發布日期：2022-10-09 點擊率：123
描述
霍爾電壓傳感器相對電磁式電壓互感器而言，具有體積小、重量輕、寬頻帶、交直流兩用等優點，在工業測控領域得到了廣泛應用。
隨著電力電子技術的高速發展，變頻調速技術在電機驅動中應用越來越廣，對采用變頻調速技術的電機系統進行準確的能效計量檢測，既是對變頻調速技術節能效果的檢測，也是變頻調速技術科學、持續發展的基礎。而霍爾電壓傳感器是目前變頻器及風力發電機、交流牽引電機、電動汽車電機等變頻電機的檢試驗和能效計量檢測的主要測量裝置。本文旨在通過對霍爾電壓傳感器原理剖析，了解霍爾電壓傳感器的主要特點，并以此指導工程應用。
圖1 霍爾電壓傳感器實物圖
二霍爾電壓傳感器原理
如圖2所示，霍爾電壓傳感器主要包括初級線圈、磁環、次級線圈、放大電路及與初級線圈串聯的限流電阻R。拋開限流電阻R，剩余部分相當于一個閉環霍爾電流傳感器。不同之處在于該傳感器的初級電流非常小，一般為毫安級。
直觀分析：小信號測量難度大，測量精度低，因此，同樣基于霍爾效應的霍爾電壓傳感器的性能遠遠低于霍爾電流傳感器。
圖2 霍爾電壓傳感器原理
顯然，初級線圈的電流越大，電阻R的功率越大。過大的電流會帶來如下的弊端：
◆傳感器消耗較大功率，并對被測回路造成影響；
◆電阻發熱量大，溫度高，溫漂對測量精度的影響大；
◆為了散發這些熱量，必然增大霍爾電壓傳感器的體積，同時對絕緣不利。
上述原因決定了實際霍爾電壓傳感器的輸入限流電阻較大，并且，測試電壓越高，其阻值越大。
三霍爾電壓傳感器特點
上節分析了霍爾電壓傳感器原理，我們知道霍爾電壓傳感器的輸入有一個阻值較大的電阻，且一次繞組的匝數較大。
客觀世界中，不存在理想的電阻元件，因為電阻元件本身具有一定的形狀和體積，必然造成其附加的電感和電容，此外，環境的分布電感和分布電容也對電阻元件起到一定的影響。如圖3所示，電阻元件可以等效為電阻R與電感L串聯后再與電容C并聯。
?
霍爾電壓傳感器串聯的電阻元件的等效電路
中電阻元件的阻抗為：
?
上式中，Re和Xe分別為等效電阻的分量和等效電抗分量。
由于L、C一般較小，1/LC較大，在ω2<<1/LC時和ω<<1/RC，上式可簡化為：
?
一般而言，由于L很小，第一項可忽略。對于第二項，當RC較小時，非常接近R。然而，當R較大時，RC不可忽略。
當RC相對ω不可忽略時，第二項對霍爾電壓傳感器的精度和帶寬都有較大的影響。
由此得出第一個結論：采用相同技術時，輸入電阻越大，分布參數對霍爾電壓傳感器的帶寬影響越大。
通過分析霍爾電壓傳感器原理，我們知道，霍爾電壓傳感器初級線圈匝數較多。線圈匝數越多，其電感越大。正常情況下，多匝線圈呈現明顯的感性，不適宜用于交流電壓測試。但是，從霍爾電壓傳感器原理分析可知，霍爾電壓傳感器正常工作時，在補償繞組磁場的作用下，霍爾元件處的磁感應強度為零。假如初級線圈內部及外部處處磁感應強度為零，那么，線圈實際上的等效電感為零。這是霍爾電壓傳感器適合交流電壓測試且一般具備較寬頻帶的重要原因之一。
然而，初級線圈和補償線圈不可能完全重合，初級線圈內部和附近不可能磁場處處為零，存在磁場，就必然對電流的變化起到影響，并對霍爾電壓傳感器的帶寬造成一定的影響。
為了使霍爾元件具有足夠的靈敏度，霍爾電壓傳感器的初級電流越小，需要的匝數越多。匝數越多，霍爾電壓傳感器帶寬越窄。
由此得出第二個結論：采用相同技術時，初級繞組匝數越多，對霍爾電壓傳感器的帶寬越大。
對于霍爾電壓傳感器而言，考慮到電流通過電阻會發熱，一般而言，被測電壓越高，限流電阻R越大，RC對霍爾電壓傳感器的影響也越大。被測電壓越高，初級線圈的電流越小，初級線圈的匝數越多。
這就是為何同一個廠家的霍爾電壓傳感器，隨著測試電壓的增高，帶寬逐步降低的主要原因。
四常用霍爾電壓傳感器的技術指標
下表為常用霍爾電壓傳感器及AnyWay的SPC型變頻功率傳感器的上升時間、精度及帶寬指標，由表可知，隨著測試電壓的升高，霍爾電壓傳感器的精度降低，且上升時間變大，帶寬變窄。
表1 常用霍爾電壓傳感器主要技術指標
注：由于目前大多霍爾電壓傳感器未公布帶寬指標，可依據經驗公式BW=0.35/tr對帶寬進行估算。表中的帶寬就是依據此公式計算獲取。
表中所述霍爾電壓傳感器的精度及帶寬隨著被測變化趨勢與第三節的分析相符。此外，表中所述6400V霍爾電壓傳感器的帶寬僅700Hz，用于交流電量時需要特別注意。
在變頻功率（通常也稱寬頻功率測量）測量中，目前的多數變頻功率分析儀可直接測量1kV以內的電壓，霍爾電壓傳感器主要用于測量1kV以上的交流電壓，而1kV以上的霍爾電壓傳感器的精度較低、帶寬較窄，用戶在構建1kV以上高電壓變頻功率測試系統時需特別注意。
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權利要求說明書
說明書
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）發明名稱
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一種霍爾電量傳感器
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）摘要
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本實用新型公開了一種霍爾電量傳感
器，包括第一感應線圈、兩個第一霍爾元件
和兩個第二信號調制電路，第一感應線圈的
初級線圈與信號輸入端相連，第一感應線圈
的次級線圈上設有第一信號輸出端，還包
括：第二感應線圈，第二感應線圈的初級線
圈與第一感應線圈的第一信號輸出端相連；
兩個用于檢測第二感應線圈磁場變化的第二
霍爾元件；分別與兩個霍爾元件相連的兩個
第二信號調制電路，兩個第二信號調制電路
的輸出端分別連接于第二感應線圈的次級線
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霍爾電流傳感器
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霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據霍爾效應原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應強度為B的磁場，那么在垂直于電流和磁場方向（即霍爾輸出端之間），將產生一個電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控 制電流I。與磁感應強度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數，由霍爾元件的材料決定；I為控制電流；B為磁感應強度；VH為霍爾電勢。
中文名
霍爾電流傳感器
外文名
Hall Current Sensor
名詞解釋
基本原理 檢測原理 補償原理
工作電源
電流傳感器在使用中的優越性
發 展
提高靈敏度、惡劣條件下的穩定性
測電流
為了測量mA級的小電流
參 數
LF-AI12-32A1-0.5/0~5A
工作環境
-10℃~50℃，20%~90%無凝露
響應時間
≤300mS
精度等級
≤0.5%.F.S
目錄
1
英文解釋
2
基本原理
3
檢測原理
4
補償原理
5
發展
6
測電壓
7
輸出
8
電壓電阻
9
電流計算
10
舉例說明
11
工作電源
12
優越性
13
測量方法
14
特點
15
應用方式
16
注意事項
?
如何選型
?
使用須知
?
注意事項
17
工作過程
霍爾電流傳感器英文解釋
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語音
Hall Current SensorHall current transducer
霍爾電流傳感器基本原理
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霍爾器件是一種采用半導體材料制成的磁電轉換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當有一磁場B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現霍爾電勢VH。霍爾電勢VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ霍爾電流傳感器是按照霍爾效應原理制成，對安培定律加以應用，即在載流導體周圍產生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，使電流的非接觸測量成為可能。通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導體電流的大小。因此，電流傳感器經過了電－磁－電的絕緣隔離轉換。
霍爾電流傳感器檢測原理
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由于磁路與霍爾器件的輸出具有良好的線性關系，因此霍爾器件輸出的電壓訊號U0可以間接反映出被測電流I1的大小，即：I1∝B1∝U0我們把U0定標為當被測電流I1為額定值時，U0等于50mV或100mV。這就制成霍爾直接檢測（無放大）電流傳感器。
霍爾電流傳感器補償原理
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原邊主回路有一被測電流I1，將產生磁通Φ1，被副邊補償線圈通過的電流I2所產生的磁通Φ2進行補償后保持磁平衡狀態，霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補償電流傳感器。這種先進的原理模式優于直檢原理模式，突出的優點是響應時間快和測量精度高，特別適用于弱小電流的檢測。知道：Φ1=Φ2I1N1=I2N2I2=NI/N2·I1當補償電流I2流過測量電阻RM時，在RM兩端轉換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即：U0=I2RM按照霍爾磁補償原理制成了額定輸入從～系列規格的電流傳感器。由于磁補償式電流傳感器必須在磁環上繞成千上萬匝的補償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應等優點。
霍爾電流傳感器發展
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霍爾電流傳感器要想得到發展。首先就要提高靈敏度、惡劣條件下的穩定性、降低工作電壓、微功耗；其次是敏感元件及其處理電路集成化、小型化；第三必須做到功能多樣化，同一種敏感機理的敏感器，引用和融合了電子技術其他分支的相關成熟技術，可形成新功能或復合功能的新型品種；最后要便于組網，傳感器捕獲的信息便于與其上層、下層機接口和有線或無線傳輸，以利執行、保存、處理。
[1]
霍爾電流傳感器測電壓
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為了測量mA級的小電流，根據Φ1=I1N1，增加N1的匝數，同樣可以獲得高磁通Φ1。采用這種方法制成的小電流傳感器不但可以測mA級電流，而且可以測電壓。與電流傳感器所不同的是在測量電壓時，電壓傳感器的原邊多匝繞組通過串聯一個限流電阻R1，然后并聯連接在被測電壓U1上，得到與被測電壓U1成比例的電流I1。副邊原理同電流傳感器一樣。當補償電流I2流過測量電阻RM時，在RM兩端轉換成電壓作為傳感器的測量電壓U0，即 U0=I2RM
霍爾電流傳感器輸出
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直接檢測式（無放大）電流傳感器為高阻抗輸出電壓，在應用中，負載阻抗要大于10KΩ，通常都是將其±50mV或±100mV懸浮輸出電壓用差動輸入比例放大器放大到±4V或±5V。 （a） 圖可滿足一般精度要求；（b）圖性能較好，適用于精度要求高的場合。直檢放大式電流傳感器為高阻抗輸出電壓。在應用中，負載阻抗要大于2KΩ。磁補償式電流、電壓磁補償式電流、電壓傳感器均為電流輸出型。“M”端對電源“O”端為電流I2的通路。因此，傳感器從“M”端輸出的信號為電流信號。電流信號可以在一定范圍遠傳，并能保證精度，使用中，測量電阻RM只需設計在二次儀表輸入或終端控制板接口上。為了保證高精度測量要注意：①測量電阻的精度選擇，一般選金屬膜電阻，精度≤±0.5%，詳見表1－1，②二次儀表或終端控制板電路輸入阻抗應大于測量電阻100倍以上。
霍爾電流傳感器電壓電阻
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從前面公式知道U0=I2RMRM=U0/I2式中：U0－測量電壓，又叫取樣電壓（V）。I2－副邊線圈補償電流（A）。RM－測量電阻（Ω）。計算時I2可以從磁補償式電流傳感器技術參數表中查出與被測電流（額定有效值）I1相對應的輸出電流（額定有效值）I2。假如要將I2變換成U0=5V，RM選擇詳見表1－1。
霍爾電流傳感器電流計算
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輸出電流I2的回路是：V+→末級功放管集射極→N2→RM→0，回路等效電阻。（V-～0的回路相同，電流相反）當輸出電流I2最大值時，電流值不再跟著I1的增加而增加，我們稱為傳感器的飽和點。按下式計算I2max=V+-VCES/RN2+RM式中：V+－正電源（V）。VCES－功率管集射飽和電壓，（V）一般為0.5V。RN2－副邊線圈直流內阻（Ω），詳見表，1－2。RM－測量電阻（Ω）。從計算可知改變測量電阻RM，飽和點隨之也改變。當被測電阻RM確定后，也就有了確定的飽和點。根據下式計算出最大被測電流I1max：I1max=I1/I2·I2max在測量交流或脈沖時，當RM確定后，要計算出最大被測電流I1MAX，如果I1max值低于交流電流峰值或低于脈沖幅值，將會造成輸出波形削波或限幅現象，此種情況可將RM選小一些來解決。
霍爾電流傳感器舉例說明
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電壓傳感器原邊與副邊抗電強度≥4000VRMS（50Hz.1min），用以測量直流、交流、脈沖電壓。在測量電壓時，根據電壓額定值，在原邊+HT端串一限流電阻，即被測電壓通過電阻得到原邊電流U1/R1=I1、R1=U1/10mA（KΩ），電阻的功率要大于計算值2～4倍，電阻的精度≤±0.5%。R1精密線繞功率電阻，可由廠方代訂。電流傳感器的接線方法（1） 直檢式（無放大）電流傳感器接線圖。（a） 圖是P型（印板插腳式）接發，（b）圖是C型（插座插頭式）接法，VN.、VN表示霍爾輸出電壓。（2） 直檢放大式電流傳感器接線圖。（a） 圖是P型接法，（b）圖是C型接法，圖中U0表示輸出電壓，RL表示負載電阻。（3） 磁補償式電流傳感器接線圖。（a） 圖是P型接法，（b）圖是C型接法（注意四針插座第三針是空腳）以上三種傳感器的印板插腳式接法同實物的排列方法是一致的，插座插頭接法同實物的排列方法也是一致的，以免接線錯誤。在以上接線圖上，主回路被測電流I1在穿孔中有一箭頭示出了電流正方向，實物外殼上也標明了電流正方向，這是電流傳感器規定了被測電流I1的電流正方向與輸出電流I2是同極性的。這在三相交流或多路直流檢測量中是致關重要的。
霍爾電流傳感器工作電源
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電流傳感器是一種有源模塊，如霍爾器件、運放、末級功率管，都需要工作電源，并且還有功耗，實用的典型工作電源原理圖。（1） 輸出地端集中接大電解上以利降噪。（2） 電容位uF，二極管為1N4004。（3） 變壓器根據傳感器功耗而定。（4） 傳感器的工作電流。直檢式（無放大）耗電：最大5mA；直檢放大式耗電：最大±20mA；磁補償式耗電：20+輸出電流；最大消耗工作電流20+輸出電流的2倍。根據消耗工作電流可以計算出功耗。
霍爾電流傳感器優越性
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（1）非接觸檢測。在進口設備的再改造中，以及老舊設備的技術改造中，顯示出非接觸測量的優越性；原有設備的電氣接線不用絲毫改動就可以測得電流的數值。（2）使用分流器的弊端是不能電隔離，且還有插入損耗，電流越大，損耗越大，體積也越大，人們還發現分流器在檢測高頻大電流時帶有不可避免的電感性，不能真實傳遞被測電流波形，更不能真實傳遞非正弦波型。電流傳感器完全消除了分流器以上的種種弊端，且精度和輸出電壓值可以和分流器做的一樣，如精度0.5、1.0級，輸出電壓50、75mV和100mV均可。（3）使用非常方便，取一只LT100－C型電流傳感器，在M端與電源零端串入一只100mA的模擬表頭或數字萬用表，接上工作電源，將傳感器套在電線回路上，即可準確顯示主回路0～100A電流值。（4）傳統的電流電壓互感器，雖然工作電流電壓等級多，在規定的正弦工作頻率下有較高的精度，但它能適合的頻帶非常窄，且不能傳遞直流。此外，工作時存在激磁電流，所以這是電感性器件，使它在響應時間上只能做到數十毫秒。眾所周知的電流互感器二次側一旦開路將產生高壓危害。在使用微機檢測中需信號的多路采集，人們正尋求能隔離又能采集信號的方法。電流電壓傳感器繼承了互感器原副邊可靠絕緣的優點，又解決了傳遞變送器價昂體積大還要配用互感器的缺陷，給微機檢測等自動化管理系統提供了模數轉換的機會。在使用中，傳感器輸出信號既可直接輸入到高阻抗模擬表頭或數字面板表，也可經二次處理，模擬信號送給自動化裝置，數字信號送給計算機接口。在3KV以上的高壓系統，電流、電壓傳感器都能與傳統的高壓互感器配合，替代傳統的電量變送器，為模數轉換提供方便。（5）傳統的檢測元件受規定頻率、規定波形，響應滯后等很多因素的限制，不能適應大功率變流技術的發展，應運而產生的新一代霍爾電流電壓傳感器，以及電流電壓傳感器與真有效枝AC/DC轉換器組合成為一體化的變送器，已成為人們熟知最佳檢測模塊。另外，電子電力裝置向高頻化、模塊化、組件化、智能化發展，使裝置設計者得心應手，這將是電子電力技術史上劃時代的根本性變革。1. 測量范圍廣：它可以測量任意波形的電流和電壓，如直流、交流、脈沖、三角波形等，甚至對瞬態峰值電流、電壓信號也能忠實地進行反映;2. 響應速度快：最快者響應時間只為1us。3. 測量精度高：其測量精度優于1%，該精度適合于對任何波形的測量。普通互感器是感性元件，接入后影響被測信號波形，其一般精度為3%~5%，且只適合于50Hz 正弦波形。4. 線性度好：優于0.2%5. 動態性能好：響應時間快，可小于1us;普通互感器的響應時間為10~20ms。6. 工作頻帶寬：在0~100KHz 頻率范圍內的信號均可以測量。7. 可靠性高，平均無故障工作時間長：平均無故障時間>5 10 小時8. 過載能力強、測量范圍大：0---幾十安培~上萬安培9. 體積小、重量輕、易于安裝。由于霍爾電流電壓傳感器以上的優點，故而可廣泛應用與變頻調速裝置、逆變裝置、UPS 電源、逆變焊機、電解電鍍、數控機床、微機監測系統、電網監控系統和需要隔離檢測電流電壓的各個領域中。
大口徑,開口型電流傳感器，交直兩用
性能指標：* 執行標準：IEC688：1992，QB* 輸入范圍：0~800A內可選 如0~100 A，0~500A等* 精度等級：≤1.0%.F.S* 線 性 度：優于0.2%*響應時間：≤1Us
霍爾電流傳感器
* 頻率特性：0~100KHz* 失調電壓：≤20mV* 溫度特性：≤150PPM/℃(0~50℃)* 整機功耗：≤30 mA+Ig* 隔離耐壓：輸入/輸出/外殼間 AC2.0KV/min*1mA* 過載能力：2倍電流連續，30倍1秒* 阻燃特性：UL94-V0* 工作環境：-10℃~50℃，20%~90%無凝露* 貯存環境：-40℃~70℃，20%~95%無凝露
霍爾電流傳感器測量方法
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1.原邊導線應放置于傳感器內孔中心，盡可能不要放偏；2.原邊導線盡可能完全放滿傳感器內孔，不要留有空隙；3.需要測量的電流應接近于傳感器的標準額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個額定值很高的傳感器，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，可以把原邊導線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當用額定值100A的傳感器去測量10A的電流時，為提高精度可將原邊導線在傳感器的內孔中心繞十圈(一般情況，NP=1；在內孔中繞一圈，NP=2；……；繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度)；
[2]
4.當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
霍爾電流傳感器特點
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語音
霍爾傳感器不論是開環還是閉環原理，基本的性能區別不大，基本的優點在于：響應時間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強、過載能力強。
霍爾電流傳感器應用方式
編輯
語音
基本是HIA-C01和HIB-C15兩種閉環原理的霍爾電流傳感器較多，基本應用方式是HIA-C01霍爾電流傳感器檢測前端每一塊電池板的發電情況，輸出信號給信號采集裝置，由信號采集裝置經過采集、信號轉換等步驟，有線傳輸至控制中心，由控制中心統一對各個陣列的發電情況進行監控。
霍爾電流傳感器注意事項
編輯
語音
霍爾電流傳感器如何選型
A.選擇電流傳感器時需要注意穿孔尺寸是否能夠保證電線可以穿過傳感器；B.選擇電流傳感器時需要注意現場的應用環境是否有高溫、低溫、高潮濕、強震等特殊環境；C.選擇電流傳感器時需要注意空間結構是否滿足。
霍爾電流傳感器使用須知
A.接線時注意接線端子的裸露導電部分，盡量防止ESD沖擊，需要有專業施工經驗的工程師才能對該產品進行接線操作。電源、輸入、輸出的各連接導線必須正確連接，不可錯位或反接，否則可能導致產品損壞。B.產品安裝使用環境應無導電塵埃及腐蝕性。C.劇烈震動或高溫也可能導致產品損壞，必須注意使用場合。
霍爾電流傳感器注意事項
（1）電流傳感器必須根據被測電流的額定有效值適當選用不同的規格的產品。被測電流長時間超額，會損壞末極功放管（指磁補償式），一般情況下，2倍的過載電流持續時間不得超過1分鐘。（2）電壓傳感器必須按產品說明在原邊串入一個限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過壓持續時間不得超過1分鐘。（3）電流電壓傳感器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當被測電流高于電流傳感器的額定值時，應選用相應大的傳感器；當被測電壓高于電壓傳感器的額定值時，應重新調整限流電阻。當被測電流低于額定值1/2以下時，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數的辦法。（4）絕緣耐壓為3KV的傳感器可以長期正常工作在1KV及以下交流系統和1.5KV及以下直流系統中，6KV的傳感器可以長期正常工作在2KV及以下交流系統和2.5KV及以下直流系統中，注意不要超壓使用。（5）在要求得到良好動態特性的裝置上使用時，最好用單根銅鋁母排并與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數，均會影響動態特性。（6）在大電流直流系統中使用時，因某種原因造成工作電源開路或故障，則鐵心產生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流并逐漸減小其值。（7）傳感器抗外磁場能力為：距離傳感器5～10cm一個超過傳感器原邊電流值2倍的電流，所產生的磁場干擾可以抵抗。三相大電流布線時，相間距離應大于5～10cm。（8）為了使傳感器工作在最佳測量狀態，應使用介紹的簡易典型穩壓電源。（9）傳感器的磁飽和點和電路飽和點，使其有很強的過載能力，但過載能力是有時間限制的，試驗過載能力時，2倍以上的過載電流不得超過1分鐘。（10）原邊電流母線溫度不得超過85℃，這是ABS工程塑料的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑料做外殼。
霍爾電流傳感器工作過程
編輯
語音
開環的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環的在響應時間跟精度上要比開環的好很多。開環和閉環都可以監測交流電，一般開環的適用于大電流監測，閉環適用于小電流監測。開環式霍爾傳感器的工作過程：原邊電流(Ip)通過一根導線時，在導線四周將會產生一個磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，它能通過磁芯聚集感應到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經信號放大器放大后直接輸出，霍爾器件輸出的信號準確反映了原邊電流的輸出情況。優點：封裝尺寸小 ，測量范圍廣 ，重量輕，低電源損耗，無插損閉環霍爾電流傳感器的工作過程：當原邊電流IP產生的磁通通過磁芯集中在磁路中，霍爾器件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊電流(IP)產生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。霍爾器件和輔助電路產生的副邊補償電流準確反映了原邊電流的大小。經過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。
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2020-05-260
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美國ALLEGRO型號ACS770xCB霍爾電流傳感器ic
美國ALLEGRO型號ACS770xCB：耐熱增強型，完全集成，基于霍爾效應的高精度線性電流傳感器IC，內置100μ電流導體AllegroACS770系列電流傳感器IC為交流或直流電流檢測提供經濟，精確的解決方案。典型應用包括電機控制，負載檢測和管理，電源和DC-DC轉換器...
2019-09-210
粵科源興科技有限公司
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美國ALLEGRO型號ACS709線性霍爾電流傳感器ic芯片
美國ALLEGRO型號ACS709：采用耐熱增強型封裝的高帶寬，快速故障響應電流傳感器ICAllegro ACS709電流傳感器IC為工業，汽車，商業和通信系統中的電流檢測應用提供經濟，精確的方法。該器件采用小尺寸表面貼裝封裝，可在客戶應用中輕松實現。ACS709由精密線性...
2019-09-210
響拇指電子
深圳響拇指電子科技有限公司
霍爾電流傳感器的原理及磁飽和問題
霍爾電流傳感器工作原理：霍爾電流傳感器依據工作原理不同分為開環式霍爾電流傳感器和閉環式霍爾電流傳感器。1、開環式霍爾電流傳感器工作原理開環式霍爾電流傳感器也稱：直放式霍爾電流傳感器、直檢式霍爾電流傳感器等。如圖1，開環式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構成。磁芯有一...
2019-08-290
參考資料
1.
霍爾電流傳感器未來有著更廣泛的應用
．中國移動物聯網[引用日期2013-05-13]
2.
提高測量精度的方法
．儀器儀表世界網[引用日期2013-04-23]
霍爾電流傳感器工作原理及功耗計算方式
2017-10-09 06:23分類：電氣工程 閱讀：
霍爾電流傳感器工作原理
從工作原理上，霍爾電流傳感器可以分為霍爾開環電流傳感器和霍爾閉環電流傳感器。
霍爾開環電流傳感器
圖1 霍爾開環電壓傳感器的工作原理
霍爾傳感器的磁芯使用軟磁材料，原邊電流產生磁場通過磁芯聚磁，在磁芯切開一個均勻的切口，磁芯氣隙處磁感應強度與原邊電流成正比，霍爾元件兩端感應到的霍爾電壓的大小與原邊電流及流過霍爾元件電流的乘積成正比，霍爾電壓經過放大后作為傳感器的輸出。其輸出關系式滿足：
VOUT=K*IP*IHall
其中K為固定的常數，其大小通常與磁芯的尺寸，材料性質，氣隙開口的寬度，以及處理電路的放大倍數有關。
●霍爾閉環電流傳感器的工作原理：
閉環電流傳感器在開環的基礎上增加了反饋線圈，霍爾元件兩端感應到的霍爾電流經過放大后控制后端的三極管電路產生補償電流，補償電路流過纏繞在磁芯上的線圈，產生的磁場與原邊電流產生的磁場方向相反，當磁芯氣隙處的磁場強度補償為0時，傳感器的輸出滿足IS=IP/KN,其中KN為補償線圈的匝數。
圖2 霍爾閉環電壓傳感器的工作原理
傳感器的功耗計算
●開環電流傳感器的功耗計算
對于開環電流傳感器，因為其輸出信號為電壓，所以其功耗相對較為穩定。通常霍爾電流傳感器的電流設計為采用正負電源供電，其額定輸出電壓一般為幾伏，一般不超過10伏。輸出端對負載的要求一般為大于10Kω，所以流過負載的電流一般小于1個mA。通常開環傳感器的電流消耗小于15mA。電流消耗主要是霍爾元件消耗的電流，流入霍爾元件兩端的電流通常要求小于20mA，LEM的產品霍爾電流通常在10mA左右。另外在調壓支路還有幾mA的電流消耗。這樣開環傳感器的電流消耗可以維持在十幾mA的水平內，通常說明書上標的都是不超過15mA。
●閉環電流傳感器的功耗計算
閉環傳感器輸出信號為電流，其功耗相對于開環傳感器多很多，下面以LF 205-S為例來分析閉環電流傳感器的電流消耗。
圖3為LF 205-S的原理示意
圖4為 LF205-S原理圖
從圖中可以看出閉環電流傳感器的主要電路包括幾部分：首先是霍爾元件的驅動電路，傳感器可以測量準確的前提是首先要給霍爾元件提供一個穩定的電流，通常在10mA左右。一般可通過穩壓二極管和三極管來實現。這一部分的電流消耗主要集中在霍爾元件，按照通常的設計流過霍爾元件的電流控制在10mA以內。其次是補償電流驅動電路，對于輸出電流較小的傳感器，補償電流驅動電路可只由運放組成。而對于需要輸出較大電流的傳感器，補償電流驅動電路通常由運放和一對串聯的三極管電路組成。此部分消耗的電流通常很小，一般為幾個mA。補償電流產生電路，在前面補償電流驅動電路的驅動作用下，三極管輸出補償電流。三極管補償電流即是傳感器的輸出電流，其大小取決于原邊被測電流。在靜態即無被測電流的情況下，無補償電流輸出。所以對于閉環電流傳感器，其靜態電流主要是霍爾驅動電流和補償電流驅動電路電流兩部分的總和。因為此時輸出電流為零，所以傳感器從+VC和-VC消耗的電流相等。即IC0(+VC)=IC0(-VC)圖4? 閉環電流傳感器靜態消耗電流流向而在動態情況下，即在測量電流的情況下，傳感器輸出電流不為零，IC0 (+VC)和IC0 (-VC)的大小取決于被測電流的大小和方向。如果被測電流為直流，假設其方向和傳感器的正方向一致。此時補償電流完全由上半部的三極管產生，也就是說此時輸出電流完全由+VC提供。而-VC的電流大小仍然為IC0 (-VC)。IC(+VC)=IC0 (+VC)+ IS
圖5 閉環電流傳感器測量直流電流時消耗電流流向
如果被測電流為交流，則上半部分和下半部分的三極管輪流導通來產生補償電流。假設被測電流為正弦波，其電流的有效值為IP，則輸出電流同樣也為正弦交流，其有效值為IS=IP/KN。因為三極管輪流導通，所以補償電流是輪流從+VC和-VC輸出的，當被測電流方向為正，即和傳感器的正方向一致時補償電流完全由上半部的三極管產生；當被測流方向為負，即
和傳感器的負方向一致時補償電流完全由下半部的三極管產生。此時消耗電流的波形為一直流疊加了半個周期的正弦波，整個電流的波形峰值為Icpeak=Ic0(+VC)+ 2 IS則此時的電流有效值為ICrms(+VC)=π/ 2 222) (020 S CI IsI VCcI ? + + +平均值為Cave(+VC)=IC0+ π/ 2SI
同理-VC端消耗電流的有效值和平均值與+VC端的相同。
圖6 閉環電流傳感器測量交流電流時消耗電流流向
傳感器電流消耗的LTspice仿真
使用LTspice對傳感器的電流消耗進行仿真，按照圖4的電路分別對靜態、測量直流和測量交流電流的情況進行仿真。從圖7中可以看出，靜態時+VC的消耗電流為15.33mA，-VC的靜態消耗電流為15.27mA，此處正負電源的消耗不完全相等，主要是因為零點的存在，此時傳感器的零點為0.06mA。其中流過霍爾元件的電流為8.83mA，補償電路驅動電路消耗電流為5.24mA，從數據中可以看出，這兩部分電流加起來為14.07mA，約占整個+VC消耗電流的91.8%
圖7 閉環電流傳感器IP=0時的輸出電流及消耗電流
當施加200ADC原邊電流后，傳感器的輸出為100.06mA，此時+VC端的消耗電流為116.21mA，-VC端的消耗電流為16.15mA
圖8閉環電流傳感器測量200ADC時的輸出電流及消耗電流
當在原邊施加有效值200Arms的正弦交流電后，傳感器的輸出為正弦交流，因為上下三極管輪流導通，補償電流按照半個周期的間隔分別疊加到+VC和-VC的消耗電流上。此時傳感器輸出電流的有效值為100.00mA。+VC端的消耗電流波形如圖所示，根據仿真的結果，VC的消耗電流有效值為81.99mA，平均電流為60.96mA，-VC端消耗電流的有效值為81.72mA，平均值為60.90mA。而根據前面的公式，在不考慮零點的情況下計算出的+VC理論消耗電流為81.33mA，平均值為60.34mA，-VC端的消耗電流為81.29mA，平均值為60.28mA，與仿真結果一致。
圖9? 環電流傳感器測量200A?AC時的輸出電流及消耗電流
對于電源消耗功率的計算，因為傳感器采用直流電源供電，電壓穩定不變，所以傳感器的平均功耗功率為VC*IVCave。根據前面的推導，使用開環電流傳感器時+VC和-VC消耗電流基本相等。可按照說明書上給出的IC值來選擇電源功率。而使用閉環電流傳感器時，因為+VC和-VC消耗電流的大小取決于被測電流方向和幅值。測量直流時如果方向不變，則+VC,和-VC消耗電流會相差較大，具體可按照上面的推導方法來分別計算+VC和-VC平均消耗的功率。測量交流時，消耗電流的波形為一直流疊加了半個周期的正弦波，精確的計算可按照上面推導的公式來計算。因上面的推導公式需要較多計算，簡便的算法可按照I0+IS來估算。
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