霍尔电流传感器基础

时间：2022-09-28作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：186

霍尔电流传感器基础

动力电池组作为新能源电动汽车上单独的功能电气设备模块，必须具有完整的控制和维护功能，需要定期向车辆控制器报告工作情况、电流工作电压等基本电路参数测量。实施电流测量，关键是收集控制电路的总电流。电池组电气控制系统周围神经的每个锂电池都不能准确掌握实际工作中的电流。电流测量的常见传感器是分路器，另一种是霍尔电流传感器。霍尔电流传感器属于一种利用电磁感应特性检测电流的传感器。
1磁电流传感器分类原理

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磁电流传感器种类繁多，按基本原理可分为：罗式传感器（Rogowski）电磁线圈、电流电压互感器、分路器、巨磁电效用（GMR），巨磁特性阻抗（GMI）各种各样（AMR），光学效应，霍尔效应。
Rogowski线圈测量电流的原理是电流的磁效应和皮安环城路的基本定律，又称电流测量电磁线圈或微分电流传感器，如图所示。根据电磁线圈中磁感应电流数据信号与线圈额电流弹性系数匹配的顾虑，一次电路电流值按积分恢复。这是一种测量通信交流电流的方法。
Rogowski线圈没有永磁材料，因此没有涡流损耗效应和磁饱和。测量范围从数皮安到数千皮安，结构紧凑。测量控制电路与待测电流本身无直接关联，具有测量覆盖面广、精度高、可靠性高、响应频率范围广的特点。可用于测量通信通信、直流电和临时电流，用于继电保护装置、硅整流、交流电机调速等场所。
电流电压互感器是用于测量、维护和监督电气设备的主要部件，广泛应用于供电系统中。电流电压互感器的稳定性非常接近所有综合安全操作。
电流电压互感器的原理图如图所示。根据设计方案，原侧与副侧绕组线圈匝数的关联，原侧电流系数的尺寸反映在副侧磁感应电流系数的尺寸上。由于电流电压互感器的特点，二次负载阻抗不大，接近零，对外部电源的规定相对较低。这是一种常见的通信测量方法。精度高，技术成熟，制造方便，能满足一般测量规定。
分路器测量电流的原理是焦耳定律，即直流电流由待测电流电路板上串联电阻两端的工作电压测量。
它结构简单，使用方便。在低频小电流测量中，精度高，响应时间快，在电流测量中偏差很大。由于分路器的原材料一般是铜铝合金，为了准确测量，导体电阻不适合太小，但大电流也会产生大量的欧洲母热；如果导体电阻降低，则必须提高分路器尺寸、精度和制造成本。一般分路器更适合小电流测量，实际图如图所示。
各种磁电阻器(通称磁电阻器(通称磁电阻器)AMR）电流传感器，光敏电阻器的原材料是坡莫合金。铁磁材料具有一个特殊的特点，铁磁材料的电阻随着自身矫顽力和电流方向角度的变化而变化。当外部磁场增加到铁磁质量时，铁磁材料的长度和方向增加了垂直于磁场的电流。铁磁材料本身电阻值的变化可转化为元件DC电压的变化。如图所示。各种磁电阻，灵敏度高，对平行磁场反应快，主要用于伺服控制系统、调速传动系统、负载电流维护等行业。
AMR磁电电流传感器原理

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巨磁电阻效应（GMR），与AMR效用对比，GMR效用具有更多的磁电阻弹性系数。当永磁材料的电阻在外磁场效应时，它比没有外磁场效应时发生了巨大的变化。这种情况在坡莫合金和铁磁体中非常明显。这种电流检测方法，只是从本质上描述，情况和前面“各种磁电阻器”它非常相似，但实际的结构类型非常不同。巨磁电元件对薄弱磁场更敏感，能准确测量直流和交流电流，具有规格小、响应频率宽、无残留磁场等特点，但加工工艺复杂，成本高。主要用于测量高精度小电流。
光纤线电流传感器都是基于法拉*效应来测试电流大小的小传感器。根据测量微波通过磁光数据时，光的偏振面由于电流而产生磁场效应和旋转方向大小，从而决定电流大小。光纤线电流传感器广泛应用于供电系统中电流的测量，具有体积小、质量轻、测量网络带宽、精度高、无饱和、抗电磁能力强等特点。
霍尔传感器分类及基本原理
闭环霍尔电流传感器的特环霍尔电流传感器具有更好的特性，可以测量随机波型的电流圈和副线圈之间必须隔离电气。电气设备测量范围广，响应时间短，可用于交流和直流电源测量。
2.1霍尔效应
霍尔效应是指一些小电流应用的半导体材料放置在磁场中，受磁场效应影响的电流偏移，控制电流垂直方向的半导体材料两侧形成电压差，即霍尔工作电压。霍尔的工作电压与磁场强度半导体材料中应用的操作电流正相关。
根据霍尔工作电压与磁场强度的正比关系，设计方案设备给出相对稳定的控制电流，因此霍尔电流的大小只受到磁场抗压强度的限制，因此霍尔工作电压的变化可以反映磁场抗压强度的变化。磁场由相应的电流产生，与电流有明显的联动关系。这是通过霍尔元件测量电流抗压强度的原理。
2.2霍尔电流传感器的具体应用类型
1)直接检查霍尔电流传感器又称开环霍尔电流传感器，直接放置霍尔电流传感器
例如，当快递在长输电线路中通过电流时，输电线路周围会出现磁场，小与输电线路的电流正相关。利用薄半导体材料片的霍尔效应，测量霍尔元件磁感应产生的电压信号，通过放大电路增加霍尔工作电压，可以直接测量霍尔工作电压。直接检查霍尔电流传感器具有线路简单、成本低、能效高、检查覆盖面广、能耗差等优点。；主要缺点是精度低、线性弱、响应速度慢、温漂大。
2)磁平衡霍尔电流传感器，又称闭环霍尔电流传感器、零磁通量霍尔电流传感器、零磁通量电压互感器
磁平衡霍尔电流传感器是根据磁场平衡原理工作的。原侧电流在聚磁芯处形成的磁场导致霍尔元件上的电压偏差；电压信号传输到放大器后，通过放大的电流数据信号传输到初级线圈(下图中的红色绕组)，在初级线圈上磁感应电流形成的磁场，方位与原侧磁场相反。通过不断调整放大器的电压，原侧产生的磁场与初级线圈产生的磁场在磁密处相互抵抗，使半导体材料片处于零磁通量环境中。达到这种稳定状态后，检查放大器的导出电流，计算原侧控制电路的电流值。磁平衡霍尔电流传感器具有精度高、响应时间快、温漂小、线性好、抗干扰性强等优点。主要缺点是测量范围固定、成本高、能耗高。
2.开环霍尔和闭环霍尔的比较

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1)网络带宽不同，磁密度磁场一直在零磁通量周围变化，因为磁场波动特别小，波动范围小，变化频率快，闭环霍尔电流传感器响应时间快。具体的闭环霍尔电流传感器网络带宽一般可达100kHz上面。开环霍尔电流传感器的网络带宽一般较窄，网络带宽为3kHz上下。
2)精度不同。开环霍尔电流传感器的副侧损伤与磁心磁密度处的磁场强度正相关，而磁心由高导磁材料制成。离散系统和涡流损耗效应是所有高导磁材料的特点。因此，开环霍尔电流传感器的线性角差一般不同，副侧导出在原边数据信号持续上升和下降过程中会有所不同。开环霍尔电流传感器的精度一般低于1%。由于闭环霍尔电流传感器坚持零磁通量，影响磁心的较佳控制和涡流损耗效用的错误导出，将获得更好的线性和相对较高的精度。闭环霍尔电流传感器的精度一般可达0.2%。
3)开环霍尔和闭环霍尔都有磁饱和问题，开环问题更立即。当原电流过大时，磁场抗压强度**过磁化曲线的正常工作范围，也会发生磁饱和；闭环霍尔在零磁场下工作，但在异常情况下会出现磁饱和。简单地说，当副电磁线圈没有电源系统或原电流过大时，就会出现磁饱和。
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