎng)的變化。

減小環(huán)境對(duì)傳感器測(cè)量影響的方法之一是用磁屏蔽，將電流走線和霍爾效應(yīng)傳感器封起來(lái)。如圖7，顯示了將走線和磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器包起來(lái)的金屬外殼。這個(gè)金屬外殼稱為“法拉第籠”。

圖7。通過屏蔽導(dǎo)體和傳感器可改進(jìn)弱磁場(chǎng)測(cè)量效果

圖7中的屏蔽應(yīng)當(dāng)以盡可能小的阻抗接地，因?yàn)榇蟮厥亲罘€(wěn)定的參照基準(zhǔn)，這樣接可以改善屏蔽的效果。

最近，新出了一種集成了電流通路，溫度補(bǔ)償，和屏蔽外殼的霍爾效應(yīng)傳感器。其電流通路的集成，可以使電流走線與傳感器芯片的距離固定下來(lái)，簡(jiǎn)化了流過導(dǎo)體的電流與傳感器輸出電壓之間的增益計(jì)算。集成化的解決方案可簡(jiǎn)化霍爾效應(yīng)傳感器在實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中的布局和設(shè)計(jì)，因?yàn)橛脩魺o(wú)需擔(dān)心導(dǎo)體與傳感器的間距以及傳感器所在的環(huán)境。圖8是這種集成解決方案的簡(jiǎn)化電路圖。

圖8。集成電流通路的霍爾效應(yīng)傳感器簡(jiǎn)化電路圖

結(jié)束語(yǔ)

雖然每種采樣電流的方案都不是完美的，但知道各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，將有助于設(shè)計(jì)工程師選擇最適合其系統(tǒng)的解決方案。