霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾原理制成的.它有兩種工作方式,即磁平衡式和直式.霍爾電流傳感器一般由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、(次級(jí)線圈)和放大電路等組成.

1 直放式電流傳感器(開環(huán)式)

眾所周知,當(dāng)電流通過一根長(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)的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比,它可以通過磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號(hào)輸出.這一信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后直接輸出,一般的額定輸出標(biāo)定為 4V.

2 磁平衡式電流傳感器(閉環(huán)式)

磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器,即主回路被測(cè)電流 Ip 在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過一個(gè)次級(jí)線圈,電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償, 從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。

磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為:當(dāng)主回路有一電流通過時(shí),在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(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)相應(yīng)的功率管并使其導(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)償了原來的磁場(chǎng), 使霍爾器件的輸出逐漸減小.當(dāng)與 IH 與匝數(shù)相乘 與“原邊電流與匝數(shù)相乘”所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí), IH 不再增加,這時(shí)的霍爾器件起指示零磁通的作用, 此時(shí)可以通過IH 來平衡.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 IH 流過次級(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)平衡的過程。

工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理.

一、以零磁通閉環(huán)產(chǎn)品原理為例:

1、當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時(shí)，原邊電流 IP 會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流 IS，并存在以下關(guān)系式： IS* NS= IP*NP 其中，IS—副邊電流；IP—原邊電流；NP—原邊線圈匝數(shù)；NS—副邊線圈匝數(shù)；

NP/NS—匝數(shù)比，一般取 NP=1。

電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流 IS，它與輸入信號(hào)（原邊電流 IP）成正比， IS 一般很小，只有 10~400mA。如果輸出電流經(jīng)過測(cè)量電阻 RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。

2、傳感器供電電壓 VA

VA 指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低，另外，傳感器的供電電壓 VA 又分為正極供電電壓 VA+和負(fù)極供電電壓 VA-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓 VAmin 是雙相供電電壓 VAmin 的 2 倍，所以其測(cè)量范圍要相供高于雙電的傳感器。

3、測(cè)量范圍 Ipmax

測(cè)量范圍指電流傳感器可測(cè)量的最大電流值，測(cè)量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值 IPN。二、電流傳感器主要特性參數(shù)1、標(biāo)準(zhǔn)額定值 IPN 和額定輸出電流 ISN

IPN 指電流傳感器所能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)額定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN 的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。 ISN 指電流傳感器額定輸出電流，一般為 10~400mA，當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)具體可能會(huì)有所不同。

2、 偏移電流 ISO

偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)，在 25℃，IP=0 時(shí)的情況下，偏移電流已調(diào)至最小，但傳感器在離開生產(chǎn)線時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。產(chǎn)品技術(shù)文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。

3、 線性度

線性度決定了傳感器輸出信號(hào)（副邊電流 IS）與輸入信號(hào)（原邊電流 IP）在測(cè)量范圍內(nèi)成正比的程度。

4、 溫度漂移

偏移電流 ISO 是在 25℃時(shí)計(jì)算出來的，當(dāng)霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時(shí)，ISO 會(huì)產(chǎn)生變化。因此，考慮偏移電流 ISO 的最大變化是很重要的，其中，IOT 是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。5、 過載電流傳感器的過載能力是指發(fā)生電流過載時(shí)，在測(cè)量范圍之外，原邊電流仍會(huì)增加，而且過載電

流的持續(xù)時(shí)間可能很短，而過載值有可能超過傳感器的允許值，過載電流值傳感器一般測(cè)量不出來，但不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。

5、 精度

霍爾效應(yīng)傳感器的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)額定電流 IPN。在+25℃時(shí)，傳感器測(cè)量精度與原邊電流有一定影響，同時(shí)評(píng)定傳感器精度時(shí)還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。