多维度升级的霍尔电流传感，用高精度测量提升系统效率

电子发烧友网报道（文/李宁远）从霍尔开关，速度霍尔，电流霍尔，到线性/角度霍尔，3D霍尔，各类霍尔传感以霍尔效应为基础，测量被测参数，灵敏性足够的同时稳定性也很可靠。现阶段，霍尔传感器已经由传统的单个霍尔元件阶段发展到集成电路阶段，广泛应用于汽车工业、自动化、信息处理等各个领域。
 
电流传感，常见、基础却又非常重要的一类传感。霍尔电流传感，可以说是最经典的一类电流传感器。基于霍尔效应，霍尔电流传感将大电流转换成同频同相的小电流方便测量或者隔离。
 
磁性电流传感解析
 
磁性电流感应有几种不同的类型，首先是基于直放式模块的感应，通常利用磁性环面或其他几何形状来集中由载流导体产生的磁场，这些系统需要进行高度的磁性设计。接下来，是环境磁电流感应，也叫磁平衡式感应，利用由PCB迹线、母线或其他导体产生的环境空气场来感测电流，这需要使用线性霍尔或其他磁传感器在固定的机械距离内完成，这种类型的感应方案也可以利用磁性集中器或屏蔽层来提高信号水平或减少杂散场的影响。
 
第三种类型就是霍尔效应的磁电流感应，该技术是在封装的传感器IC内部测量电流通过引线框产生的磁场。在霍尔效应的磁性电流传感中，要测量的电流会通过一个低阻抗的引线框架流过封装好的传感设备。电流通过这么一个特定形状的引线框架，产生一个集中的磁场，霍尔元件就放置在该磁场的上方，这个磁场与电流成正比。
 
这个引线框架被分成高压隔离侧和低压侧，传感器装配在承载电流的引线框高压侧上方，因此引线框与传感器之间是没有电气连接的。传感器和载流导体之间的垂直间距提供了一个电屏障，为设备提供了隔离能力。
 
不论是开环电流传感器还是闭环电流传感器，其基本的性能并没有太大差异，主要看能不能做到高精度低漂移，这一点市面上各种类型的电流传感都还不错。霍尔电流磁传感的突出之处在于其隔离式的采样能够带来很多附加价值。
 
比如要检测带有过电流保护的隔离高压交流和直流电源。霍尔电流磁传感在这种应用里不需要任何热侧组件，并且可以直接感知交流/直流信号，这对系统设计非常有吸引力。
 
另一方面，基于霍尔效应的隔离电流传感器一直以来都在高压系统的电流检测当中扮演重要的角色。
 
霍尔磁电流传感，让系统性能进一步提升
 
随着自动化和智能化趋势的蔓延，电动车、工业自动化等领域的升级推动了市场对高压功率系统的需求，这些功率系统的效率和性能的要求也是越来越严苛。如何高效、精确地控制、监测和保护这些需要长时间运转的系统并不容易，隔离电流检测又是其中最重要的一环。
 
电机控制系统是这种趋势里非常典型的一类系统，为了精确控制电机扭矩、转速等参数，电机控制算法需要实时并准确地获得电机相电流的信息。霍尔电流磁传感就非常适合于在线脉宽调制（PWM）电流传感，也就是在无刷直流电机控制电路中使用，因为BLDC系统会在高电压之间快速切换，霍尔电流磁传感的高共模排斥比和高共模瞬态免疫（CMTI）能够保证设备准确地运行。
 

（图源：MPS）

 
霍尔电流磁传感很适合这种系统，需要注意的点在于温漂，目前常见的做法是为传感做温度补偿和多点校准。另一方面，霍尔电流磁传感的热性能很依赖于其PCB布局和整体系统环境设计。所以除了温漂，现在霍尔电流磁传感也通过提升隔离等级、采用高精度信号链设计进一步提升性能，这也提高了霍尔电流磁传感的性价比。
 
性价比一直是传统的隔离电流检测的痛点，要么不加分立元件，成本有优势但不一定测得准，要么加分立元件，测得准但是成本上升。现在霍尔电流传感多维度的升级很好地解决了这一痛点。
 
小结
 
在高压自动化系统、功率系统以及分布式传感领域，霍尔电流磁传感的这种升级不仅提供了高精度的电流测量，也大大提高了整个系统的可靠性，对整个系统效率的提升大有意义。