导语：近年来，新一代功率半导体器件大量进入电力电子、交流变频调速、逆变装置及开关电源等领域。 1 引言 近年来，新一代功率半导体器件大量进入电力电子、交流变频调速、逆变装置及开关电源等领域。原有的电流检测元件已不适应中高频、高di/dt电流波形的传递和检测。霍尔电流传感器是近十几年发展起来的测量控制电流的新一代工业用传感器，是一种新型的高性能电气检测元件。 霍尔电流由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等诸多优点，因而被广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机监测系统、电网监控系统和需要隔离检测大电流、电压的各个领域中。在电力电子产品中，对大电流进行精确的检测和控制也是产品安全可靠运行的根本保证。 2 霍尔传感器的性能特点 霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足（互感器只适用于50Hz工频测量；分流器无法进行隔离测量）。 利用同一只霍尔电流传感器既可以检测交流也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，因而是替代互感器和分流器的新一代产品。霍尔电流传感器具如下特点： 可测量任意波形的电流。霍尔电流传感器可以测量任意波形的电流参量，如直流、交流和脉冲波形等。也可以对瞬态峰值参数进行测量，其副边电路可以忠实地反映原边电流的波形。 这一点普通互感器无法与其相比，因为普通的互感器一般只适用于50Hz的正弦波； 精度高。一般的霍尔电流传感器在工作区域内的精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量，而普通 互感器精度一般为3%～5%，且只适合于50Hz的正弦波形；线性度优于0.5%；动态性能好。一般霍尔传感器动态响应时间小于7μs，跟踪速度di/dt高于50A/μs； 霍尔电流传感器以其优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础（无感元件）。一般普通互感器的动态响应时间为10～20μs，这显然已不适应工业控制系统发展的需要（感性元件）工作频带宽。可在0～20kHz频率范围内很好地工作；过载能力强，测量范围大（0～±10000A）可靠性高，平均无故障工作大于5×10000小时；尺寸小，重量轻，易于安装且不会给系统带来任何损失。 3 霍尔传感器的工作原理 霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。 3.1 直放式电流传感器（开环式） 众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比， 它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。 3.2 磁平衡式电流传感器（闭环式） 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿， 从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上， 所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。 这一电流再通过多匝绕组产生磁场 ，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场， 使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘 所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用 ，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。 一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。 4 霍尔传感器的连接方式 电流传感器只需外接正负直流电源，被测电流母线一般从传感器中穿过或接于原边端子，然后在副边端再作一些简单的连接即可完成主控制电路的隔离检测，电路设计非常简单。 若与变送器配合使用，经A/D转换后，可方便地与计算机或各种仪表接口，并可以进行长距离传输。 5 霍尔电流传感器的应用 电流传感器在逆变焊机中的应用 霍尔电流传感器在直流检测中同样具有电隔离作用，在直流输出的电力电子设备中，可以利用霍尔电流传感器测得与主电路隔离的直流测量信号、短路保护和显示控制，还可用于电流反馈和稳流调节。 6 使用注意事项 使用霍尔传感器时，应注意以下几点： （1）使用传感器时，应先接通副边电源，再接通原边电流或电压。 （2）测量电流时，最好用单根导线充满模块孔径，以获得最佳动态特性和灵敏度。
