霍尔电流传感器的研究
摘要：随着新器件和新的控制技术的使用,控制系统中的电流信号不再局限于传统的50Hz正弦波,而可能是各种形状复杂的脉动信号,且主电路和控制回路之间要隔离。传统的电流检测方法已经不能满足这些波形的控制和测量要求,因此必须结合实际需求研究和开发新的电流测量方法和检测设备,其中霍尔电流传感器正是在此背景下诞生的一种性能优越的电流测量装置。本文以HEC公司的产品为主线，介绍霍尔电流传感器原理,并对HEC各型号的电流传感器的主要性能作了一定的分析，并且列举了霍尔电流传感器的具体应用实例。
关键词：霍尔效应霍尔电流传感器车载应用
一引言
近年来，随着科技的发展，各种用电设备增多，用电量越来越大，用电环境需求精密，对电流的检测要求日益严格，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、检测电流或电压的传感器，即霍尔感器便日益被广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测大电流、电压的各个领域中。
二工作原理
2.1 霍尔效应
2.1.1霍尔效应原理
将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B ，沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势H V，如图1所示，这现象称为霍尔效应。H V称为霍尔电压。
++++++------
V H
E H e
F m
F b I d B
A B Z X
Y
++++++------V H E H F m F e B b I d A B
(a) (b) 图1 霍尔效应原理图
实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即
d IB R V H H = (1) 或 IB K V H H = (2)
式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B 中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为 j eVB B V e B V q F m -=?-=?= (3) 式中V 为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。e 为电子的电荷量。m F 指向Y 轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E （即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F ，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则 j b V e j eE E e E q F H H H H e ==-== (4)
将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有 0=+e m F F 0=+-j b V e j eVB H
即 b V e eVB H
=
得 VBb V H = (5)
此时B 端电位高于A 端电位。
若N 型单晶中的电子浓度为n ，则流过样片横截面的电流
I =nebdV
得
nebd I V = (6) 将(6)式代入(5)式得 IB K d IB R IB ned V H H H ===1 (7)
2.2霍尔元件
霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge 、Si 、InSb 、GaAs 、InAs 、InAsP 以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。 InSb 和GaAs 霍尔元件输出特性见图2(a)、图2(b).
图2霍尔元件的结构和输出特性
2.3霍尔电路
它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图3和图4。
这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3。
图3 霍尔线性电路的功能框图
图4 霍尔线性电路ugn3501的磁电转换特性曲线
2.2.1 直放式电流传感器（开环式）
众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以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，一般的额定输出标定为4V。HEC的A B C XL几个系列的传感器属于该类型。
2.2.2磁平衡式电流传感器（闭环式）
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。
磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。HEC的D E两个个系列的传感器属于该类型。
三技术性能分析
3．1电流传感器特性参数
1、标准额定值IPN和额定输出电流ISN
IPN指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小与传感器产品的型号有关。ISN指电流传感器额定输出电流，一般为
100~400mA，某些型号可能会有所不同。
2、传感器供电电压VA
VA指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。
3、测量范围Ipmax
(1)测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值IPN。
(2)要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。
4、过载
发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般
测量不出来，但不会对传感器造成损坏。
5、精度
霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在+25℃时，传感器测量精度受原边电流影响。计算精度时必须考虑偏移电流、线性度、温度漂移的影响。
(1) 偏移电流ISO
偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传
感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小
的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。(2) 线性度
线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度，
(3).温度漂移
偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO 会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的。
6、抗干扰性
(1)电磁场
闭环霍尔效应电流传感器，利用了原边导线的电磁场原理。因此下列因素直接影响传感是否受外部电磁场干扰。
<1>传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化；
<2>外部导线与传感器的距离、外部导线的形状、位置和传感器内霍尔电极的位置；
<3>安装传感器所使用的材料有无磁性；
<4>所使用的电流传感器是否屏蔽；
为了尽量减小外部电磁场的干扰，最好按安装指南安装传感器。
(2)电磁兼容性
电磁兼容性EMC，（Electro -Magnetic Compatibility ）是研究电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作而又互不干扰，达到“兼容”状态的一门学科。空间电磁环境的恶化越来越容易使电子元器件之间因互不兼容而引发系统的误动作，因此电工、电子设备电磁兼容性检测极有必要。由于实际生产、科
研及市场推广的迫切需要，采用已通过电磁兼容性检测的电流
和电压传感器已形成共识，并已成为一个强制性标准。
四应用案例——D系列闭环型霍尔电流传感器在车载电源系统中的应用
地面车用电源系统（以下简称电源系统）的输出电流的检测与控制，直接决定了电源系统工作的稳定性和可靠性，从而会影响车辆用电负载的运行状况及车辆的可操作性。由于车用电源的负载常常因为车辆复杂的使用条件而导致负载变化较大，随之电源的输出功率也将发生较大变化，若对电源的输出电流不加限制，会造成电源因过载而发热，影响其功率输出，更严重情况下会导致电源永久失效。
HEC公司d系列闭环霍尔电流传感器（以下简称传感器）在车用电源系统中的应用，实现了对电源系统输出电流的隔离测量，即传感器的输出信号与电源的输出电流电气隔离，有利于传感器输出信号调整处理，通过调整、设定该信号并反馈控制电源系统的输出电流，当电源的输出电流接近电源系统的设计功率输出时，电源输出电流将不在增加，从而限制了电源系统的输出功率，保护电源系统不会因用电负载的变化而损坏。
某型地面车辆装备了一套独立的大功率发电系统，在该车辆发电系统中设计选用了HEC-D1闭环霍尔电流传感器作为系统电流检测部件，传感器的主要作用是隔离检测发电系统的输出电流，通过对传感器的输出信号进行处理，设定限流工作点，确保发电系统的输出功率不高于发电机的额定功率。闭环霍尔电流传感器HEC-D1的应用，很好的实现了上述应用目的。通过设置传感器HEC-D1的输出信号，对发电机D1的输出电流加以限制，避免出现发电机的输出功率过高而发生故障或损坏，保证发电系统的正常工作。
经过测试，该传感器的性能能够满足车用发电系统对电流检测的需要，该设计已在多套地面车辆的发电系统中应用，并按相关标准进行了实验测试，测试结果受到专家的肯定。
五结语
在城市用电设备增多，农村供电设备老化欠修的情况下，城乡各地经常会出现电压不稳，电路短路，过流等现象，结果造成人民生活不便和仪器损坏。子啊电源技术中使用传感器检测功能可以使电源设备更加小型化，智能化和安
全化，而霍尔传感器凭着自身的优越性，在电子，功率集成，自动控制，材料，传感，计算机等等领域取得了卓越的成就，所以对其应用刚和技术开发，工作者们应该给予足够重视，相信在未来霍尔传感器一定能够继续发挥其重要作用，造福人类。
Internet of Things
1.the definition of connotation
The English name of the Internet of Things The Internet of Things, referred to as: the IOT.Internet of Things through the pass, radio frequency identification technology, global positioning system technology, real-time acquisition of any monitoring, connectivity, interactive objects or processes, collecting their sound, light, heat, electricity, mechanics, chemistry, biology, the location of a variety of the information you need network access through a variety of possible things and things, objects and people in the Pan-link intelligent perception of items and processes, identification and management. The Internet of Things IntelliSense recognition technology and pervasive computing, ubiquitous network integration application, known as the third wave of the world's information industry development following the computer, the Internet. Not so much the Internet of Things is a network, as Internet of Things services and applications, Internet of Things is also seen as Internet application development. Therefore, the application of innovation is the core of the development of Internet of Things, and 2.0 of the user experience as the core innovation is the soul of Things.
2.The meaning of "material"
Where the "objects" to meet the following conditions can be included in the scope of the "Internet of Things":
1. Receiver have the appropriate information;
2. Have a data transmission path;
3. Have a certain storage capabilities;
4. To have the CPU;
5．To have the operating system;
6. Have specialized applications;
7. Have a data transmitter;
8. Follow the communication protocol of Things;
9. World Network, a unique number that can be identified.
3. "Chinese style" as defined in
Internet of Things (Internet of Things) refers to is the ubiquitous (Ubiquitous) terminal equipment (Devices) and facilities (Facilities), including with the "inner intelligence" sensors, mobile terminals, industrial systems, floor control system, the family of Intelligentfacilities, video surveillance systems, and external can "(Enabled), such as RFID, a variety of assets (the Assets), personal and vehicle carrying the wireless terminal" intelligent objects or animals "or" smart dust "(the Mote), through a variety of wireless and / or cable over long distances and / or short-range communication networks to achieve interoperability (M2M), application integration (the Grand Integration), and based on cloud computing, SaaS operation mode, in internal network (intranet), private network (extranet), and / or the Internet (Internet) environment, the use of appropriate information security mechanisms to provide a safe, controlled and even personalized real-time online monitoring, retrospective positioning, alarm linkage, command and control plan management, remote control, security, remote repair and maintenance, online upgrades, statistical reporting, decision support, the leadership of the desktop (showcase of the Cockpit Dashboard) management and service functions, "Everything," "efficient, energy saving, security environmental protection, "" possession, control, Camp integration [1].
4.EU definition
In September 2009, the Internet of Things and enterprise environments held in Beijing, China-EU Seminar on the European Commission and Social Media Division RFID Division is responsible for Dr. Lorent Ferderix, given the EU's definition of things: the Internet of Things is a dynamic global network infrastructure, it has a standards-based and interoperable communication protocols, self-organizing capabilities, including physical and virtual "objects" of identity, physical attributes, virtual features and smart interface and seamless integration of information networks . Internet of Things Internet and media, the Internet and business Internet one, constitute the future of the Internet.
5．Principle
Internet of Things is on the basis of the computer Internet, RFID, wireless data communications technology, to construct a cover everything in the world's "Internet of Things". In this network, the goods (products) to each other "exchange", without the need for human intervention. Its essence is the use of radio frequency identification (RFID) technology to achieve the interconnection and sharing of the automatic identification of goods (products) and information through the computer Internet.
The Internet of Things is a very important technology is radio frequency identification (RFID) technology. RFID is radio frequency identification (Radio Frequency Identification) technology abbreviation, is an automatic identification technology in the 1990s began to rise, the more advanced a
non-contact identification technology. The development of RFID technology based on a simple RFID system, combined with existing network technology, database technology, middleware technology, to build a one composed by a large number of networked readers and numerous mobile label, much larger than the Internet of Things trend.
RFID, It is able to let items "speak" a technique. In the "Internet of Things" concept, RFID tags are stored in the specification and interoperability information collected automatically by wireless data communications network
to a central information system, to achieve the identification of goods (products), and then through the open computer network for information exchange and sharing, items "transparent" management.
The information technology revolution in the Internet of Things is referred to as IT mobile Pan of a specific application. Internet of Things through IntelliSense, identification technology and pervasive computing, ubiquitous network convergence applications, breaking the conventional thinking before, human beings can achieve ubiquitous computing and network connectivity [3]. The traditional thinking has been the separation of physical infrastructure and IT infrastructure: on the one hand, airports, roads, buildings, while on the other hand, the data center, PC, broadband. In the era of the "Internet of Things", reinforced concrete, cable with the chip, broadband integration into a unified infrastructure, in this sense, the infrastructure is more like a new site of the Earth, the world really works it, which including economic management, production operation, social and even personal life. "Internet of Things" makes it much more refined and dynamic management of production and life, to manage the future of the city to achieve the status of "wisdom" to improve resource utilization and productivity levels, and improve the relationship between man and nature.
6．Agency
1, institution-building
As the first national Internet of Things industry community organizations - the application of professional Committee of China Electronic Chamber of Things technology products (referred to as: "objects of the IPCC"), the Ministry of Civil Affairs in June 2010, preliminary approved by the Ministry of August being reported that the Ministry of Civil Affairs for final approval.
2, the main task
Serve as a bridge between business and government to assist the Government of the industry guidance, coordination, consultation and services
to help members to reflect the business requirements to the Government; coordinate the relationship between enterprises to strengthen technical cooperation, product distribution, the elimination of vicious competition ; supervision of members the correct implementation of national laws and regulations, to regulate the industry; member of information communication technology products, cooperation, resource sharing, capital operation, and promote the application of Internet of Things technologies and products, and promote the Internet of Things industrial scale , co-development.
7．Construction
Internet of Things in the practical application to carry out requires the involvement of all walks of life, and need the guidance of the national government as well as related regulations and policies to assist the launching of the Internet of Things has the scale, broad participation, management, technical, and material properties, etc. other features, the technical problem is the most crucial issues of Things billion Bo logistics consulting, Internet of Things technology is an integrated technology, a system not yet which company has overall responsibility for network planning and construction of the entire system, theoretical studies have commenced in all walks of life and the practical application is limited to within the industry. The key is on the planning and design and research and development of the Internet of Things research in the field of RFID, sensors, embedded software, and transmission of data calculation. In general, to carry out the steps of the Internet of things mainly as follows:
(1) identified the object attributes, properties, including static and dynamic properties of the static property can be stored directly in the label, the dynamic properties need to start with sensors to detect real-time;
(2) the need to identify the equipment to complete the reading of object attributes, and information into a data format suitable for network transmission;
(3) the object of information transmitted over the network to the information processing center (processing center may be distributed, such as home computers or mobile phones, may also be centralized, such as China Mobile IDC) by the processing center to complete the object communication calculation.
8．key areas
Internet of Things 4 key areas:
(1) RFID;
(2) sensor network;
(3) The M2M;
(4) integration of the two.
9.Trend
Industry experts believe that the Internet of things on the one hand can improve economic efficiency and significant cost savings; the other hand, can provide technical impetus to global economic recovery. Currently, the United States, the European Union are all invested heavily in-depth study to explore the Internet of Things. The country is also highly concerned about the emphasis of Things, Industry and Information Technology Ministry in conjunction with the relevant departments are conducting research in a new generation of IT to the formation of policies and measures to support the development of a new generation of IT.
China Mobile CEO Wang Jianzhou has repeatedly mentioned the Internet of Things will become the focus of future development of China Mobile. He will be invited to Taiwan to produce RFID, sensors and bar code manufacturers and China Mobile. According to him, the use of the Internet of Things technology, Shanghai Mobile has a number of industrial customers tailor the data collection, transmission, processing and business management
in one set of wireless application solutions. The latest data show that Shanghai Mobile has more than 100,000 chips mounted on a taxi, bus, various forms of matter networking applications in all walks of prowess, to ensure the orderly operation of the city. During the Shanghai World Expo, "the bus services through" will be fully applied to the Shanghai public transport system, the smooth flow traffic to the most advanced technology to protect Expo area; for logistics transportation management, e-logistics ", will provide users with real-time accurate information of Cargo, vehicle tracking and positioning, the transport path selection, logistics network design and optimization services greatly enhance the comprehensive competitiveness of logistics enterprises.
In addition, the popularization of the "Internet of Things" for the number of animals, plants and machinery, sensors and RFID tags of items and related interface devices will greatly exceed the number of mobile phones. The promotion of the Internet of Things will become a drive to promote economic development for the industry to open up a potential development opportunities. According to the current demand on the Internet of Things, in recent years, billions of sensors and electronic tags, which will greatly promote the production of IT components, while increasing the number of job opportunities.
According to reports, it is necessary to truly build an effective Internet of things, there are two important factors. First, the scale, only with the scale to make the items of intelligence play a role. For example, a city of one million vehicles, if we only 10000 vehicles installed on the smart system, it is impossible to form an intelligent transportation system; two mobility items are usually not static, but in the state of the movement , we must maintain the items in the state of motion, and even high-speed motion state can at any time for dialogue.
FORRESTER of the authority of the U.S. advisory body predicted that 2020, the world of business of the Internet of Things, compared with the
business of interpersonal communication, will reach 30 to 1, so the "Internet of Things" is known to be the next one trillion communications services.
Internet of Things heat wave Why is rapidly growing in China? Internet of Things in China rapid rise thanks to the several advantages of our country in terms of things.
In the early 1999 launched the Internet of Things core sensor network technology research, R & D level in the world; the second, sensor network field in the world, China is the standard one of the dominant country, the patent owner; third China is one of the countries to achieve a complete industrial chain of Things; Fourth, China's wireless communications network and broadband coverage provides a solid infrastructure to support the development of the Internet of Things; Fifth, China has become the world's first the three major economies, with strong economic strength to support the development of the Internet of Things.
霍尔电流传感器的应用场合 1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理：霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。
'4 &, ????????????FS500EK1 Hall-effect Current Sensor Series ??????????????????????????????????ф????????????ǎ Open loop current sensor based on the principle of Hall-effect. It can be used for measuring AC,DC,pulsed and mi. ?????1,+15V 2,-15V 3,V out 4,0V(???) OFS,????GIN,???? Elucidation: 1:+15V 2:–15V 3: VOUT 4:0V(GND) OFS:Zero adjustment GIN:Gain adjustment ????/Remarks 1???????????????ǎ????????????????????????????????????ǎ2???????????????????????ǎ 3??????????????К???????????ǎ·Incorrect connection may lead to the damage of the sensor. ·VOUT is positive when the IP flows in the direction of the arrow. ???/Electrical characteristics ??Type ?????К?? Primary nominal input current ???????? Measuring range of primary current ????????Nominal output voltage ???? Supply voltage ???? Current consumption ???? Insulation voltage ???Linearity ??????Offset voltage ?????Residual voltage ??????Thermal drift of V0???? Response time ????(-3dB) Frequency bandwidth(-3dB) ?????? Ambient operating temperature ?????? Ambient storage temperature ???? Load resistance ?юStandard FS050EK1FS100EK1 FS200EK1 FS300EK1FS400EK1 FS500EK1 50 100 200 300 400 5000～±100 0～±200 0～±400 0～±600 0～±800 0～±1000 4±1%±12～±15(±5%) V C =±15V <25 ??????????2 .5KV ???/50Hz/1?? <1 T A =25℃ I PN ? I P =0 T A =-25?+85? <±1 DC ?20-25?+85 .GI/FS-0105 -40?+100A A V V mA %FS mV mV mV/℃?V kHz ℃℃??????mm ?/Dimensions of drawing (mm) I PN I P V OUT V C I C V d ?L V 0V OM V OT Tr f T A T S R L 5 electronics
怎么选择合适自己的霍尔电流传感器 目前，霍尼韦尔电流传感器主要采用了霍尔效应和磁阻效应两种工作原理，是分别利用两种原理对电流产生的磁场大小进行检测，并通过电磁互感的关系得到电流的大小。在工作模式上，霍尼韦尔电流传感器主要有两种方式，其分别是：直接检测式和磁平衡式。 由于霍尼韦尔霍尔电流传感器有诸多优点，目前广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS 电源、逆变焊机、电解电镀、电动汽车、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测电流电压的各个领域中。泰德兰电子科技代理霍尼韦尔的霍尔电流传感器主要优点如下： 1、测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。 2、响应速度快：快者响应时间只为1us。 3、测量精度高：其测量精度优于1%，该精度适合于对任何波形的测量。 4、线性度好：优于0.2%。 5、动态性能好：响应时间快，可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20ms。 6、工作频带宽：在0~1MHz 频率范围内的信号均可以测量。 7、可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>5 10 小时。 8、过载能力强、测量范围大：0~几十安培~上千安培。 9、体积小、重量轻、易于安装。 那么，作为硬件工程师，我们该如何选择一款合适的霍尔电流传感器呢？ 下面我们根据霍尔电流传感器的参数来介绍一下如何选择。
1，先选择工作温度范围 霍尔电流传感器一般有3种工作稳定范围，分别是-40°C ~ 85°C，-40°C ~ 125°C 和-40°C ~ 150°C。工程师根据应用是消费类或者工业类和汽车类的温度范围来选择合适的型号。例如Allegro的霍尔电流传感器ACS712ELCTR-30A-T，712后面的E就是表示-40°C ~ 85°C温度范围，ACS733KLATR-40AB-T中733后面的K表示-40°C ~ 125°C温度范围，ACS724LLCTR-30AB-T中724后的L表示-40°C ~ 150°C的温度范围。 2，确定选择霍尔电流传感器的隔离电压 在霍尔电流传感器的选型表中，有相应的隔离电压，Allegro系列霍尔电流传感器中，隔离电压从100V到4800V不等，另外，在产品规格书中，有对应的工作电压范围，以ACS724LLCTR为例，其隔离电压为2400V，其长期工作电压为297V 3，选择霍尔电流传感器的供电电压 在霍尔电流传感器的选型表中，Vcc电压一般有3.3V和5V两种规格，工程师可以根据自己电路的实际情况选择相应电压的器件 4，选择霍尔电流传感器的峰值电流 在霍尔电流传感器的选型表中，给出了峰值电流范围，有些产品只能够检测单方向电流，型号中用U来表示，有些可以测量双方向电流，型号中用B 来表示，Allegro的霍尔电流传感器，最小测量的电流范围为±2.5A，直接焊接的板上型产品中，最大电流可以测试200A，如需测量200A-1000A产品，可以选用芯片外加磁环方式。 5，选择适合自己使用的带宽 霍尔电流传感器目前可以选择的带宽范围从8kHz到1MHz不等，客户可以根据自己电路的要求选择合适的带宽，其中有4个系列达到了业界目前最高的1M带宽，广泛应用于例如5G和车载充电等高频产品中。 以上几点确定后就可以基本确定了选型型号，如果有更多的拓展要求，可以再根据器件的描述和特点进一步选型。
一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 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I C ，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V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，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。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。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U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。
3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，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。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A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。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 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R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。
一种霍尔电流传感器的电路设计 设计了一种零磁通型霍尔电流传感器，可广泛应用于交流变频驱动、焊接电源、开关电源、不间断电源等领域。该零磁通型霍尔电流传感器通过砷化镓霍尔元件检测由通电电流产生的磁场，继而有效地检测被测电流。 由于霍尔元件产生的霍尔电势很微弱，而且还存在较大的失调电压，因此对霍尔电压的放大和对不等位电势的补偿是该设计的两个主要需要解决的问题，而且霍尔元件中载流子浓度等随温度变化而变化，因此还需用温度补偿电路对其温度补偿。 1 系统设计框架 系统分为4个部分：1)霍尔元件的供电电路，由电压基准(电流基准)芯片为霍尔片提供工作电流； 2)霍尔元件及磁芯，将感应片感应的磁场(该磁场由通电电流产生)转化为霍尔电压；3)放大电路，将微弱的霍尔电压进行放大；4)反馈部分，利用了磁平衡原理：一次侧电流所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。其系统总流程图如图1所示。 2 系统硬件电路设计 系统由±5 V的稳压源供电。用一片电压基准芯片REF3012为砷化镓系列的霍尔元件HW300B提供基准电压。HW300B是一款可采用电压模式供电和电流模式供电的霍尔元件，HW300B放在开有气隙的集磁环的气隙里，并用胶水加以固定(霍尔元件和集磁环相对位置如果发生变化，会影响产生的霍尔电势的大小)。霍尔元件的输出接至仪器放大器AD620，作为放大器的差模出入端和共模输入端。放大器的增益可通过调节1、8引脚之间的10 kΩ的电位器改变。放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在集磁环上，其绕线方向能使通过它的电流产生的磁场与集磁环收集到的磁场方向相反。反馈线圈末端放1个75 kΩ的精阻接地，可以通过测量精阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算穿过集磁环中心的被测电流的大小。其具体电路图如图2所示。 2．1 REF3012 以SOT23-3封装的REF3012是一个高精度、低功耗、低电压差电压参考系列芯片。REF3012小尺寸和低功耗(最大50μA)非常适用于便携式和电池供电。它不需要负载电容，但对任何容性负载很稳定。因磁敏型霍尔元件很容易受温度的影响，可以采用恒流源供电以减小其温度系数。在该系统设计中，REF3012的输入引脚1接+5 V电源，并接10μF的旁路电容至地，该旁路电容对电源进行滤波，提高电源稳定性。而其输出引脚2接到HW300B的引脚1，并且也接1O μF的旁路电容至地，GND(地)引脚3接地。由于系统设计要求REF3012为HW300B提供2．5 V的基准电压，根据REF3012的数据资料可知，当输入电压为5 V 时，输出电压为2．5 V，所以REF3012引脚1接+5 V电压。 2．2 霍尔元件 本设计采用砷化镓系列的HW300B型霍尔元件，输出霍尔电压范围122～204mV，输入、输出阻抗为240～550 Ω，补偿电压为-7～7 mV，温度系数为-1．8％／℃。其输入可采用电压模式供电，也可采用电流模式供电。这里采用电压模式供电，即就是HW300B的引脚1、3为控制输入端，而引脚2、4为霍尔电压输出端。 霍尔元件是将磁场转换为电信号的线性磁敏元件，霍尔输出电压 式中，S为乘积灵敏度，mV／(mT·mA)；Ic为工作电流，mA；B为磁感应强度，mT。 本设计中，将霍尔元件放进开有气隙的集磁环的气隙里，并将霍尔元件和集磁环固定，这样可以感应出更大、更稳定的霍尔电势。式(1)中，当S与Ic一定，则Vh与B有直接线性关系。通电导体周围必然产生磁场，根据安培定律，电流与磁场的关系式∮BdI=μ0I0得：
霍尔电流传感器及其应用 在现代社会中,信息化的需求越来越庞大，传感器在信息采集中发挥了重要作用。他们可以把各种物理信息，按照一定的规则，为可测量的电信号。我们所测量的电信号，以及相关物理信息的关系的变化的基础上，我们可以得到所测量的物理的变化或大小。 根据该传感器的工作原理，我们可以划分成多种类型的传感器，如光电传感器，电荷传感器，电位型传感器，半导体传感器，电传感器，磁传感器，谐振式传感器，电动化学式传感器等等。 霍尔传感器是利用霍尔元件的霍尔效应原理，（可以音乐会的物理信息），如电流，磁场，位移，压力等，为电动势输出。它属于电位型传感器。当前，这种传感器主要是霍尔集成电路，核心单元是基于霍尔效应。这是由通过集成电路技术。因此，它不仅仅是一种集成电路，而是一种磁传感器。 本文根据实际应用，主要是霍尔电流传感器。 1 霍尔效应 在金属或半导体晶片放置在磁场中，并且如果有一个通过它的电流，会产生电动势，（在垂直方向上的电场和磁场，调用此种物理现象霍尔效应。） 在磁场中产生的洛伦兹力的作用下，通电的半导体芯片的载体，分别偏移积累到芯片的两侧，从而形成一个电场，称霍尔电场。霍尔电场产生的电场力，是相反的洛伦兹力，阻碍了继续堆积，直到（大厅）电场力和洛伦兹力。此时，芯片的两侧，将设置一个稳定的电压，这是霍尔电压。 2 霍尔电流传感器 随着城市人口和城市建设规模的扩大，以及各种电气设备的增加，功耗也越来越大。城市的供电设备经常超载，而电源环境越来越差，“测试”的权利越来越严重。因此电源问题越来越多的显现出来。现在，小功率电源设备已经越来越多的与新技术相结合。例如，开关电源，硬切换，软切换，参数稳压器，线性反馈稳压器，磁放大器技术，数控压力调节，PWM,,SPWM，电磁兼容等实际需求直接推动电源技术的发展和进步。为了检验并显示当前自动，自动保护功能和更先进的智能控制，过电流，过电压的危害。如发生时，电源技术与传感检测，传感采样，传感保护已成为一种趋势。传感器检测电流或电压，所谓的霍尔电流传感器应运而生，(并迅速成为最喜爱的设计师在我国的电源). 2.1 霍尔电流传感器的性能特性 霍尔电流传感器具有优越的性能，并且它是一种先进的电检测元件，它可以隔离主回路和电子控制电路。它有变压器和分流器的所有优点，并且在同一时间，克服了他们的缺点（变压器可以只施加的电源频率的测量，50赫兹，分流器是无法做隔离测量），使用同一个霍尔电流传感器模块检测元素，不仅可以测量AC,也可以检测直流，甚至可以检测瞬时峰值。它具有以下性能特点。 (1)测量任意波形的电流，如DC,AC乃至瞬态峰值参数测量的； (2)精度高。在工作区中的一般霍尔电流传感器模块的精度高于1%，并且是适用于任何波形测量精度； (3)线性度优于0.5%； (4)良好的动态性能。一般的电流传感器模块的动态响应时间小于7us，跟踪速度di|dt 是上述50A|us； (5)工作频段宽。它可以工作在频率范围从0到20KHZ非常好; (6)过载能力强。测量范围宽（0-10000A); (7)高可靠性。平均无故障工作是超过5*10000小时； (8)体积小，重量轻，易于安装系统，不会带来任何损失。
浅谈霍尔电流传感器ACS785/ACS712系列电流检测方式 浅谈电流检测方式 一、检测电阻+运放 优势：成本低、精度较高、体积小 劣势：温漂较大，精密电阻的选择较难，无隔离效果。 分析： 这两种拓扑结构，都存在一定的风险性，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高。检测电阻，成本低廉的一般精度较低，温漂大，而如果要选用精度高的，温漂小的，则需要用到合金电阻，成本将大大提高。运放成本低的，钳位电压低，而特殊工艺的，则成本上升很多。 二、电流互感器CT/电压互感器PT 在变压器理论中，一、二次电压比等于匝数比，电流比为匝数比的倒数。而CT 和PT 就是特殊的变压器。基本构造上，CT 的一次侧匝数少，二次侧匝数多，如果二次开路，则二次侧电压很高，会击穿绕阻和回路的绝缘，伤及设备和人身。PT 相反，一次侧匝数多，二次侧匝数少，如果二次短路，则二次侧电流很大，使回路发热，烧毁绕阻及负载回路电气。 CT,电流互感器，英文拼写Current Transformer，是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A 或1A 的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA 或LH（旧符号）. 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压回路串联，只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。 2、二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。 3、CT 二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。 4、变换的准确性。 PT，电压互感器，英文拼写Phase voltage Transformers，是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V 的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV 或YH（旧符号）。 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT）,装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、变换的准确性
霍尔电流传感器的种类及工作原理 1.简介 霍尔电流传感器可以分为很多种，如果按照原理可以分为开环霍尔电流传感器（Open Loop Hall Effect）和闭环霍尔电流传感器(Close Loop Hall Effect)。基于开环原理的电流传感器结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，但也有很多缺点，如温度影响大，精度低，反应时间不够快，频带宽度窄等。而闭环霍尔电流传感器等特点是精度高，响应快，频带宽，但同时也有缺点，即过载能力差，体积较大，工艺比较复杂，同时价格也偏高。 1原理图如下： 开环原理霍尔电流传感器示意图 闭环原理霍尔电流传感器示意图 2 霍尔电流传感器的工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。 1图片来自PAS 网站
2.1 电流传感 器的输出信号 2当原边导线经过电 流传感器时，原边电流IP 会产生磁力线，原边磁力 线集中在磁芯气隙周围， 内置在磁芯气隙中的霍尔 电片可产生和原边磁力线 成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS*NS= IP*NP。其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS —副边圈匝数；NP / NS—匝数比，一般取NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般小，只有10~400mA。如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2.2 电流传感器供电电压V A V A指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低。另外，传感器的供电电压V A又分为正极供电电压V A+和负极 供电电压V A-。要注意单相供电的传感器，其供电电压V Amin是双相供电电压V Amin 的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。 2.3 测量范围Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围 一般高于标准额定值I 。 2.4霍尔电流传感器工作原理 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。 直放式电流传感器（开环式）：当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以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，一般的额定输出标定为4V。 磁平衡式电流传感器（闭环式）：磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈，电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式： IS* NS= IP*NP。（其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。）磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip 2董高峰《浅析霍尔电流传感器的应用》
1、开环（直放式）霍尔电流传感器 当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件（如HG-302C）进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。一般的额定输出标定为4V。开环霍尔电流传感器的优点是结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。?一般开环电流传感器采用的霍尔是 HG-106A,HG-106C,HG-166A,HG-302A,HG-302C,HG-362A,SS495A,SS495A1。 2、闭环（磁平衡式）霍尔电流传感器 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件（如HW-300B,HW-302B）处于检测零磁通的工作状态。 当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件（HW-300B,HW-302B）就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不
霍尔电流传感器的应用 霍尔电流传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中以及新兴的太阳能、风能和地铁轨道信号、汽车电子等领域。 1、继电保护与测量： 在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。 2、在直流自动控制调速系统中的应用： 在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。 3、在逆变器中的应用： 在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接测和交流测的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。 4、在不间断电源中的应用： 在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用①霍尔电流传感器发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，②霍尔电流传感器发出的信号控制逆变器，③
霍尔电流传感器控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。 5、在电子点焊机中的应用： 在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。 6、用于电车斩波器的控制： 电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。 7、在交流变频调速电机中的应用： 用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。 8、用于电能管理： 霍尔电流传感器可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发
霍尔电流传感器电源消耗电流计算方案 霍尔电流传感器由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和无插入损耗等诸多优点，因而被广泛应用于变频器、逆变器、电源、电焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测的大电流、电压等各个领域中。霍尔传感器需用到直流电源供电才可正常工作，在做产品设计时需要考虑其功率消耗，本文基于传统的霍尔电流传感器，精确计算其电流消耗，并利用LTspice软件进行仿真，所推导的理论计算公式可为产品设计提供参考。 霍尔电流传感器工作原理 从工作原理上，霍尔电流传感器可以分为霍尔开环电流传感器和霍尔闭环电流传感器。 ●霍尔开环电流传感器 图1 霍尔开环电压传感器的工作原理 霍尔传感器的磁芯使用软磁材料，原边电流产生磁场通过磁芯聚磁，在磁芯切开一个均匀的切口，磁芯气隙处磁感应强度与原边电流成正比，霍尔元件两端感应到的霍尔电压的大小与原边电流及流过霍尔元件电流的乘积成正比，霍尔电压经过放大后作为传感器的输出。其输出关系式满足： VOUT=K*IP*IHall 其中K为固定的常数，其大小通常与磁芯的尺寸，材料性质，气隙开口的宽度，以及处理电路的放大倍数有关。 ●霍尔闭环电流传感器的工作原理： 闭环电流传感器在开环的基础上增加了反馈线圈，霍尔元件两端感应到的霍尔电流经过放大后控制后端的三极管电路产生补偿电流，补偿电路流过缠绕在磁芯上的线圈，产生的磁场与原边电流产生的磁场方向相反，当磁芯气隙处的磁场强度补偿为0时，传感器的输出满足IS=IP/KN,其中KN为补偿线圈的匝数。
图2 霍尔闭环电压传感器的工作原理 传感器的功耗计算 ●开环电流传感器的功耗计算 对于开环电流传感器，因为其输出信号为电压，所以其功耗相对较为稳定。通常霍尔电流传感器的电流设计为采用正负电源供电，其额定输出电压一般为几伏，一般不超过10伏。输出端对负载的要求一般为大于10KΩ，所以流过负载的电流一般小于1个mA。通常开环传感器的电流消耗小于15mA。电流消耗主要是霍尔元件消耗的电流，流入霍尔元件两端的电流通常要求小于20mA，LEM 的产品霍尔电流通常在10mA左右。另外在调压支路还有几mA的电流消耗。这样开环传感器的电流消耗可以维持在十几mA的水平内，通常说明书上标的都是不超过15mA。 ●闭环电流传感器的功耗计算 闭环传感器输出信号为电流，其功耗相对于开环传感器多很多，下面以LF 205-S为例来分析闭环电流传感器的电流消耗。 图3为LF 205-S的原理示意 图4为LF205-S原理图
霍尔电流传感器工作原理 1、直放式（开环）电流传感器（CS系列） 当原边电流I P流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S精确的反映原边电流I P。一般的额定输出标定为4V。 2、磁平衡式（闭环）电流传感器（CSM系列） 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。 3、霍尔电压（闭环）传感器（VSM系列）
霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原边电压VP通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流IS流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流IS精确的反映原边电压VP。 4、交流电流传感器（A-CS系列） 交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA（或4～20mA）的标准直流信号输出供各种系统使用。
霍尔电流传感器 霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集，广泛应用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制，具有响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强等优点。 1开环霍尔电流传感器 1.1.1型号说明 1.1.2技术指标
1.1.3开口式开环霍尔电流传感器1.1.3.1规格尺寸(mm) 1.1.3.2规格参数对照表
注:额定电流未标注表示输入电流交直流均可测量，订货时请注明。 1.2闭口式霍尔电流传感器 1.2.1规格尺寸
1.2.2规格参数对照表 注:额定电流未标注表示输入电流交直流均可测量，订货时请注明。 1.2.3接线方式 1.2.3.1霍尔开口/闭口式开环电流传感器 接线端子定义 1.2.3.2霍尔（真有效值）电流传感器 接线端子定义 2闭环霍尔电流传感器 闭环霍尔电流传感器又叫霍尔磁平衡式电流传感器，它是在上述原理的基础，加上了磁平衡原理，即集磁环将原边电流所产生的磁场聚集后，作用于霍尔元件，使其有电压信号输出，经放大输入到功率放大器，输出补偿电流流经次级补偿线圈。级次线圈产生的磁场与原边电流产生的磁场相反，因而补偿了原边
磁场，使霍尔输出逐渐减小，当原次级磁场相等时，补偿电流不再增大，这就是磁平衡原理。这种线路主要由磁电转换部分、放大电路部分及驱动补偿线路部分等组成。 2.1型号说明 2.2规格尺寸 2.2.1AHBC-LTA外形尺寸 2.2.2AHBC-LT1005外形尺寸 2.2.3规格参数对照表 注:输入电流交直流均可测量，订货时请注明。
霍尔电流传感器型号说明 １、前三个字母表示霍尔效应电流传感器分类：DCH表示开环，直放式霍尔效应电流传感器，输出多为电压（V）。DBC表示闭环，磁平衡霍尔效应电流传感器，输出多为电流（mA）;也有少部分转换成电压（V）输出。DVC表示闭环，霍尔效应电压传感器，输出形式同上。DDC表示直流小电流传感器，磁调制原理，输出形式同上。DZ表示转换器。 ２、中间数字表示上述传感器的额定值 电流传感器为安培（A），电压传感器为安匝（IT）或最高工作电压（V）。 一、后辍字母表示内孔及安装固定方式 矩形窗口（内孔），螺钉固定，插座输出，不加字母。圆形内孔用O表示，线路板安装用P表示。单电源用D表示。可拆卸结构用K表示。 二、特殊说明，用通用技术语言表示。 我公司大规格（２KA以上）霍尔电流传感器与国内外同类产品比较主要特点如下：１、磁路采用去剩磁技术措施，磁失调<0.05%。一般产品磁失调达百分级，已接触到国外公司产品也不例外。部分产品由于过载产生剩磁，可使产品报废。 ２、本产品对外磁场干扰，采用外磁场抵消法;双路磁路使干扰磁场相对抵消。而信号磁场设计在强磁场状态，外磁场比信号磁场弱，影响可忽略。 ３、电路采用双恒温措施，减少温漂，提高稳定度。 大型电流传感器采用多霍尔对称部局、强信号磁场，大大减轻了霍尔元件的不等位影响。 上述技术措施，本公司大型电流传感具有如下特点： （１）高准确度、高稳定性、高可靠性，可适用任何工作现场。在任何场所均能做到零点归零。实现稳定、可靠、准确的测量、控制。 我公司生产大电流直放式电流传感器，多年研究，性能优异。 （２）体积小、重量轻、结构紧凑、安装方便、不需要现场调试与目前的磁平衡电流传感器比较与相关产品性能比较：
浅谈霍尔电流传感器ACS785ACS712系列电流检测方式
浅谈霍尔电流传感器ACS785/ACS712系列电流检测方式 浅谈电流检测方式 一、检测电阻+运放 优势：成本低、精度较高、体积小 劣势：温漂较大，精密电阻的选择较难，无隔离效果。 分析： 这两种拓扑结构，都存在一定的风险性，低端检测电路易对地线造成干扰；高端检测，电阻与运放的选择要求高。检测电阻，成本低廉的一般精度较低，温漂大，而如果要选用精度高的，温漂小的，则需要用到合金电阻，成本将大大提高。运放成本低的，钳位电压低，而特殊工艺的，则成本上升很多。 二、电流互感器CT/电压互感器PT 在变压器理论中，一、二次电压比等于匝数比，电流比为匝数比的倒数。而CT 和PT 就是特殊的变压器。基本构造上，CT 的一次侧匝数少，二次侧匝数多，如果二次开路，则二次侧电压很高，会击穿绕阻和回路的绝缘，伤及设备和人身。PT 相反，一次侧匝数多，二次侧匝数少，如果二次短路，则二次侧电流很大，使回路发热，烧毁绕阻及负载回路电气。 CT,电流互感器，英文拼写Current Transformer，是将一次侧的大电流，按比例变为适合通过仪表或继电器使用的，额定电流为5A 或1A 的变换设备。它的工作原理和变压器相似。也称作TA 或LH（旧符号）. 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压回路串联，只取决于所在高压回路电流，而与二次负荷大小无关。 2、二次回路不允许开路，否则会产生危险的高电压，危及人身及设备安全。 3、CT 二次回路必须有一点直接接地，防止一、二次绕组绝缘击穿后产生对地高电压，但仅一点接地。 4、变换的准确性。 PT，电压互感器，英文拼写Phase voltage Transformers，是将一次侧的高电压按比例变为适合仪表或继电器使用的额定电压为100V 的变换设备。电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。也称作TV 或YH（旧符号）。 工作特点和要求： 1、一次绕组与高压电路并联。 2、二次绕组不允许短路（短路电流烧毁PT）,装有熔断器。 3、二次绕组有一点直接接地。 4、变换的准确性
简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
简单易懂的霍尔电流传感器使用原理及相关霍尔型号推荐 1、开环（直放式）霍尔电流传感器 当原边电流I P 流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件（如HG-302C） 进行测量并放大输出，其输出电压V S 精确的反映原边电流I P 。一般的额定输出标定为 4V。开环霍尔电流传感器的优点是结构简单，可靠性好，过载能力强，体积较小，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。一般开环电流传感器采用的霍尔是HG-106A,HG-106C,HG-166A,HG-302A,HG-302C,HG-362A,SS495A,SS495A1。 2、闭环（磁平衡式）霍尔电流传感器 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件（如HW-300B, HW-302B）处于检测零磁通的工作状态。 当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与 Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件（HW-300B,HW-302B）就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，是一个动态平衡的过程。因此，宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。一般来说闭环式电流传感器比开环电流传感器的精度更高，闭环霍尔电流传感器等特点是精度高，响应快，频带宽。闭环式霍尔电流传感器由于工作在零磁通状态，磁芯的非线性及磁滞效应不对输出造成影响，可以获得较好的线性度和较高的精度。闭环式霍尔电流传感器精度一般可达%。 闭环霍尔电流传感器一般采用的霍尔是HW-300B,HW-302B,HW-322B。
1、直放式(开环)电流传感器(CS系列) 当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。 2、磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列) 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，
这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。 3、霍尔电压(闭环)传感器(VSM系列) 霍尔电压传感器的工作原理与闭环式电流传感器相似，也是以磁平衡方式工作的。原边电压VP通过限流电阻Ri产生电流，流过原边线圈产生磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流IS流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流IS精确的反映原边电压VP。 4、交流电流传感器(A-CS系列) 交流电流传感器主要测量交流信号灯电流。是将霍尔感应出的交流信号经过AC-DC及其他转换，变为0～4V、0～20mA(或4～20mA)的标准直流信号输出供各种系统使用。