什么是霍尔电流传感器

霍尔电流传感器

霍尔电流传感器的结构如图35 所示。用一环形导磁材料作成磁芯，套在被测电流流过的导线上，将导线中电流感生的磁场聚集起来，在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔线性器件，器件通电后，便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。图35（a）所示的传感器用于测量电流强度较小的电流，图35(b)所示的传感器用于检测较大的电流。
实际的霍尔电流传感器有两种构成形式，即直接测量式和零磁通式。

图35 霍尔电流传感器的构成原理

直接测量式霍尔电流传感器
将图35 中霍尔器件的输出（必要时可进行放大）送到经校准的显示器上，即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中，霍尔器件是磁场检测器，它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后，磁芯可能达到饱和；随着频率升高，磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然，也可采取一些改进措施来降低这些影响，例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料；制成多层磁芯；采用多个霍尔元件来进行检测等等。
这类霍尔电流传感器的价格也相对便宜，使用非常方便，已得到极为广泛的应用，国内外已有许多厂
家生产。

零磁通式（也称为磁平衡式或反馈补偿式）霍尔电流传感器
如图36 所示，将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，若满足条件IoN1=IsN2，则磁芯中的磁通为0，这时下式成立：Io=Is(N2/N1)(5)

式中，I1 为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1 为初级绕组的匝数，I2 为补偿绕组中的电流，N2为补偿绕组的匝数。由式（5）可知，达到磁平衡时，即可由Is 及匝数比N2/N1 得到Io。

图36 霍尔零磁通电流传感器

图37 霍尔电流传感器在继电保护与测量中的应用
（H 为霍尔电流传感器）
这个平衡过程是自动建立的，是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时，霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低（理想状态应为0），不会使磁芯饱和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。恰当地选择磁芯材料和线路元件，可做出性能优良的零磁通电流传感器。
在霍尔电流传感器的输出电路中接上恰当的负载电阻器，即可构成霍尔电压传感器。
霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的"无电位"检测。即测量电路不必接入被测电路即可实现电流检测，它们靠磁场进行耦合。因此，检测电路的输入、输出电路是完全电隔离的。检测过程中，被测电路的状态不受检测电路的影响，检测电路也不受被检电路的景响。
霍尔电流传感器可以检测从直流到100kHz（通过仔细的设计和制作，甚至可以达到MHz 级）的各种
波形的电流，响应时间可短到1μs 以下。

由于这些优点，霍尔电流传感器得到了极其广泛的应用。3 杵2杵12 霍尔电流传感器的应用
3杵2 杵12杵1 继电保护与测量
如图37 所示，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，经三只霍尔电流传感器H（图中只画
出B 相的一只），按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，送微机进行测量或处理。使用霍尔电流传感器很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。3杵2 杵12杵2 在直流自动控制调速系统中的应用
在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对
转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护，其应用线路如图38所示。

图3 在直流控制中的应用

 霍尔元件及其应用