淺析霍爾電流傳感器的應(yīng)用
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企業(yè)：控制網(wǎng)
領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng)
行業(yè)：安防
- 點(diǎn)擊數(shù)：1303 發(fā)布時(shí)間：2006-01-11 15:31:47
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本文詳細(xì)介紹了霍爾電流傳感器在應(yīng)用上需要注意的七個(gè)方面。
一、引 言
伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，各種用電設(shè)備的增多，用電量越來(lái)越大，城市的供電設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，用電環(huán)境變得越來(lái)越惡劣，對(duì)電源的“考驗(yàn)”越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天用電設(shè)備都要遭受120次左右各種電源問(wèn)題的侵?jǐn)_，電子設(shè)備故障的60%來(lái)自電源。因此，電源問(wèn)題的重要性日益凸顯出來(lái)。原先作為配角，資金投入較少的電源越來(lái)越受到廠商和研究人員的重視，電源技術(shù)遂發(fā)展成為一門(mén)嶄新的技術(shù)。
而今，小小的電源設(shè)備已經(jīng)融合了越來(lái)越多的新技術(shù)。例如開(kāi)關(guān)電源、硬開(kāi)關(guān)、軟開(kāi)關(guān)、參數(shù)穩(wěn)壓、線性反饋穩(wěn)壓、磁放大器技術(shù)、數(shù)控調(diào)壓、PWM、SPWM、電磁兼容等等。實(shí)際需求直接推動(dòng)電源技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，為了自動(dòng)檢測(cè)和顯示電流，并在過(guò)流、過(guò)壓等危害情況發(fā)生時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)功能和更高級(jí)的智能控制，具有傳感檢測(cè)、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源技術(shù)漸成趨勢(shì)，檢測(cè)電流或電壓的傳感器，即霍爾電流傳感器便應(yīng)運(yùn)而生并在我國(guó)開(kāi)始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞。
二、電流傳感器的工作原理
霍爾電流傳感器可以測(cè)量各種類(lèi)型的電流，從直流電到幾十千赫茲的交流電，其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理。
1、電流傳感器的輸出信號(hào)
當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過(guò)電流傳感器時(shí)，原邊電流IP會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周?chē)瑑?nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過(guò)后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流IS，并存在以下關(guān)系式： IS* NS= IP*NP
其中， IS―副邊電流；
IP―原邊電流；
NP―原邊線圈匝數(shù)；
NS―副邊線圈匝數(shù)；
NP / NS―匝數(shù)比，一般取NP =1。
電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流IS，它與輸入信號(hào)（原邊電流IP）成正比，IS一般很小，只有10~400mA。如果輸出電流經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。
2、電流傳感器供電電壓VA
VA指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過(guò)此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低。另外，傳感器的供電電壓VA又分為正極供電電壓VA+和負(fù)極供電電壓VA-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓VAmin是雙相供電電壓VAmin的2倍，所以其測(cè)量范圍要高于雙相供電的傳感器。
3、測(cè)量范圍Ipmax
測(cè)量范圍指電流傳感器可測(cè)量的最大電流值，測(cè)量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN。
三、電流傳感器主要特性參數(shù)
1、標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN和額定輸出電流
ISNIPN指電流傳感器所能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)額定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。 ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10~400mA，當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)具體可能會(huì)有所不同。
2、 偏移電流ISO
偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)，在25℃，IP=0時(shí)的情況下，偏移電流已調(diào)至最小，但傳感器在離開(kāi)生產(chǎn)線時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。產(chǎn)品技術(shù)文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。
3、 線性度
線性度決定了傳感器輸出信號(hào)（副邊電流IS）與輸入信號(hào)（原邊電流IP）在測(cè)量范圍內(nèi)成正比的程度，南京中旭電子科技有限公司的電流傳感器線性度要優(yōu)于0.5%。
4、 溫度漂移
偏移電流ISO是在25℃時(shí)計(jì)算出來(lái)的，當(dāng)霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時(shí)，ISO會(huì)產(chǎn)生變化。因此，考慮偏移電流ISO的最大變化是很重要的，其中，IOT是指電流傳感器性能表中的溫度漂移值。
5、 過(guò)載
電流傳感器的過(guò)載能力是指發(fā)生電流過(guò)載時(shí)，在測(cè)量范圍之外，原邊電流仍會(huì)增加，而且過(guò)載電流的持續(xù)時(shí)間可能很短，而過(guò)載值有可能超過(guò)傳感器的允許值，過(guò)載電流值傳感器一般測(cè)量不出來(lái)，但不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。
6、 精度
霍爾效應(yīng)傳感器的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)額定電流IPN。在+25℃時(shí)，傳感器測(cè)量精度與原邊電流有一定影響，同時(shí)評(píng)定傳感器精度時(shí)還必須考慮偏移電流、線性度、溫度漂移的影響。
四、傳感器型號(hào)、結(jié)構(gòu)和安裝方法
霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)品標(biāo)簽一般由“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”和“生產(chǎn)日期”兩部分構(gòu)成。“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”用于標(biāo)明傳感器的型號(hào)、額定測(cè)量值、工作電源及接線指示，“傳感器生產(chǎn)日期”則是由8位數(shù)字構(gòu)成，表明傳感器的生產(chǎn)年月份、批次（一月中的第幾批產(chǎn)品）。
霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)品很多，每種傳感器的外形結(jié)構(gòu)、尺寸大小等都有所不同。下面介紹幾種典型的外形結(jié)構(gòu)及安裝接線方法。
1、 HNC-025A電流傳感器
HNC-025A電流傳感器是南京中旭電子科技有限公司中一種量程很小的傳感器，所能測(cè)量的額定電流為5、6、8、12、25A，原邊管腳的不同接法可確定額定測(cè)量電流為多少，參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)。
2、帶線電流傳感器
如常規(guī)電流傳感器一樣，一般傳感器都有正極（+）、負(fù)極（-）、測(cè)量端（M）及地（0）四個(gè)管腳，但帶線電流傳感器則沒(méi)有此四個(gè)管腳，而是有紅、黑、黃、綠四根引線，分別對(duì)應(yīng)于正極、負(fù)極、測(cè)量端及大地。同時(shí)在大多傳感器中有一內(nèi)孔，測(cè)量原邊電流時(shí)要將導(dǎo)線穿過(guò)該內(nèi)孔。孔徑大小與產(chǎn)品型號(hào)、測(cè)量電流大小有關(guān)系。
不管是什么型號(hào)的電流傳感器，安裝時(shí)管腳的接線應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)所注情況進(jìn)行相應(yīng)連線。
（1）在測(cè)量交流電時(shí)，必須強(qiáng)制使用雙極性供電電源。即傳感器的正極（+）接供電電源“+VA”端，負(fù)極接電源的“-VA”端，這種接法叫雙極性供電電源。同時(shí)測(cè)量端（M）通過(guò)電阻接電源“0V”端（單指零磁通式）。
（2）在測(cè)量直流電流時(shí)，可使用單極性或單相供電電源，即將正極或負(fù)極與“0V”端短接，從而形成只有一個(gè)電極相接的情況。
另外，安裝時(shí)必須全面考慮產(chǎn)品的用途、型號(hào)、量程范圍、安裝環(huán)境等。比如傳感器應(yīng)盡量安裝在利于散熱的場(chǎng)合。
五、提高測(cè)量精度的方法
除了安裝接線、即時(shí)標(biāo)定校準(zhǔn)、注意傳感器的工作環(huán)境外，通過(guò)下述方法還可以提高測(cè)量精度：
1、原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；
2、原邊導(dǎo)線盡可能完全放滿(mǎn)傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙；
3、需要測(cè)量的電流應(yīng)接近于傳感器的標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN，不要相差太大。如條件所限，手頭僅有一個(gè)額定值很高的傳感器，而欲測(cè)量的電流值又低于額定值很多，為了提高測(cè)量精度，可以把原邊導(dǎo)線多繞幾圈，使之接近額定值。例如當(dāng)用額定值100A的傳感器去測(cè)量10A的電流時(shí)，為提高精度可將原邊導(dǎo)線在傳感器的內(nèi)孔中心繞十圈（一般情況，NP=1；在內(nèi)孔中繞一圈，NP=2；……；繞九圈，NP=10，則NP×10A=100A與傳感器的額定值相等，從而可提高精度）；
4、當(dāng)欲測(cè)量的電流值為IPN/10的整數(shù)倍時(shí)，在25℃仍然可以有較高的精度。
六、傳感器的抗干擾性
霍爾電流傳感器，利用了原邊導(dǎo)線的電磁場(chǎng)原理。因此下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場(chǎng)干擾：
(1) 傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化；
(2) 外部導(dǎo)線與傳感器的距離、外部導(dǎo)線的形狀、位置和傳感器內(nèi)霍爾電極的位置；
(3) 安裝傳感器所使用的材料有無(wú)磁性；
(4) 所使用的電流傳感器是否屏蔽； 為了盡量減小外部電磁場(chǎng)的干擾，最好按上述要求安裝傳感器。
七、傳感器標(biāo)定
1、偏移電流ISO
偏移電流必須在IP=0、環(huán)境溫度T≈25℃的條件下進(jìn)行校準(zhǔn)，（雙極性供電）接線，且測(cè)量電壓VM必須滿(mǎn)足： VM
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北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)
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