《闭环霍尔式电流传感器的研究》文献综述
摘要：电流作为一个基本物理量，对其精确测量是非常有意义的。电流传感器作为电流检测方法最重要的器件之一，从而得到迅速发展。霍尔传感器因为其良好的特性被广泛的应用。本文根据霍尔电流传感器的国内外发展现状，综合应用电磁学、模拟电路、传感器及电气测量等知识，完成电子电路及电气测量传感器的设计和实验研究，制作具有创新性的两线制电流传感器，实现两线制供电及信号远程传输。
关键词：电流传感器 霍尔传感器 电气测量 远程传输
Abstract: As a basic physical quantity, it is very meaningful to measure current accurately. As one of the most important devices in current detection method, current sensor has been developed rapidly. Hall sensor is widely used because of its good characteristics. According to the development status of Hall current sensor at home and abroad, this paper comprehensively applies the knowledge of electromagnetism, analog circuit, sensor and electrical measurement, completes the design and experimental research of electronic circuit and electrical measurement sensor, makes an innovative two-wire current sensor, and realizes two-wire power supply and signal remote transmission.
Key words: current sensor Hall sensor electrical measurement remote transmission
1前言
传统上，电流传感器主要应用于电路的保护，以防止过电流，欠电流等情况的发生[1]。但是随着技术的发展，电流传感器作为一种监视性能的手段而变得日渐重要，现代化电力电子设备中电流的监控需求正在不断增加，通过对电流的监控，电力电子系统可以优化对电源的使用和调节，确保安全运行，并可以提前识别导致设备产生故障的问题。随着电力电子元件的不断发展，变频调速、逆变、斩波等新技术的应用，使得电流的波形不再是标准的正弦波或者直流，传统的电流传感器显然已经不适合对此种波形的测量[2]。因此，很多企业与科研单位都相继进行了非接触式电流传感器的研发，这其中，以基于霍尔效应的霍尔式电流传感器为主要代表。霍尔式电流传感器测量范围广、测量精度高、线性度好、响应速度快、工作频带宽，可以在保证电气隔离的情况下完成电流测量任务。
本课题综合应用电磁学、模拟电路、传感器及电气测量等知识，完成电子电路及电气测量传感器的设计和实验研究，制作具有创新性的两线制电流传感器，实现两线制供电及信号远程传输。
2 现状与发展
霍尔效应最初由美国物理学家霍尔所发现。当导体中有电流通过时，由于载流子的运动，在垂直于磁场和电流方向的平面内会出现电势差，该现象即霍尔效应[3,4]。
虽然霍尔效应被发现的时间很早，但在20世纪40年代之前，霍尔效应没有引起人们很大的注意力，其主要原因是当时的半导体以及金属材料科学的发展相对局限，导体中的霍尔效应十分微弱，不足以被加以利用[5]。虽然在这段时期也有科研人员想到了利用霍尔效应制成磁场传感器，不过限于时代发展，并没有更合适的导体材料，霍尔效应的发展研究一度停滞不前[6]。
随着半导体技术的发展，半导体霍尔元件的种类也不断增多，而锗、锑化铟和砷化铟等半导体材料的使用，进一步推动了霍尔元件的发展。采用锑化铟材料制成的霍尔元件，感应出的霍尔电压较大，但易受温度的影响；而使用锗材料制成的霍尔元件，虽然霍尔电压较小，但受温度影响也相对较小，线性度比较好，这些元件的应用范围都十分广泛[7]。
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