霍尔电流传感器产品概述

第一节 霍尔电流传感器产品定义及基本属性

一、产品定义、性能

霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理，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。

霍尔电流、电压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电压传感器检测元件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、电压传感器具有如下特点：

可测量任意波形的电压和电流。霍尔电压、电流传感器可以测量任意波形的电流和电压参量，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。一般的霍尔电流电压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。一般霍尔传感器的动态响应时间小于7μs，跟踪速度di/dt高于50A/μs；

霍尔电流电压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。

二、产品所属行业界定

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、电压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、电压传感器是近十几年发展起来的测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器，是一种新型的高性能电气检测元件。

第二节 霍尔电流传感器产品应用概况

一、产品主要应用领域

图表 1  霍尔电流传感器产品应用情况列表

二、产品应用成熟度分析

霍尔电流传感器由于具有精度高、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、电压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。

1电压型逆奕器保护电路

在电压型逆变器中，如果换相换败，则很容易使一相中上下两个桥臂中的半导体器件因过电流而损坏，如上下桥臂采用功率模块时，要求短路电流保护电路能在短路检出后10μs内切断门驱动电路，同时还需考虑电路的传输时间。所以，这种逆变器必须有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。若因换相失败造成了上下桥臂同时导电，则相应的两处传感器可以同时检出电流信号，该信号与基准电压比较后转换成方波。这样，可通过门电路控制封锁所有的逆变触发脉冲，从而达到切断门驱动电路的目的。电压型逆变器保护电路优点是，只要上下桥臂同时存在的电流超过基准，保护电路立即动作。因为保护早，功率模块不会经受过大电流的冲击。其次，保护动作速度快。因为霍尔电流传感器是无感元件，在功率模块判断时，它不会产生过电压。因此，可简化设计过程，提高效率。

2用于变频调速装置

利用霍尔电流传感器还可以检测变频调速系统的主回路信号。使用时，第一个电流传感器模块接入整流滤波后的直流回路。当检测到主回路中出现异常尖峰或者有效值超出标准时，电路将迅速切断逆变触发电路的触发脉冲，以保护逆变和整流模块。另外3个传感器接入逆变器的输出回路，用来检测随频率变化的交流电流。这样可以更好地控制转矩，也可提供防止电机过载所需的信号。

3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的直流测量信号，也可以通过电子控制电路对直流测过流、短路保护和显示控制，还可用于电流反馈和稳流调节。

第三节 霍尔电流传感器产品发展历程

霍尔传感器是磁电转换的一种传感器。1879年霍尔在金属材料中发现的，已有一百多年的历史，由于霍尔效应在金属中非常微弱，只是在大学的教科书中作为一种理论而存在，并未付诸实际应用。直到60多年以后，大约到上世纪四十年代后期，半导体工艺的成熟，科学家利用半导体工艺重新试验霍尔效应，结果发现：半导体工艺（P或N型）都可以再现霍尔效应现象，而且N型半导体尤其明显。使霍尔效应得到广泛的应用。我国大约到上世纪七十年代开始研究霍尔元件，已能生产各种性能霍尔元件，例如：普通型、高灵敏度型、低温度系数型、测温测磁性和开关型等。

随着微电子技术的发展，目前，霍尔器件大多已集成化。霍尔集成电路有许多优点，例如：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。

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