霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

前言信瑞达霍尔传感器

伴随着城市人口和建设规模的扩大，各种用电设备的增多，用电量越来越大，城市的供电设备经常超负荷运转，用电环境变得越来越恶劣，对电源的“考验”越来越严重。据统计，每天，用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来自电源。因此，电源问题的重要性日益凸显出来。

原先作为配角，资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视，电源技术遂发展成为一门崭新的技术。而今，小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐。

霍尔效应

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图一所示的半导体试样，若在X方向通以电流Is，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A，A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决定于试样的电类型。显然，该电场是阻止载流子继续向侧面偏移，

当载流子所受的横向电场力eEH与洛仑兹力相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有

⑴

其中EH为霍尔电场，V是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则

⑵

由⑴、⑵两式可得

⑶

即霍尔电压VH（A、A′电极之间的电压）与ISB乘积正比与试样厚度d成反比。比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出VH（伏）以及知道IIs（安）、B（高斯）和d（厘米）可按下式计算RH（厘米3/库仑）

元件

根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

简介

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种

效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。

如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。在磁场力作用下，在金属或通电半导体中将产生霍耳效应，其输出电压与磁场强度成正比。基于霍耳效应的霍耳传感器常用于测量磁场强度，其测量范围从10Oe到几千奥斯特。尽管人们早在1879年就知道了霍耳效应，但直到20世纪60年代末期，随着固态电子技术的发展，霍耳效应才开始被人们所应用。

自此，霍尔传感器也得到了飞速的发展，并在汽车、工业、计算机等行业中得到广泛应用，如齿轮速度检测、运动与接近检测及电流检测等。霍耳传感器的出现，解决了许多以往让人感到棘手的问题。

分类

霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。

（一）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。

（二）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。.

开关型

如图4所示，其中Bnp为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点Bnp时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bnp以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bnp与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。

锁键型

如图5所示，当磁感应强度超过动作点Bnp时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。

线性型

输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。

开环式电流传感器

由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

霍尔电流传感器工作原理如图6所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。

闭环式电流传感器

磁平衡式电流传感器也叫霍尔闭环电流传感器，也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。

这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。

霍尔优点

1、霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的，它一般只适用于测量50Hz正弦波；

2、原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离，隔离电压可达9600Vrms；

3、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；

4、线性度好：优于0.1%；

5、宽带宽：高带宽的电流传感器上升时间可小于1μs；但是，电压传感器带宽较窄，一般在15kHz以内，6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS，带宽约700Hz。

6、测量范围：霍尔传感器为系列产品，电流测量可达50KA，电压测量可达6400V。

霍尔电流传感器使用时，需遵循以下注意事项：

1、为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径。

2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度（故使用时要先接通电源和测量端M），发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通一同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值。

3、霍尔传感器都具有较强的抗外磁场干扰能力，但是，为了获得较高的测量准确度，当有较强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：

调整模块方向，使外磁场对模块的影响最小；

在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩。

4、测量的最佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得最佳精度，原边可使用多匝，但是，需要注意导线的空间位置（参照第一条）。

霍尔用途

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。

按被检测的对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

位移测量

两块永久磁铁同极性相对放置，将线性型霍尔传感器置于中间，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时，传感器有一个电压输出，电压大小与位移大小成正比。

力测量

如果把拉力、压力等参数变成位移，便可测出拉力及压力的大小，按这一原理可制成的力传感器。

角速度测量

在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。

线速度测量

如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上，当装在运动车辆上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。

注意事项

（1）电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。

（2）电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1，以使原边得到额定电流，在一般情况下，2倍的过压持续时间不得超过1分钟。

（3）电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的，所以当被测电流高于电流传感器的额定值时，应选用相应大的传感器；当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时，为了得到最佳精度，可以使用多绕圈数的办法。

（4）绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中，6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中，注意不要超压使用。

（5）在要求得到良好动态特性的装置上使用时，最好用单根铜铝母排并与孔径吻合，以大代小或多绕圈数，均会影响动态特性。

（6）在

大电流直流系统中使用时，因某种原因造成工作电源开路或故障，则铁心产生较大剩磁，是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源，在原边通一交流并逐渐减小其值。

（7）传感器抗外磁场能力为：距离传感器5～10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流，所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时，相间距离应大于5～10cm。

（8）为了使传感器工作在最佳测量状态，应使用图1－10介绍的简易典型稳压电源。

（9）传感器的磁饱和点和电路饱和点，使其有很强的过载能力，但过载能力是有时间限制的，试验过载能力时，2倍以上的过载电流不得超过1分钟。

（10）原边电流母线温度不得超过85℃，这是ABS工程塑料的特性决定的，用户有特殊要求，可选高温塑料做外壳。

霍尔电压传感器和霍尔电流传感器主要适用于工业控制领域的电压和电流测量。由于传感器一般不提供角差指标，对于需要准确测量交流电功率的场合，应对其角差指标进行验证，这一点需特别注意。工频电量测量可用互感器替代，变频电量测量可用电压、电流组合式的变频功率传感器替代。

市场前景

霍尔传感器是全球排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、电脑、手机以及新兴消费电子领域。未来几年，随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国，霍尔传感器在中国市场的年销售额将保持20%到30%的高速增长。与此同时，霍尔传感器的相关技术仍在不断完善中，可编程霍尔传感器、智能化霍尔传感器以及微型霍尔传感器将有更好的市场前景。

【中国市场年增率为两位数】

在我们的日常生活中，霍尔传感器被广泛应用。例如，在翻盖或是滑盖的手机中，用来检测手机盖翻开或是滑动的器件就是霍尔传感器；再如，在电脑键盘上，实现光标移动的滚动键就是由霍尔传感器组成的；还有，在汽车变速箱、电动门窗等需要电机的部件中也有霍尔传感器应用。我们在每天的生活中都在与霍尔传感器打交道。

“霍尔传感器在手机、笔记本、电机控制和汽车领域已经获得了很好的应用，在中国以及全球其他市场都是如此。”美信运放与比较器商务营销经理PatrickLong对记者说，“随着业界对霍尔传感器的投资越来越多，它会开启一些新的应用市场，例如单芯片磁性罗盘应用市场等。”

“由于需要采用霍尔传感器的应用领域，如汽车、电机、手机和电脑都已经采用了该器件，而且这些市场在未来几年的增长较为稳定，而其他一些新的应用市场又不足以与上述几个市场相比，因此霍尔传感器在全球总的市场容量是较为稳定的，每年的增长率保持在5%到10%之间。”霍尼韦尔公司霍尔传感器产品市场经理汤浩滨向记者介绍说，“中国的市场容量每年在一两亿美元左右。由于越来越多的设计企业转移到中国，中国市场的年增长率可以达到20%到30%。”他还介绍说，在各种传感器产品中，霍尔传感器的应用量排名第三。

霍尔传感器在中国的高速增长态势也得到了处于市场前沿的分销商的认可。代理Melexis产品的星亮电子北京办事处的陶相逸介绍说，由于人们对汽车安全、排放以及舒适度等的要求越来越高，使得汽车电子的应用几乎呈现指数级增长。与此同时，霍尔传感器应用也呈现高速增长。

因为各种应用电机的部件、节气门位置的检测、各种阀体位置的检测都会用到霍尔传感器。而且，在中国汽车市场中，国外厂商为了降低成本，陆续将零部件拿到中国进行设计和生产，这也进一步提升了中国市场霍尔传感器的应用量。而代理霍尼韦尔产品的深圳市贝尔特电子有限公司的刘先生则介绍说，这两年他们接触到的工业控制市场对霍尔传感器的需求增长率以两位数递增。“这在市场上算是增速非常高的产品了。”他说，“只要是用到无刷电机的市场就需要霍尔传感器。”

【呈现五大发展趋势】

霍尔传感器应用的领域不同，因此各个市场对它的要求也不尽相同。“手机市场对霍尔传感器的主要要求包括尺寸、功耗和可调节的阈值。”PatrickLong对记者分析说，“其中，可调的阈值允许客户改变磁铁的大小(或者说是磁场的大小)。这样，客户在不同的应用中，在采用同一个传感器的情况下，可以使用不同的磁铁。而且，为节省空间，客户可以使用最小的磁铁。”

在工业和汽车应用方面，霍尔传感器首先要满足工业或汽车认证对器件的要求，例如安全性、稳定性和温度范围要达到相应的级别。

随着这些终端应用产品的不断发展，霍尔传感器也呈现出五大发展趋势：

一是微型化趋势。市场上很多霍尔传感器都采用了各种小型封装。美信宣布将推出一种采用μCSP封装（微米芯片级封装）的霍尔传感器，它的面积只有1mm×1mm，这样的尺寸非常适合空间较小的应用，例如手机、电动机中的间隙等领域。

二是高集成度霍尔传感器已经成为智能传感器。“例如，厂商基本上已经把各种保护电路和补偿电路、转换器集成到了霍尔传感器上。”汤浩滨介绍说，“而为了实现可编程霍尔传感器，厂商将EEROM（电可擦只读存储器）集成进来也是一种趋势。他补充介绍说，国内的需求正在向高端可编程霍尔传感器的方向发展。因为可编程霍尔传感器可以降低客户生产环节的失效率，缩短生产的周期，提高生产的效率，所以受到客户的欢迎。

三是温度性能。Melexis产品经理VincentHiligsmann曾经介绍说，霍尔传感器如何在高温下长时间保持较高的可靠性将成为工程师的重大课题。因为，当霍尔传感器长期处于较高的工作温度时，芯片与基板之间的引线键合(bonding)将可能出现松动或断裂等现象，从而影响传感器的正常工作。而汤浩滨则进一步介绍说，多数霍尔传感器的工作温度是65℃到85℃，这在汽车中还可以适用。但在一些工业应用中，工作温度高达160℃甚至185℃，霍尔传感器要适合这些场合的应用还需提高温度指标。

四是高灵敏度。霍尔传感器最高的灵敏度可以达到几十高斯。在工业和汽车应用领域中，灵敏度在200高斯到500高斯的霍尔传感器就可以很好地完成应用任务。不断提高霍尔传感器的灵敏度可以开启新的应用市场，因此，这也是业界努力的目标。PatrickLong表示，霍尔传感器的挑战之一就是电路必须能感应非常小的磁场以及磁场的细微变化。

五是新的霍尔元件结构。一般线性霍尔传感器要实现旋转位置的测量，要采用非常复杂的结构，而好的结构在国际上都有专利。采用这些结构的企业需要缴纳专利费。为此，一些企业推出测量水平磁场的霍尔传感器，它可以更易实现旋转的测量，因此没有专利费问题。

此外，霍尔传感器最初是被广泛应用到汽车电子和工业控制中的，随着它在消费电子市场上的应用越来越广，例如进入游戏机手柄、电动玩具等应用中，如何控制功耗和成本也是厂商面临的挑战。而且，它还面临生产测试技术方面的挑战。