電流傳感器集成電路（IC）磁滯減輕技術(shù)解析

本應(yīng)用筆記重點(diǎn)介紹電流傳感器集成電路（IC）和使用IC上集成的鐵磁芯的磁滯減輕技術(shù)。本文檔概述了磁滯現(xiàn)象及其對(duì)Allegro電流傳感器（例如ACS758CB和ACS770CB系列）的影響。它還包括減輕磁滯的兩種方法。

介紹

傳統(tǒng)的開環(huán)電流傳感器IC，例如Allegro ACS758CB和ACS770CB系列，都具有充當(dāng)磁集中器的鐵磁芯。它們將由流過(guò)導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的磁通密度B場(chǎng)集中到霍爾效應(yīng)傳感器IC上，如圖1所示。

圖1使用霍爾傳感器IC和磁芯的感應(yīng)電流

霍爾效應(yīng)傳感器IC具有一個(gè)霍爾元件，即一個(gè)傳感器，可將垂直于霍爾元件的B場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓。該霍爾傳感器電壓與B場(chǎng)成正比。B場(chǎng)也與導(dǎo)體中電流的大小成正比，因此霍爾傳感器的輸出電壓與導(dǎo)體中流動(dòng)的電流的大小成正比。這樣，可以用霍爾效應(yīng)傳感器和集中芯制成非常精確的電流傳感器。

如果沒(méi)有芯線，導(dǎo)體周圍的B場(chǎng)將很小，并且難以精確測(cè)量。磁芯可以將磁場(chǎng)放大20倍或更多，因此對(duì)于提高傳感器的精度和分辨率具有極高的價(jià)值。以這種方式測(cè)量電流還有其他優(yōu)勢(shì)，例如電流隔離，極低的功率損耗和低的發(fā)熱。使用鐵磁材料作為集中芯的一個(gè)缺點(diǎn)是磁滯。

什么是磁滯？

磁滯通過(guò)測(cè)量一塊磁芯材料并生成BH曲線來(lái)測(cè)量。向材料施加外部磁場(chǎng)（H），然后測(cè)量材料“內(nèi)部”的磁通密度（B）。永磁體或“硬”材料的一系列曲線如下圖2所示。永磁體不用作磁芯，但有助于說(shuō)明磁滯的工作原理。當(dāng)施加大磁場(chǎng)時(shí)，磁性材料被磁化；當(dāng)消除磁化場(chǎng)（H）時(shí)，在圖2所示的具有磁通密度（B）的材料周圍會(huì)存在一個(gè)永久磁場(chǎng)。

永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)不僅取決于材料，還取決于其被磁化的強(qiáng)度。換句話說(shuō)，這取決于在磁化期間施加了多少H場(chǎng)。通過(guò)施加不同的磁化場(chǎng)（H），可以生成一系列曲線，如圖2所示。

圖2 B與H的曲線族

鐵磁材料是可磁化或被永磁體吸引的材料。它們具有很高的磁導(dǎo)率，并且都具有在存在磁場(chǎng)的情況下排列的磁疇（請(qǐng)參閱圖3）。除去施加的磁場(chǎng)后，松散固定的磁疇會(huì)恢復(fù)為隨機(jī)方向。這些被稱為“軟”材料，并且希望用作芯。并非所有的疇都恢復(fù)為隨機(jī)取向，這就是材料被磁化的方式。這是“剩磁”，是材料的磁滯。永久磁疇保持鎖定在與磁化場(chǎng)相同的方向上，因此是“硬”材料。

如圖3和圖4所示，在選擇用于電流傳感應(yīng)用的磁芯材料時(shí)，需要一種具有低滯后性的軟鐵磁材料。

圖4軟B和硬B與H循環(huán)

當(dāng)霍爾電流傳感器IC放在鐵芯的間隙中且沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)，器件的輸出電壓應(yīng)指示為零安培。電流在導(dǎo)體中流動(dòng)后，磁芯中的磁滯會(huì)保留磁場(chǎng)，因?yàn)殡娏鲿?huì)產(chǎn)生一個(gè)施加的磁場(chǎng)并使磁芯材料磁化。當(dāng)電流不再流動(dòng)時(shí)，霍爾傳感器將測(cè)量非零電流，具體取決于芯材的磁化強(qiáng)度。這會(huì)導(dǎo)致零安培讀數(shù)出現(xiàn)一些誤差，因此是不希望的。

編輯：hfy