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霍爾電流傳感器--開(kāi)環(huán)霍爾方案

2020/07/24
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下了將近一個(gè)月的雨,雖然潮濕,但是天氣挺涼爽的,還有不到半個(gè)月就立秋了,這是頭一個(gè)還沒(méi)咋開(kāi)空調(diào)的夏天;冰爽夏天,喝點(diǎn)可樂(lè)繼續(xù)閱讀吧。

這次總結(jié)下 BMS 上面母線電流檢測(cè)的幾種常見(jiàn)的方案。

電流檢測(cè)是 BMS 必備的一個(gè)功能,在《GB/T 38661_2020 電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》中,對(duì)其有著清晰的要求。

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霍爾電流傳感器方案

首先需要了解下霍爾效應(yīng)概念:當(dāng)小電流 Ic 垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)半導(dǎo)體時(shí),載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn),垂直于電流 Ic 和磁場(chǎng) B 的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng),從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差 VH,這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng),這個(gè)電勢(shì)差 VH 也被稱為霍爾電壓。(圖片來(lái)自 LEM 官網(wǎng))

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具體地,可以看一下這個(gè)視頻(來(lái)源于百度百科):

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網(wǎng)上原理解釋:在半導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場(chǎng),會(huì)使得半導(dǎo)體中的電子與空穴受到不同方向的洛倫茲力而在不同方向上聚集,在聚集起來(lái)的電子與空穴之間會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),電場(chǎng)力與洛倫茲力產(chǎn)生平衡之后,不再聚集,此時(shí)電場(chǎng)將會(huì)使后來(lái)的電子和空穴受到電場(chǎng)力的作用而平衡掉磁場(chǎng)對(duì)其產(chǎn)生的洛倫茲力,使得后來(lái)的電子和空穴能順利通過(guò)不會(huì)偏移,這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
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進(jìn)一步地,怎么利用霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量電流呢?

因?yàn)榛魻栯妷号c磁場(chǎng)強(qiáng)度以及半導(dǎo)體中通過(guò)的小電流成正比,如果我們提供一個(gè)恒定的小電流通過(guò)半導(dǎo)體,那么霍爾電壓只與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比了,二者可以建立一定的函數(shù)關(guān)系式。

接著,如果讓母線中待測(cè)的大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加到上面的半導(dǎo)體周?chē)ù艌?chǎng)與半導(dǎo)體內(nèi)部的電流垂直),那么就在霍爾電壓與待測(cè)大電流之間產(chǎn)生了一定的函數(shù)關(guān)系,就可以利用霍爾電壓來(lái)表示待測(cè)電流了。

上面講的有點(diǎn)繞,建議多讀幾次哦。

常見(jiàn)的霍爾效應(yīng)電流傳感器包括了開(kāi)環(huán)與閉環(huán)兩種,好像還有一個(gè)叫 Eta 霍爾電流傳感器技術(shù),但是不太常見(jiàn)。

開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器

基本的構(gòu)造如下圖(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)),導(dǎo)線中通過(guò)待測(cè)電流 Ip,Ip 對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng);這個(gè)磁場(chǎng)被集中在磁芯中,磁芯一側(cè)存在一個(gè)氣隙,氣隙中放置了一個(gè)半導(dǎo)體霍爾元件,它用來(lái)感應(yīng)氣隙處的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

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繼續(xù)分析,在半導(dǎo)體霍爾元件中通過(guò)一個(gè)恒定的小電流 Ic,這樣根據(jù)霍爾效應(yīng),在半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)霍爾電壓,它經(jīng)過(guò)放大調(diào)理等輸出到外部,就可以計(jì)算出 Ip 的大小了。(圖片來(lái)自 LEM 官網(wǎng))

概括來(lái)講,開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)是低成本、尺寸與重量小,功耗也比較低;缺點(diǎn)是精度稍差,零點(diǎn)偏移大一些;實(shí)際看一下產(chǎn)品,感受一下其參數(shù)。(下圖來(lái)源于 LEM 官網(wǎng))

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總結(jié):這塊內(nèi)容挺多的,要寫(xiě)個(gè)幾章才行,收益挺多的哦;以上所有,僅供參考。

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公眾號(hào)“新能源BMS”主筆,從事新能源汽車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作,具體為BMS硬件設(shè)計(jì)工作將近10年,在幾個(gè)大的主機(jī)廠都工作過(guò);希望通過(guò)文字,把一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)分享給大家,共同成長(zhǎng)。