霍爾電流傳感器基礎

時間：2022-09-28作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：216

霍爾電流傳感器基礎

動力電池組作為新能源電動汽車上單獨的功能電氣設備模塊，必須具有完整的控制和維護功能，需要定期向車輛控制器報告工作情況、電流工作電壓等基本電路參數(shù)測量。實施電流測量，關鍵是收集控制電路的總電流。電池組電氣控制系統(tǒng)周圍神經的每個鋰電池都不能準確掌握實際工作中的電流。電流測量的常見傳感器是分路器，另一種是霍爾電流傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅鲗儆谝环N利用電磁感應特性檢測電流的傳感器。
1磁電流傳感器分類原理

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磁電流傳感器種類繁多，按基本原理可分為：羅式傳感器（Rogowski）電磁線圈、電流電壓互感器、分路器、巨磁電效用（GMR），巨磁特性阻抗（GMI）各種各樣（AMR），光學效應，霍爾效應。
Rogowski線圈測量電流的原理是電流的磁效應和皮安環(huán)城路的基本定律，又稱電流測量電磁線圈或微分電流傳感器，如圖所示。根據電磁線圈中磁感應電流數(shù)據信號與線圈額電流彈性系數(shù)匹配的顧慮，一次電路電流值按積分恢復。這是一種測量通信交流電流的方法。
Rogowski線圈沒有永磁材料，因此沒有渦流損耗效應和磁飽和。測量范圍從數(shù)皮安到數(shù)千皮安，結構緊湊。測量控制電路與待測電流本身無直接關聯(lián)，具有測量覆蓋面廣、精度高、可靠性高、響應頻率范圍廣的特點?？捎糜跍y量通信通信、直流電和臨時電流，用于繼電保護裝置、硅整流、交流電機調速等場所。
電流電壓互感器是用于測量、維護和監(jiān)督電氣設備的主要部件，廣泛應用于供電系統(tǒng)中。電流電壓互感器的穩(wěn)定性非常接近所有綜合安全操作。
電流電壓互感器的原理圖如圖所示。根據設計方案，原側與副側繞組線圈匝數(shù)的關聯(lián)，原側電流系數(shù)的尺寸反映在副側磁感應電流系數(shù)的尺寸上。由于電流電壓互感器的特點，二次負載阻抗不大，接近零，對外部電源的規(guī)定相對較低。這是一種常見的通信測量方法。精度高，技術成熟，制造方便，能滿足一般測量規(guī)定。
分路器測量電流的原理是焦耳定律，即直流電流由待測電流電路板上串聯(lián)電阻兩端的工作電壓測量。
它結構簡單，使用方便。在低頻小電流測量中，精度高，響應時間快，在電流測量中偏差很大。由于分路器的原材料一般是銅鋁合金，為了準確測量，導體電阻不適合太小，但大電流也會產生大量的歐洲母熱；如果導體電阻降低，則必須提高分路器尺寸、精度和制造成本。一般分路器較適合小電流測量，實際圖如圖所示。
各種磁電阻器(通稱磁電阻器(通稱磁電阻器)AMR）電流傳感器，光敏電阻器的原材料是坡莫合金。鐵磁材料具有一個特殊的特點，鐵磁材料的電阻隨著自身矯頑力和電流方向角度的變化而變化。當外部磁場增加到鐵磁質量時，鐵磁材料的長度和方向增加了垂直于磁場的電流。鐵磁材料本身電阻值的變化可轉化為元件DC電壓的變化。如圖所示。各種磁電阻，靈敏度高，對平行磁場反應快，主要用于伺服控制系統(tǒng)、調速傳動系統(tǒng)、負載電流維護等行業(yè)。
AMR磁電電流傳感器原理

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巨磁電阻效應（GMR），與AMR效用對比，GMR效用具有更多的磁電阻彈性系數(shù)。當永磁材料的電阻在外磁場效應時，它比沒有外磁場效應時發(fā)生了巨大的變化。這種情況在坡莫合金和鐵磁體中非常明顯。這種電流檢測方法，只是從本質上描述，情況和**“各種磁電阻器”它非常相似，但實際的結構類型非常不同。巨磁電元件對薄弱磁場較敏感，能準確測量直流和交流電流，具有規(guī)格小、響應頻率寬、無殘留磁場等特點，但加工工藝復雜，成本高。主要用于測量高精度小電流。
光纖線電流傳感器都是基于法拉*效應來測試電流大小的小傳感器。根據測量微波通過磁光數(shù)據時，光的偏振面由于電流而產生磁場效應和旋轉方向大小，從而決定電流大小。光纖線電流傳感器廣泛應用于供電系統(tǒng)中電流的測量，具有體積小、質量輕、測量網絡帶寬、精度高、無飽和、抗電磁能力強等特點。
霍爾傳感器分類及基本原理
閉環(huán)霍爾電流傳感器的特環(huán)霍爾電流傳感器具有較好的特性，可以測量隨機波型的電流圈和副線圈之間必須隔離電氣。電氣設備測量范圍廣，響應時間短，可用于交流和直流電源測量。
2.1霍爾效應
霍爾效應是指一些小電流應用的半導體材料放置在磁場中，受磁場效應影響的電流偏移，控制電流垂直方向的半導體材料兩側形成電壓差，即霍爾工作電壓?；魻柕墓ぷ麟妷号c磁場強度半導體材料中應用的操作電流正相關。
根據霍爾工作電壓與磁場強度的正比關系，設計方案設備給出相對穩(wěn)定的控制電流，因此霍爾電流的大小只受到磁場抗壓強度的限制，因此霍爾工作電壓的變化可以反映磁場抗壓強度的變化。磁場由相應的電流產生，與電流有明顯的聯(lián)動關系。這是通過霍爾元件測量電流抗壓強度的原理。
2.2霍爾電流傳感器的具體應用類型
1)直接檢查霍爾電流傳感器又稱開環(huán)霍爾電流傳感器，直接放置霍爾電流傳感器
例如，當快遞在長輸電線路中通過電流時，輸電線路周圍會出現(xiàn)磁場，小與輸電線路的電流正相關。利用薄半導體材料片的霍爾效應，測量霍爾元件磁感應產生的電壓信號，通過放大電路增加霍爾工作電壓，可以直接測量霍爾工作電壓。直接檢查霍爾電流傳感器具有線路簡單、成本低、能效高、檢查覆蓋面廣、能耗差等優(yōu)點。；主要缺點是精度低、線性弱、響應速度慢、溫漂大。
2)磁平衡霍爾電流傳感器，又稱閉環(huán)霍爾電流傳感器、零磁通量霍爾電流傳感器、零磁通量電壓互感器
磁平衡霍爾電流傳感器是根據磁場平衡原理工作的。原側電流在聚磁芯處形成的磁場導致霍爾元件上的電壓偏差；電壓信號傳輸?shù)椒糯笃骱?，通過放大的電流數(shù)據信號傳輸?shù)匠跫壘€圈(下圖中的紅色繞組)，在初級線圈上磁感應電流形成的磁場，方位與原側磁場相反。通過不斷調整放大器的電壓，原側產生的磁場與初級線圈產生的磁場在磁密處相互抵抗，使半導體材料片處于零磁通量環(huán)境中。達到這種穩(wěn)定狀態(tài)后，檢查放大器的導出電流，計算原側控制電路的電流值。磁平衡霍爾電流傳感器具有精度高、響應時間快、溫漂小、線性好、抗干擾性強等優(yōu)點。主要缺點是測量范圍固定、成本高、能耗高。
2.開環(huán)霍爾和閉環(huán)霍爾的比較

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1)網絡帶寬不同，磁密度磁場一直在零磁通量周圍變化，因為磁場波動特別小，波動范圍小，變化頻率快，閉環(huán)霍爾電流傳感器響應時間快。具體的閉環(huán)霍爾電流傳感器網絡帶寬一般可達100kHz上面。開環(huán)霍爾電流傳感器的網絡帶寬一般較窄，網絡帶寬為3kHz上下。
2)精度不同。開環(huán)霍爾電流傳感器的副側損傷與磁心磁密度處的磁場強度正相關，而磁心由高導磁材料制成。離散系統(tǒng)和渦流損耗效應是所有高導磁材料的特點。因此，開環(huán)霍爾電流傳感器的線性角差一般不同，副側導出在原邊數(shù)據信號持續(xù)上升和下降過程中會有所不同。開環(huán)霍爾電流傳感器的精度一般**1%。由于閉環(huán)霍爾電流傳感器堅持零磁通量，影響磁心的較佳控制和渦流損耗效用的錯誤導出，將獲得較好的線性和相對較高的精度。閉環(huán)霍爾電流傳感器的精度一般可達0.2%。
3)開環(huán)霍爾和閉環(huán)霍爾都有磁飽和問題，開環(huán)問題較立即。當原電流過大時，磁場抗壓強度**過磁化曲線的正常工作范圍，也會發(fā)生磁飽和；閉環(huán)霍爾在零磁場下工作，但在異常情況下會出現(xiàn)磁飽和。簡單地說，當副電磁線圈沒有電源系統(tǒng)或原電流過大時，就會出現(xiàn)磁飽和。
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• 霍爾傳感器應用范圍

  功能：霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。?應用范圍：適用于電流監(jiān)控及電池應用、逆變電源及太陽能電源管理系統(tǒng)、直流屏及直流馬達驅動、電鍍、焊接應用、變頻器，UPS伺服控制等系統(tǒng)電流信號采集和反饋控

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