霍爾電流傳感器概述

　　霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)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場(chǎng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向（即霍爾輸出端之間），將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)VH，稱其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控制電流I。與磁場(chǎng)強(qiáng)度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定;I。為控制電流;B為磁場(chǎng)強(qiáng)度;VH為霍爾電勢(shì)。

　　霍爾電流傳感器工作原理

　　霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過(guò)該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)VH?；魻栯妱?shì)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(yīng)原理制成，對(duì)安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過(guò)了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。

　　1、直放式（開環(huán)）電流傳感器（CS系列）

　　當(dāng)原邊電流IP流過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測(cè)量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為4V。

　　2、磁平衡式（閉環(huán)）電流傳感器（CSM系列）

　　磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。

　　具體工作過(guò)程為：當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)測(cè)試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。因此，從宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。

　　3、霍爾電壓（閉環(huán)）傳感器（VSM系列）

　　霍爾電壓傳感器的工作原理與閉環(huán)式電流傳感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原邊電壓VP通過(guò)限流電阻Ri產(chǎn)生電流，流過(guò)原邊線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件輸出信號(hào)控制的補(bǔ)償電流IS流過(guò)副邊線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電流IS精確的反映原邊電壓VP。

　　4、交流電流傳感器（A-CS系列）

　　交流電流傳感器主要測(cè)量交流信號(hào)燈電流。是將霍爾感應(yīng)出的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)AC-DC及其他轉(zhuǎn)換，變?yōu)?～4V、0～20mA（或4～20mA）的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)輸出供各種系統(tǒng)使用。

　　工作過(guò)程

　　開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理，閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環(huán)的在響應(yīng)時(shí)間跟精度上要比開環(huán)的好很多。開環(huán)和閉環(huán)都可以監(jiān)測(cè)交流電，一般開環(huán)的適用于大電流監(jiān)測(cè)，閉環(huán)適用于小電流監(jiān)測(cè)。

　　霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)

　　1.測(cè)量范圍廣：它可以測(cè)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(duì)瞬態(tài)峰值電流、電壓信號(hào)也能忠實(shí)地進(jìn)行反映;

　　2.響應(yīng)速度快：最快者響應(yīng)時(shí)間只為1us。

　　3.測(cè)量精度高：其測(cè)量精度優(yōu)于1%，該精度適合于對(duì)任何波形的測(cè)量。普通互感器是感性元件，接入后影響被測(cè)信號(hào)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(yōu)于0.2%

　　5.動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間快，可小于1us;普通互感器的響應(yīng)時(shí)間為10~20ms。

　　6.工作頻帶寬：在0~100KHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)均可以測(cè)量。

　　7.可靠性高，平均無(wú)故障工作時(shí)間長(zhǎng)：平均無(wú)故障時(shí)間》510小時(shí)

　　8.過(guò)載能力強(qiáng)、測(cè)量范圍大：0---幾十安培~上萬(wàn)安培

　　9.體積小、重量輕、易于安裝。

　　霍爾電流傳感器選型方法

　　霍爾電流傳感器是利用霍爾效應(yīng)將一次大電流變換為二次微小電壓信號(hào)的傳感器。實(shí)際設(shè)計(jì)的霍爾傳感器往往通過(guò)運(yùn)算放大器等電路，將微弱的電壓信號(hào)放大為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)。

　　CSN系列霍爾效應(yīng)電流傳感器可用于監(jiān)測(cè)直流或交流電流。這一系列的產(chǎn)品包括可調(diào)節(jié)線性、零點(diǎn)平衡、數(shù)字以及線性電流傳感器。CSN系列磁阻電流傳感器使用了ASIC（專用集成電路）和霍尼韋爾磁阻式（MR）傳感器，溫度漂移極低，因此其測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定、重復(fù)性好且精度很高。這是因?yàn)樗褂玫腁SIC充分利用了磁阻傳感器獨(dú)有的特性。其根據(jù)霍尼韋爾的專利技術(shù)設(shè)計(jì)，在電流測(cè)量應(yīng)用，能提供卓越的傳感器性能和極高的精度。在選擇霍爾電流傳感器時(shí)應(yīng)考慮幾下幾個(gè)方面。

　　霍爾電流傳感器選型考慮因素：

　　1.、依據(jù)測(cè)量對(duì)象和使用條件確定霍爾電流傳感器的類型

　　眾所周知，同一霍爾電流傳感器可用來(lái)分別測(cè)量多種被測(cè)量；而同一被測(cè)量，義常有多種原理的霍爾電流傳感器可供選用。在進(jìn)行一項(xiàng)具體的測(cè)量量工作之前，首先要分析并確定采用何種原理或類刪的霍爾電流傳感器更合適。這就需要對(duì)與霍爾電流傳感器工作有關(guān)聯(lián)的方方面面作番調(diào)查研究。要了解被測(cè)量的特點(diǎn)：如被測(cè)量的狀態(tài)、性質(zhì)，測(cè)量的范圍、幅值和頻帶，測(cè)量的速度、時(shí)間、精度要求、過(guò)載的幅度和和出現(xiàn)頻率等。

　　2、要了解使用的條件。這包含兩個(gè)方面：

　?。?）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件：如溫度、濕度、氣壓，能源、光照，塵污、振動(dòng)、噪聲，電磁場(chǎng)及輻射干擾等；

　　（2）現(xiàn)有基礎(chǔ)條件：如財(cái)力，配套設(shè)施，人力即技術(shù)水平等。選擇霍爾電流傳感器所需考慮的方面和事項(xiàng)很多，實(shí)際中不可能也沒(méi)有必要面面俱到滿足所有要求。設(shè)計(jì)者應(yīng)從系統(tǒng)總體對(duì)霍爾電流傳感器使用的目的、要求出發(fā)，綜合分析主次，權(quán)衡利弊，抓住要方面，突出重要事項(xiàng)加以優(yōu)先考慮。在此基礎(chǔ)七．就可以明確選擇霍爾電流傳感器類型的具體問(wèn)題：量程的大小和過(guò)載量；被測(cè)對(duì)象或位置對(duì)霍爾電流傳感器重量和體積的要求；測(cè)量的方式是接觸。

　　霍爾電流傳感器選型注意事項(xiàng)：

　　A、選擇電流傳感器時(shí)需要注意穿孔尺寸是否能夠保證電線可以穿過(guò)傳感器；

　　B、選擇電流傳感器時(shí)需要注意現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用環(huán)境是否有高溫、低溫、高潮濕、強(qiáng)震等特殊環(huán)境；

　　C、選擇電流傳感器時(shí)需要注意空間結(jié)構(gòu)是否滿足；

　　霍爾電流傳感器使用注意事項(xiàng)

　　A、接線時(shí)注意接線端子的裸露導(dǎo)電部分，盡量防止ESD沖擊，需要有專業(yè)施工經(jīng)驗(yàn)的工程師才能對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行接線操作。電源、輸入、輸出的各連接導(dǎo)線必須正確連接，不可錯(cuò)位或反接，否則可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

　　B、產(chǎn)品安裝使用環(huán)境應(yīng)無(wú)導(dǎo)電塵埃及腐蝕性

　　C、劇烈震動(dòng)或高溫也可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞，必須注意使用場(chǎng)合。