摘要：跟着电力电子技能的开展,现有检出和丈量电流的元件(如分流器、电流互感器)已不能满意中、高频、高di/dt、宽频谱(包括直流重量)电流波形的传递。二霍尔电流传感器是现在补偿这一空缺的首要电流检测元件。
如图2所示的片状半导体(霍尔元件),有一对电流端子和一对电压端子,从电流端子通入稳定直流电流I,并将此霍尔元件置于如图所示的磁场中,则霍尔元件中的电荷将遭到洛仑兹力的效果,正负电荷将别离偏移到有电压端子的两边,所以在霍尔元件内部构成电场,当霍尔元件内部电荷遭到的电场力和洛仑兹力相平衡时,电压端子两边积累的电荷数量也稳定下来,在两个电压端子间构成电势,此即霍尔电势。霍尔电势UH的数值与稳定直流I和外磁场强度H相关
式中R为霍尔常数,与半导体资料性质和载流子浓度有关,d是霍尔元件的厚度。霍尔元件制成后,d和R均为常数.稳定直流I受霍尔元件作业温度的约束,也有规则的数值,因而霍尔电势UH仅与H成正比。
运用载流体周围的磁场H,效果在霍尔元件上发生相应的霍尔电势U,,即按份额反映了载流体中电流的数值。
用图2所示结构的一磁路,将载流体周围的磁通会集穿过霍尔元件,一起霍尔元件电流端子通以规则的直流I。一则霍尔元件电压端上就会发生霍尔电势,将此电势扩大后输入磁芯的补偿线圈,当补偿线圈发生的磁通彻底补偿被测电流发生的磁通时,补偿线圈的电流按份额反映了被测电流的数值。图中被测电流为I,原边的安匝数为I*l安匝,设补偿线圈为N匝。补偿电流为I。,则在安匝数平衡时
明显U。与被测电流I成正比,只需测得U。即可换算得I,此即霍尔电流传感器的作业原理
(1)传感器输入与输出间和一般电流互感器相同具有杰出的电阻隔,绝缘耐压优于3kV;
( 2)传感器是个大闭环体系,所以可以不失线kHz频带内的任何波形电流。图3显现了用霍尔电流传感器传递的电流脉冲波形。图中下面的波形是被测电流,幅值32A,宽度100us,上升沿陡度成≤0.6us,重复频率10Hz,单向电流脉冲。图中下面的波形是传感器输出电压,输出呼应＜1us，
(3)由于是补偿式丈量,所以具有杰出的精确度(±1%)和线%*额定电流)。
(4)传感器磁路几乎是零磁通作业,动态变化时又是快速补偿,所以传感器是无电理性的元件。
运用分流器存在的较多问题是输入与输出之间没有电阻隔。此外,用分流器检测高频或大电流时,不可避免地带有电理性,因而分流器的接入既影响被测电流波形,也不能实在传递非正弦波形。
电流互感器在规则的作业频率下有较高的精确度,可是它能习惯的频率规模很窄,特别不能传递直流二此外,电流互感器作业时存在激磁电流,所以它是电理性元件,存在和分流器相同的缺陷。
霍尔电流传感器的接线v稳压直流电源,M端外接取样电阻(阻值由传感器量程决议,一般为数十欧姆)。
霍尔电流传感器外壳印有表明原边被测电流正方向的箭头。当原边被测电流按箭头方向活动时，传感器M端输出正电压，反之输出负电压。
例:50A霍尔电流传感器补偿线匝,规则M端外接取样电阻为90Ω。该传感器原边较大可测沟通电流50A(方均根值),或直流电流±35A(50A/√2=5A)若用此传感器测较大为10A沟通电流,原边单匝穿过传感器,则被测电流到达10A时,传感器M端输出电压可根据原边安匝数与补偿线圈安匝数平衡的准则核算
电力电子电路中的电流往往有很大的di/dt、非正弦、直流成分等,要实在地检出这种电流波形,霍尔元件是现在恰当的元件。
运用霍尔电流传感器作业频带宽的特色,可用于检测非正弦电流供谐波剖析,峰值丈量等。
例1跟着电力电子设备单机容量的进步,设备从电网中汲取的电流谐波也增大,可用图5办法检测沟通进线电流中的谐波。
例2运用PWM(脉冲宽度调制)操控,以改进电力电子设备输入或输出电流波形的技能已得到广泛运用,要剖析细微的电流波形畸变,现在唯有运用高保真度的霍尔电流传感器检出波形,办法与图5同。
例3在点焊、脉冲电镀等设备中,可以用霍尔电流传感器检出电流波形,用峰值电压表丈量传感器输出电压,然后换算出被测峰值电流。
例4运用霍尔传感器的无电感特性丈量电力电子线路中的di/dt,不会因接入传感器而改动原有的di/dt值。
霍尔电流传感器的快速呼应,适合于电力电子设备的过电流或短路维护电路中检测电流信号,完成快速维护。
例5在电压型逆变器(如图6)中,由于换相失利很简略使一相中上下两个桥臂中的半导体器材因过电流而损坏,这种逆变器有必要选用快速过电流维护。
可以用霍尔电流传感器检测每个侨臂中半导体器材的电流,如图6。若因换相失利形成T1T4一起导电,则相应的两个传感器一起检出电流信号,经电压比较器转化成方波后,使“与”门的两个输入都为“1”,因而“与”门输出“l”。以此封闭一切的逆变触发脉冲,以堵截短路途径。
这种办法的长处是:(1)只需T1T4一起存在极小的电流,维护当即动作,由于维护动作早,T1T4不会饱尝大电流;(2)维护动作速度快。由于霍尔电流传感器是无电理性的元件,因而T1T4关断时它不会发生过电压,所以RC吸收电路的规划不用顾忌传感器的影响。
例6在输出直流的电力电子设备中,可以用霍尔电流传感器获取有电离的直流电流信号,用于电流反应,截流操控,稳流调理,直流侧过流、短路维护等。
霍尔电流传感器首要适用于沟通、直流、脉冲等杂乱信号的阻隔转化，经过霍尔效应原理使改换后的信号可以直接被AD、DSP、PLC、二次外表等各种收集设备直接收集和承受，呼应时刻快，电流丈量规模宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。适用于电流监控及电池运用、逆变电源及太阳能电源办理体系、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接运用、变频器，UPS伺服操控等体系电流信号收集和反应操控。
根据霍尔传感器具有结构简略、体积小、运用寿命长、运用方便、灵敏度高级长处，使得其在电气丈量仪器外表等方面得到了广泛的运用。为了可以习惯现代电力电子设备对检测精度越来越高的要求，对霍尔传感器技能的研讨也应该不断进步。
[1]秦祖荫.霍尔电流传感器的功能及其运用 《电力电子技能》1994年第4期
[2]安科瑞企业微电网规划与运用手册 2019.11版回来搜狐，检查更多