霍爾器件是一種采用半導體材料制成的磁電轉換器件，霍爾電流傳感器包括開環(huán)式和閉環(huán)式兩種，高精度的霍爾電流傳感器大多屬于閉環(huán)式，閉環(huán)式霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理。今天小編就來為大家介紹一下霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用。

霍爾電流傳感器工作原理

1、直放式(開環(huán))電流傳感器(CS系列)

圖1.開環(huán)霍爾電流傳感器原理

當原邊電流IP流過一根長導線時，在導線周圍將產(chǎn)生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，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。一般的額定輸出標定為4V。

2、磁平衡式(閉環(huán))電流傳感器(CSM系列)

圖2. 閉環(huán)式霍爾電流傳感器_磁平衡式霍爾電流傳感器原理

磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，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)生的磁場進行補償，其補償電流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：當主回路有一電流通過時，在導線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流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，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與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Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復上述過程重新達到平衡。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，立即就有相應的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。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。

霍爾電流傳感器測量方法

1、原邊導線應放置于傳感器內(nèi)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(nèi)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(nèi)孔中心繞十圈(一般情況，NP=1;在內(nèi)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);

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。

霍爾電流傳感器應用

近年來，自動化系統(tǒng)中大量使用大功率晶體管、整流器和可控硅，普遍采用交流變頻調(diào)速及脈寬調(diào)制電路，使得電路中不再只是傳統(tǒng)的50周的正弦波，出現(xiàn)了各種不同的波形。對于這類電路，采用傳統(tǒng)的測量方法不能反應其真實波形，而且電流、電壓檢出元件也不適應中高頻、高di/dt電流波形的傳感和檢測。

霍爾效應傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。針對霍爾效應傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，采用補償電路進行控制，有效地減少了溫度對測量精度的影響，確保測量準確;具有精度高、安裝方便、售價低的特點。

霍爾效應傳感器廣泛應用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數(shù)控機床、電解電鍍、微機監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)測等需要隔離檢測電流電壓的設施中。

通過霍爾電流傳感器工作原理、測量方法及應用的講解，相信大家對霍爾電流傳感器應該有所了解了。霍爾電流傳感器尤其是閉環(huán)式霍爾電流傳感器因其寬頻帶、交直流兩用、不易磁飽和等特點，在工業(yè)測控領域得到了廣泛的應用。