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。霍爾電勢(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)。