霍尔电流传感器的工作原理及应用解析

1. 引言

随着经济改革的不断深入，节能降耗已经成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一，而变频调速技术正是顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个全新的智能电机时代。目前，该技术在电力、冶金、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用，已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。用变频器控制电机实现调速，可节省10%以上的电能。

霍尔电流传感器由于其优异的特性，越来越多的变频器制造商选择它作为电量监控的元器件。

2. 工作原理

霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。它有两种工作方式，即开环（直放式）和闭环（磁平衡式）。直放式霍尔传感器的优点是电路形式简单，成本相对较低；其缺点是精度、线性度较差，响应时间较慢，温度漂移较大。为了克服它的不足，出现了闭环（磁平衡式）霍尔电流传感器。

闭环式霍尔电流传感器又称零磁通式霍尔电流传感器，如图1所示，它是由原边电路、聚磁环、霍尔元件次级线圈、放大器等组成。当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

图1

3. 产品介绍

3.1产品选型

闭环霍尔电流传感器具有响应时间短、工作频率高、过载能力强、高隔离度等众多优点。一般情况下，根据输入信号、外形、内孔尺寸来选择霍尔电流传感器。在传感器行业内，江苏安科瑞霍尔电流传感器严格按照JB/T 7490-2007《霍尔电流互感器行业标准》规定的各项要求，相对于同行采用插针式接线不同，一律采用绿色可插拔端子，现场接线方便、可靠。常见的品牌产品如表1。

3.2产品外形

型号：AHBC-LTA

3.3技术指标

响应时间：≤1us

频宽：100kHz

失调电流：0.1mA

工作温度：-25～70℃

存储温度：-40～80℃

输出负载：根据不同辅助电源、输入信号、输出信号而定

输入过载能力：输入量程最大值2倍可恢复正常工作

耐压：3.5kV/50Hz/1min

4. 应用

4.1 传感器应用在变频调速回路

图2 变频调速回路 Y为霍尔电流传感器

图2中①用于检测母线的直流电流，当检测出主回路中出现异常脉冲，或有效值超出标准时，迅速切断逆变触发电路的触发脉冲，保护逆变和整流模块；

图2中②用于检测两桥臂的中的电流差，由于换相失败很容易使一相中上下两桥臂中的IBGT模块因过流而损坏，此时要求短路电流保护在短路检出后10us内切断门驱动电路，这种逆变器必须采用快速过电流保护装置，可以用霍尔电流传感器检测每个桥臂中的电流，若因换相失败造成上下桥臂同时导电，则相应的两个传感器同时检出电流信号，经与基准电压比较转换成方波后，通过门电路控制封锁所有的逆变触发脉冲，切断短路途径，保护昂贵的IBGT模块；

图2中③用于检测输出电流的波形，接入逆变器的输出回路中，用来检测随频率变化的交流电流，可以更好地控制触发脉冲，也可以提供用电设备的过载信号

4.2 使用注意事项

1、为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径；

2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度（故使用时要先接通电源和测量端M），发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通过同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值；

3、在大多数场合，霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力，一般在距离模块5-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的，但当有更强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：

① 调整模块方向，使外磁场对模块的影响最小；

② 在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩；

③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块；

④ 测量的最佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得最佳精度，原边可使用多匝，即：IpNp=额定安匝数。另外，原边馈线温度不应超过８０℃。

5. 结束语

霍尔电流传感器因其众多优点，通过对大电流进行精确的检测和控制，保证了变频器产品安全可靠的运行，使变频器在正常输出的同时，能对异常状况及时处理。提升了变频器的可靠性，提高了变频器的安全品质。所以霍尔电流传感器在变频器里的优势越来越明显，已成为变频器行业中不可缺少的一部分。
责任编辑；zl