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強(qiáng)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(chǎn)生一個電勢VH，稱其為霍爾電勢，其大小正比于控制電流I。與磁場強(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為磁場強(qiáng)度;VH為霍爾電勢。

　　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B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH?；魻栯妱軻H的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ?；魻栯娏鱾鞲衅魇前凑栈魻栃?yīng)原理制成，對安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，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(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電－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流過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出，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)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進(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零磁通的工作狀態(tài)。

　　具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場，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)生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過Is來測試Ip。當(dāng)Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復(fù)上述過程重新達(dá)到平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態(tài)平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時間都與初級被測電流的安匝數(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通過限流電阻Ri產(chǎn)生電流，流過原邊線圈產(chǎn)生磁場，聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件輸出信號控制的補(bǔ)償電流IS流過副邊線圈產(chǎn)生的磁場進(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量交流信號燈電流。是將霍爾感應(yīng)出的交流信號經(jīng)過AC-DC及其他轉(zhuǎn)換，變?yōu)?～4V、0～20mA（或4～20mA）的標(biāo)準(zhǔn)直流信號輸出供各種系統(tǒng)使用。

　　工作過程

　　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)測交流電，一般開環(huán)的適用于大電流監(jiān)測，閉環(huán)適用于小電流監(jiān)測。

　　霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)

　　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(tài)峰值電流、電壓信號也能忠實(shí)地進(jìn)行反映;

　　2.響應(yīng)速度快：最快者響應(yīng)時間只為1us。

　　3.測量精度高：其測量精度優(yōu)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(yōu)于0.2%

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

　　6.工作頻帶寬：在0~100KHz頻率范圍內(nèi)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》510小時

　　8.過載能力強(qiáng)、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。

　　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的傳感器。實(shí)際設(shè)計的霍爾傳感器往往通過運(yùn)算放大器等電路，將微弱的電壓信號放大為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號。

　　CSN系列霍爾效應(yīng)電流傳感器可用于監(jiān)測直流或交流電流。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，在電流測量應(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應(yīng)考慮幾下幾個方面。

　　霍爾電流傳感器選型考慮因素：

　　1.、依據(jù)測量對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分別測量多種被測量；而同一被測量，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。要了解被測量的特點(diǎn)：如被測量的狀態(tài)、性質(zhì)，測量的范圍、幅值和頻帶，測量的速度、時間、精度要求、過載的幅度和和出現(xiàn)頻率等。

　　2、要了解使用的條件。這包含兩個方面：

　　（1）現(xiàn)場環(huán)境條件：如溫度、濕度、氣壓，能源、光照，塵污、振動、噪聲，電磁場及輻射干擾等；

　?。?）現(xiàn)有基礎(chǔ)條件：如財力，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)際中不可能也沒有必要面面俱到滿足所有要求。設(shè)計者應(yīng)從系統(tǒng)總體對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題：量程的大小和過載量；被測對象或位置對霍爾電流傳感器重量和體積的要求；測量的方式是接觸。

　　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(xiàn)場的應(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)無導(dǎo)電塵埃及腐蝕性

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