霍尔电流传感器.doc

1、霍尔电流传感器霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，当原边电流 IP 产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边 IP 产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。基本原理霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流 IC，当有一磁场 B 穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势 VH。 1霍尔电势 VH 的大小与控制电流 IC 和磁通密度 B 的乘积成正比，即：VH=KHICBsin霍尔电流传感器是按照安培定

2、律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电磁电的绝缘隔离转换。检测原理由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔器件输出的电压讯号 U0 可以间接反映出被测电流 I1 的大小，即：I1B1U0我们把 U0 定标为当被测电流 I1 为额定值时，U0 等于 50mV 或 100mV。这就制成霍尔直接检测（无放大）电流传感器。补偿原理原边主回路有一被测电流 I1，将产生磁通 1，被副边补偿线圈通过的电流 I2所产生的磁通 2 进行补偿后保持磁

3、平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。知道：1=2I1N1=I2N2I2=NI/N2I1当补偿电流 I2 流过测量电阻 RM 时，在 RM 两端转换成电压。做为传感器测量电压 U0 即：U0=I2RM按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从系列规格的电流传感器。由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。测电压为了测量 mA 级的小电流，根据 1=I1N1，

4、增加 N1 的匝数，同样可以获得高磁通 1。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测 mA 级电流，而且可以测电压。与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻 R1，然后并联连接在被测电压 U1 上，得到与被测电压 U1 成比例的电流 I1。副边原理同电流传感器一样。当补偿电流 I2 流过测量电阻 RM 时，在 RM 两端转换成电压作为传感器的测量电压 U0，即 U0=I2RM电流传感器的输出直接检测式（无放大）电流传感器为高阻抗输出电压，在应用中，负载阻抗要大于 10K，通常都是将其50mV 或100mV 悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到4V 或5

5、V。 （a ） 图可满足一般精度要求；（b）图性能较好，适用于精度要求高的场合。直检放大式电流传感器为高阻抗输出电压。在应用中，负载阻抗要大于 2K。磁补偿式电流、电压磁补偿式电流、电压传感器均为电流输出型。从图 13 看出“M”端对电源“O”端为电流 I2 的通路。因此，传感器从 “M”端输出的信号为电流信号。电流信号可以在一定范围远传，并能保证精度，使用中，测量电阻 RM 只需设计在二次仪表输入或终端控制板接口上。为了保证高精度测量要注意：测量电阻的精度选择，一般选金属膜电阻，精度0.5%，详见表 11 ，二次仪表或终端控制板电路输入阻抗应大于测量电阻 100 倍以上。电压电阻从前面公式知

6、道U0=I2RMRM=U0/I2式中：U0测量电压，又叫取样电压（ V） 。I2副边线圈补偿电流（A ） 。RM测量电阻（） 。计算时 I2 可以从磁补偿式电流传感器技术参数表中查出与被测电流（额定有效值）I1相对应的输出电流（额定有效值）I2。假如要将 I2 变换成 U0=5V，RM 选择详见表 11。电流计算从图 13 可知输出电流 I2 的回路是：V+末级功放管集射极 N2RM0，回路等效电阻如图 16 。 （V-0 的回路相同，电流相反）当输出电流 I2 最大值时，电流值不再跟着 I1 的增加而增加，我们称为传感器的饱和点。按下式计算I2max=V+-VCES/RN2+RM式中：V+正

7、电源（V） 。VCES功率管集射饱和电压， （V）一般为 0.5V。RN2 副边线圈直流内阻（） ，详见表，1 2。RM测量电阻（） 。从计算可知改变测量电阻 RM，饱和点随之也改变。当被测电阻 RM 确定后，也就有了确定的饱和点。根据下式计算出最大被测电流 I1max：I1max=I1/I2I2max在测量交流或脉冲时，当 RM 确定后，要计算出最大被测电流 I1MAX，如果 I1max 值低于交流电流峰值或低于脉冲幅值，将会造成输出波形削波或限幅现象，此种情况可将 RM 选小一些来解决。测量方法1、原边导线应放置于传感器内孔中心，尽可能不要放偏;2、原边导线尽可能完全放满传感器内孔，不要留

8、有空隙;3、需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值 IPN，不要相差太大。如条件所限，手头仅有一个额定值很高的传感器，而欲测量的电流值又低于额定值很多，为了提高测量精度，可以把原边导线多绕几圈，使之接近额定值。例如当用额定值 100A 的传感器去测量 10A的电流时，为提高精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈(一般情况，NP=1; 在内孔中绕一圈，NP=2;绕九圈， NP=10，则 NP10A=100A 与传感器的额定值相等，从而可提高精度); 34、当欲测量的电流值为 IPN/10 的时，在 25仍然可以有较高的精度。特点霍尔传感器不论是开环还是闭环原理，基本的性能区别不大，基本的优点

9、在于：响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。应用方式基本是 HIA-C01 和 HIB-C15 两种闭环原理的霍尔电流传感器较多，基本应用方式是 HIA-C01霍尔电流传感器检测前端每一块电池板的发电情况，输出信号给信号采集装置，由信号采集装置经过采集、信号转换等步骤，有线传输至控制中心，由控制中心统一对各个阵列的发电情况进行监控。注意事项如何选型A、选择电流传感器时需要注意穿孔尺寸是否能够保证电线可以穿过传感器；B、选择电流传感器时需要注意现场的应用环境是否有高温、低温、高潮湿、强震等特殊环境；C、选择电流传感器时需要注意空间结构是否满足；使用须知A、接线时注

10、意接线端子的裸露导电部分，尽量防止 ESD 冲击，需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。B、产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性C、剧烈震动或高温也可能导致产品损坏，必须注意使用场合。工作过程开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。开环式霍尔传感器的工作过程：原边电流(Ip)通过一根导线时，在导线四周将会产生一个磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它能通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，霍尔器件输出的信号准确反映了原边电流的输出情况。优点：封装尺寸小 ，测量范围广 ，重量轻，低电源损耗，无插损闭环霍尔电流传感器的工作过程：当原边电流 IP 产生的磁通通过磁芯集中在磁路中，霍尔器件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边电流(IP)产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。