以霍尔电流传感器提高开关电源的效率
3)为了提高开关电源工作的可靠性，防止输出电流过流等情况发生，许多开关电源在输出端接入电流传感器，检测输出电流的大小，一旦输出电流超过设计标准，保护电路即采取必要措施保护开关电源的安全。此外，当开关电源作为蓄电池充电器时，也需要检测输出电流的大小，以此了解蓄电池的充电情况，适时切换充电方式，达到提高充电效率，延长蓄电池的使用寿命的效果。图3为一个蓄电池充电器的输出电流检测原理图，电流检测电阻Rs将蓄电池的充电电流转化为电压Us，反馈给充电方式控制电路，由控制电路根据充电电流的大小适时切换充电方式。
2 采用霍尔电流传感器作为开关电源的电流反馈传感器
为了克服以电阻作为电流传感器所产生的功耗，本文采用霍尔电流传感器作为开关电源的电流传感器。霍尔电流传感器由磁芯、磁芯绕组、霍尔电极以及电压放大器等组成，当被检测电流流过磁芯绕组时，将在磁芯中产生磁场，磁场的磁感应强度将通过霍尔电极转换为电压，经过内部电压放大器的放大和处理，以与被检测电流成一定比例关系的电压形式输出。霍尔电流传感器的构成有开环和闭环两种形式，开环霍尔电流传感器将霍尔电极的转换电压放大后的直接输出，其电流容量大，但测量精度稍低；闭环霍尔电流传感器采用磁平衡方式测量电流，测量精度高，线性度好，非常适合在开关电源中使用。闭环霍尔电流传感器的结构如图4所示，被测电流通过绕组后在磁芯中产生磁场，磁场使霍尔电极上产生电压，此电压经放大器放大后输出，同时经补偿绕组使磁芯中磁场得到平衡补偿，保证输出电压UOUT与被测电流成严格的线性关系。
常用的TBC—DS系列闭环霍尔电流传感器的引线框图和传输特性如图5所示。图5(a)所示的霍尔电流传感器引线中，I+1-3和I-1-3是被测电流的串入绕组引脚，其中，I+1和I-1是一个被测电流绕组的引脚，I+2和I-2、I+3和I-3也分别各是一个被测电流绕组的引脚。当3个被测电流绕组并联时，霍尔电流传感器的额定测量电流为IPN1；若将两个绕组并联再与一个绕组串联时，霍尔电流传感器的额定测量电流为IPN2；若将3个绕组相互串联时，霍尔电流传感器的额定测量电流为IPN3。3个额定测量电流间的关系为：IPN1=2IPN2=3IPN3。可见，通过3组被测电流绕组的不同接法，可以改变霍尔电流传感器的额定测量电流值，扩展测量区间。VCC为电源引脚，电源电压通常为5 V；GND是电源和传感器输出电压的地；OUT是传感器电压输出引脚。由5(b)所示的霍尔电流传感器传输特性可见。当被测电流为0时，其输出电压UOUT=2．5 V；当被测电流不为0且方向为从，I+至I-时，输出电压UOUT>2．5 V，当被测电流不为0且方向为从I-至I+时，输出电压UOUT2．5 V。IPN和-IPN是霍尔传感器的正负额定电流，当被检测电流达到额定电流时，根据电流方向的不同，输出电压UOUT的值分别为3．125 V或1．875 V，即相对于2．5 V的中心值有±0．625 V的偏移。当被检测电流值绝对值大于IPN时，霍尔传感器仍可输出与被检测电流成线性关系的电压值，直至被检测电流达到霍尔传感器的最大检测电流IPmax。通常，IPmax>3IPN。
霍尔电流传感器被测电流绕组的阻抗通常小于1 mΩ，串入被检测电流回路后产生的功耗极小，可以忽略不计。以霍尔传感器作为开关电源电流传感器时，只需将霍尔电流传感器的两个被检测电流接人端I+和I-串入电流回路中，取代原来的电流检测电阻即可。但霍尔电流传感器需要一个5 V的电压供电，此电压需要由开关电源提供。一般的开关电源控制器芯片均会提供一个5 V左右的参考电压Vref输出，如果电流容量允许，也可将此参考电压作为霍尔电流传感器的供电电压。
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