霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向（即霍尔输出端之间），将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。与磁感应强度B的乘积。即有式中：K为霍尔系数，由霍尔元件的材料决定；I为控制电流；B为磁感应强度；VH为霍尔电势。

简介

圣斯尔“SSET”专注研发生产霍尔电流传感器，将交直流电流电压功率频率等电信号，隔离转换成4-20mA/0-10V等各种标准信号在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。 

优点

1、测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。

2、响应速度快：最快者响应时间只为1us。

3、测量精度高：其测量精度优于1%，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3%~5%，且只适合于50Hz正弦波形。

4、线性度好：优于0.2%。

5、动态性能好：响应时间快，可小于1us；普通互感器的响应时间为10~20ms。

6、工作频带宽：在0~100KHz频率范围内的信号均可以测量。

7、可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>5-10小时。

8、过载能力强、测量范围大：0——几十安培~上万安培。

9、体积小、重量轻、易于安装。

由于霍尔电流电压传感器以上的优点，故而可广泛应用与变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、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电流电压的各个领域中。 

补偿原理

原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，XRDT信瑞达霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的信瑞达霍尔电流传感器检测。

知道：Φ1=Φ2I1N1=I2N2I2=NI/N2·I1当补偿电流I2流过测量电阻RM时，在RM两端转换成电压。做为传感器测量电压U0即：U0=I2RM

按照XRDT信瑞达霍尔磁补偿原理制成了额定输入从～系列规格的电流传感器。

由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。

闭环原理

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。

选型问题

A、选择电流传感器时需要注意穿孔尺寸是否能够保证电线可以穿过传感器。

B、选择电流传感器时需要注意现场的应用环境是否有高温、低温、高潮湿、强震等特殊环境。

C、选择电流传感器时需要注意空间结构是否满足。

使用问题

A、接线时注意接线端子的裸露导电部分，尽量防止ESD冲击，需要有专业施工经验的工程师才能对该产品进行接线操作。电源、输入、输出的各连接导线必须正确连接，不可错位或反接，否则可能导致产品损坏。

B、产品安装使用环境应无导电尘埃及腐蚀性。

C、剧烈震动或高温也可能导致产品损坏，必须注意使用场合。

工作原理

它有两种工作原理，即开环式工作原理和闭环式工作原理。霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、次级线圈和放大电路等组成。

工作过程

开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。

性能指标

执行标准：IEC688：1992，QB/LF2007-1；

输入范围：0~1000A内可选：如0~50A，0~100A等；

精度等级：≤1.0%.F.S；

线性度：优于0.2%；

响应时间：≤10Us；

频率特性：0~10KHz；

失调电压：≤20mV；

温度特性：≤150PPM/℃(0~50℃)；

整机功耗：≤30mA；

隔离耐压：输入/输出/外壳间，AC2.0KV/min*1mA；

过载能力：2倍电流连续，30倍1秒；

阻燃特性：UL94-V0；

工作环境：-10℃~50℃，20%~90%无凝露；

贮存环境：-40℃~70℃，20%~95%无凝露。

接线方法

电流传感器原边一般分为PCB安装和穿孔安装二种，PCB安装，原边电流通过过流针，像AHNP，151，ANP的原边有多根过流针，可通过客户PCB板改变串联方式改变客户额定测量电流大小。穿孔安装就是原边线缆和母排穿过会产生磁产，然后霍尔电流传感器感应出磁场大小。

次边接线方式分为电流型输出和电压型输出，电流型输出：客户次边M端与正负双电源公共地之间串联采样电阻，客户再采样该电阻上的电压然后成比例反映原边电流。电压型输出，客户直接采样，使用起来更加方便。

开环和闭环

1、开环霍尔电流传感器

工作原理：原边电流流过导体产生的磁场聚集在磁环内，这一磁场的大小与流过导体的电流成正比，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压精确的反映原边电流。

特点：

（1）原边与副边之间高度绝缘；

（2）体积小，重量轻；

（3）无插入损耗；

（4）检测范围广；

（5）电耗低。

2、闭环霍尔电流传感器

工作原理：原边电流流过导体，产生的磁场，聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件输出信号控制的补偿电流流过副边线圈产生的磁场进行补偿，其补偿电流精确的反映原边电流。

特点：

（1）频带范围宽；

（2）精度高； 

（3）响应时间快； 

（4）温漂小；

（5）线性度好；

（6）电流输出，抗干扰能力强。

应用范围

信瑞达霍尔电流传感器广泛应用在变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流的设施中。目前霍尔电流传感器已被越来越多的人认识并且使用。

实际应用

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、电流变送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离的直流测量信号，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。

4、设施中的应用

霍尔效应传感器还广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。

霍尔效应

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，是磁电效应的一种。这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。

霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。 

（1）在要求得到良好动态特性的装置上使用时，最好用单根铜铝母排并与孔径吻合，以大代小或多绕圈数，均会影响动态特性。

（2）电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1，以使原边得到额定电流，在一般情况下，2倍的过压持续时间不得超过1分钟。

（3）原边电流母线温度不得超过85℃，这是ABS工程塑料的特性决定的，用户有特殊要求，可选高温塑料做外壳。

（4）传感器的磁饱和点和电路饱和点，使其有很强的过载能力，但过载能力是有时间限制的，试验过载能力时，2倍以上的过载电流不得超过1分钟。

（5）电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的，所以当被测电流高于电流传感器的额定值时，应选用相应大的传感器；当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时，为了得到最佳精度，可以使用多绕圈数的办法。

（6）在大电流直流系统中使用时，因某种原因造成工作电源开路或故障，则铁心产生较大剩磁，是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源，在原边通一交流并逐渐减小其值。

（7）传感器抗外磁场能力为：距离传感器5～10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流，所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时，相间距离应大于5～10cm。

（8）为了使传感器工作在最佳测量状态，应使用简易典型稳压电源。

（9）绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中，6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中，注意不要超压使用。

（10）电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。

测量方法

1、原边导线应放置于传感器内孔中心，尽可能不要放偏。

2、原边导线尽可能完全放满传感器内孔，不要留有空隙。

3、需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值IPN，不要相差太大。如条件所限，手头仅有一个额定值很高的传感器，而欲测量的电流值又低于额定值很多，为了提高测量精度，可以把原边导线多绕几圈，使之接近额定值。

例如当用额定值100A的传感器去测量10A的电流时，为提高精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈(一般情况，NP=1；在内孔中绕一圈，NP=2；……；绕九圈，NP=10，则NP×10A=100A与传感器的额定值相等，从而可提高精度)。

4、当欲测量的电流值为IPN/10的时，在25℃仍然可以有较高的精度。

特性参数

1、标准额定值和额定输出电流

IPN指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示(A.r.m.s)，IPN的大小与传感器产品的型号有关。

ISN指电流传感器额定输出电流，为10~400mA，当然根据某些型号具体可能会有所不同。

2、偏移电流

ISO偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

3、线性度 

线性度决定了传感器输出信号(副边电流：IS)与输入信号(原边电流：IP)在测量范围内成正比的程度。

4、温度漂移 

偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的，其中，IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。

5、过载能力

过载电流传感器的过载能力是指发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。

6、精度

霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在+25℃时，传感器测量精度与原边电流有一定影响，同时评定传感器精度时还必须考虑偏移电流，线性度，温度漂移的影响。

选择方法

合理选择霍尔电流传感器，就是要根据实际的需要与可能，做到有的放矢，物尽其州，达到实用、经济、安全、方便的效果。为此，必须对传感器测量的目的、测量对象、使用条件等诸方面有较全面的了解，这是考虑问题的前提。

一、依据测量对象和使用条件确定类型

众所周知：同一霍尔电流传感器，可用来分别测量多种被测量；而同一被测量，义常有多种原理的霍尔电流传感器可供选用。在进行一项具体的测量量工作之前，首先要分析并确定采用何种原理或类删的霍尔电流传感器更合适。这就需要对与霍尔电流传感器工作有关联的方方面面作番调查研究。

要了解被测量的特点：如被测量的状态、性质，测量的范围、幅值和频带，测量的速度、时间、精度要求、过载的幅度和和出现频率等。

二、了解使用的条件

包含两个方面：

现场环境条件：如温度、湿度、气压，能源、光照，尘污、振动、噪声，电磁场及辐射干扰等；

现有基础条件：如财力(承受能力)，物力(配套设施)，人力(技术水平)等。

优越性

（1）非接触检测。在进口设备的再改造中，以及老旧设备的技术改造中，显示出非接触测量的优越性；原有设备的电气接线不用丝毫改动就可以测得电流的数值。

（2）使用分流器的弊端是不能电隔离，且还有插入损耗，电流越大，损耗越大，体积也越大，人们还发现分流器在检测高频大电流时带有不可避免的电感性，不能真实传递被测电流波形，更不能真实传递非正弦波型。

电流传感器完全消除了分流器以上的种种弊端，且精度和输出电压值可以和分流器做的一样，如精度0.5、1.0级，输出电压50、75mV和100mV均可。

（3）使用非常方便。取一只LF型电流传感器，在M端与电源零端串入一只100mA的模拟表头或数字万用表，接上工作电源，将传感器套在电线回路上，即可准确显示主回路0～100A电流值。

注意事项

霍尔电流传感器受温度影响比较大，因此需要对该传感器进行温度补偿.本文在恒温场中对霍尔电流传感器施加不同的测试电流，用温度传感器监测它的工作温度，根据监测结果采用二维回归分析法建立起被测电流，霍尔电流传感器输出电压和其丁作温度之间的函数关系并进行数据融合处理，削弱温度对该电流传感器的干扰。