摘要：霍爾電流、電壓傳感器是當今電子測量領域中應用zui多的傳感器件，可用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置、電子測量和開關電源等諸多領域，可替代傳統(tǒng)的互感器和分流器，并具有、線好、頻帶寬、響應快、過載能力強和不損失測量電路能量等優(yōu)點。
1 引言
近年來，功率半導體器件大量進入電力電子、交流變頻調(diào)速、逆變裝置及開關電源等領域。原有的電流、電壓元件已不適應中頻、di/dt電流波形的傳遞和。霍爾電流、電壓傳感器是近十幾年發(fā)展起來的測量電流、電壓的工業(yè)用電量傳感器，是種的電氣元件。
霍爾電流、電壓傳感器由于具有、線好、頻帶寬、響應快、過載能力強和不損失被測電路能量等諸多優(yōu)點，因而被應用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機、變電站、電解電鍍、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要大電流、電壓的各個領域中。在電力電子產(chǎn)品中，對大電流、電壓進行的和也是產(chǎn)品可靠運行的根本。
2 霍爾傳感器的能特點
霍爾電流、電壓傳感器具有*的電能，是種的、能主電路回路和電子電路的電元件。它綜合了互感器和分流器的優(yōu)點，同時又克服了互感器和分流器的不足（互感器只適用于50Hz工頻測量；分流器無法進行測量）。利用同只霍爾電流電壓傳感器元件既可以交流也可以直流，甚至可以瞬態(tài)峰值，因而是替代互感器和分流器的產(chǎn)品?；魻栯娏?、電壓傳感器具有如下特點：
●可測量任意波形的電壓和電流?；魻栯妷?、電流傳感器可以測量任意波形的電流和電壓參量，如直流、交流和脈沖波形等。也可以對瞬態(tài)峰值參數(shù)進行測量，其副邊電路可以忠實地反映原邊電流的波形。這點普通互感器無法與其相比，因為普通的互感器般只適用于50Hz的正弦波；
●。般的霍爾電流電壓傳感器在工作區(qū)域內(nèi)的優(yōu)于1%，該適合于波形的測量，而普通互感器般為3%～5%，且只適合于50Hz的正弦波形；
●線度優(yōu)于0.5%；
●動態(tài)能好。般霍爾傳感器的動態(tài)響應時間小于7μs，跟蹤速度di/dt于50A/μs；
霍爾電流電壓傳感器以其的動態(tài)能為提現(xiàn)代系統(tǒng)的能提供了關鍵的基礎（無感元件）。般普通互感器的動態(tài)響應時間為10～20μs，這顯然已不適應工業(yè)系統(tǒng)發(fā)展的需要（感元件）；
●工作頻帶寬?？稍?～20kHz頻率范圍內(nèi)很好地工作；
●過載能力強，測量范圍大（0～±10000A）
●，平均*工作大于5×10000小時；
●尺寸小，重量輕，易于安裝且不會給系統(tǒng)帶來損失。
3 霍爾傳感器的工作原理
霍爾電流、電壓傳感器是根據(jù)霍爾原理制成的。它有兩種工作方式，即磁平衡式和直放式。霍爾電流、電壓傳感器般由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、（次線圈）和放大電路等組成。
3.1 直放式電流傳感器（開環(huán)式HDC系列）
*，當電流通過根長導線時，在導線周圍將產(chǎn)生磁場，這磁場的大小與流過導線的電流成正比，它可以通過磁芯聚集感應到霍爾器件上并使其有信號輸出。這信號經(jīng)信號放大器放大后直接輸出，般的額定輸出標定為4V。
3.2 磁平衡式電流傳感器（閉環(huán)式HNC系列）
磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即主回路被測電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過個次線圈電流所產(chǎn)生的磁場進行補償，從而使霍爾器件處于零磁通的工作狀態(tài)。
磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當主回路有電流通過時，在導線上產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚集并感應到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動相應的功率管并使其導通，從而獲得個補償電流Is。這電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起指示零磁通的作用，此時可以通過Is來跟蹤Ip。當Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復上述過程，zui后重新達到平衡。被測電流的變化都會破壞這平衡。旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應的電流流過次繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是個動態(tài)平衡的過程。
3.3 霍爾電壓傳感器（閉環(huán)式HNV系列）
霍爾電壓傳感器的工作原理與閉環(huán)式電流傳感器相似，也是以磁平衡方式工作的。
4 霍爾傳感器的連接方式
電流、電壓傳感器只需外接正負直流電源，被測電流母線般從傳感器中穿過或接于原邊端子，然后在副邊端再作些簡單的連接即可完成主電路的，電路設計簡單。
若與變送器配合使用，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，可方便地與計算機或儀表接口，并可以進行長距離傳輸。
4.1 磁平衡（補償）式接線法
磁平衡（補償）式電流、電壓傳感器/變換器有HNC、HNV兩系列：其輸出信號多為電流。（若需要電壓輸出方式，可在M端與電流地之間根據(jù)所需電壓大小外接取樣電阻或?qū)⑷与妷哼M行必要的信號放大。）
該類常規(guī)傳感器的3個接線端子分別為：正電源輸入接“+”端，負電源輸入接“-”端，“M”端為信號輸出端。
4.2 直放式接線法
直放式電流傳感器有HDC系列。它的輸出信號為電壓方式，在額定工作條件下，其輸出信號為±4V，用戶可根據(jù)需要選取。傳感器上有零點和增益電位器，用戶般不需再作調(diào)整。若用戶有特殊要求，可向廠方訂做。直放式電流傳感器的接線方法會因具體產(chǎn)品的不同而有所不同，但多為4個接線端子分別為：正電源輸入接“+”端，負電源輸入接“-”端，“M”端為信號輸出端，“0”端為電源地 。
4.3 電壓傳感器的接線法
電壓傳感器般有5個接線端子，其中“V +”、“V-”為原邊端子，分別接被測電壓輸入端的正和負。另外3個端子為副邊端子，“+”端接+15V電源，“-”端接-15V電源，“M”端為信號輸出端。
根據(jù)所測電壓大小的不同，用戶可根據(jù)需要在被測電壓端串接個限流電阻R后再接到傳感器的原邊，串接電阻R的大小由下式?jīng)Q定：
R=Vp/Iin-Rin
式中R為串聯(lián)電阻，Vp為被測電壓，Iin為額定輸入電流，Rin為傳感器的原邊內(nèi)阻。
串接電阻功率大小由W=Vp·Iin確定。
5 霍爾電流電壓傳感器的應用
5.1 電壓型逆奕器保護電路
在電壓型逆變器中，如果換相換敗，則很使相中上下兩個橋臂中的半導體器件因過電流而損壞，如上下橋臂采用功率模塊時，要求短路電流保護電路能在短路檢出后10μs內(nèi)切斷門驅(qū)動電路，同時還需考慮電路的傳輸時間。所以，這種逆變器必須有過電流保護裝置，可以用霍爾電流傳感器每個橋臂中的電流。若因換相失敗造成了上下橋臂同時導電，則相應的兩處傳感器可以同時檢出電流信號，該信號與基準電壓比較后轉(zhuǎn)換成方波。這樣，可通過門電路封鎖的逆變觸發(fā)脈沖，從而達到切斷門驅(qū)動電路的目的。電壓型逆變器保護電路優(yōu)點是，只要上下橋臂同時存在的電流過基準，保護電路立即動作。因為保護早，功率模塊不會經(jīng)受過大電流的沖擊。其次，保護動作速度快。因為霍爾電流傳感器是無感元件，在功率模塊判斷時，它不會產(chǎn)生過電壓。因此，可簡化設計過程，提率。
5.2 用于變頻調(diào)速裝置
利用霍爾電流傳感器還可以變頻調(diào)速系統(tǒng)的主回路信號。使用時，*個電流傳感器模塊接入整流濾波后的直流回路。當?shù)街骰芈分谐霈F(xiàn)異?；蛘咧党鰰r，電路將迅速切斷逆變觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖，以保護逆變和整流模塊。另外3個傳感器接入逆變器的輸出回路，用來隨頻率變化的交流電流。這樣可以好地轉(zhuǎn)矩，也可提供防止電機過載所需的信號。
5.3 電流傳感器在逆變焊機中的應用
霍爾電流傳感器在直流中同樣具有電作用，在直流輸出的電力電子設備中，可以利用霍爾電流傳感器測得與主電路隔的直流測量信號，也可以通過電子電路對直流測過流、短路保護和顯示，還可用于電流反饋和穩(wěn)流調(diào)節(jié)。
６ 使用注意事項
使用霍爾傳感器時，應注意以下幾點：
?。?）使用傳感器時，應先接通副邊電源，再接通原邊電流或電壓。
（2）測量電流時，用單根導線充滿模塊孔徑，以獲得*動態(tài)特和靈敏度。
（3）測量電壓時，被測電壓應先串接限流電阻，在得到傳感器所規(guī)定的原邊電流后，再接入電壓傳感器原邊端子。
?。?）模塊的*是在額定值下測得的。當被測電流低于額定值時，為了獲得較好的，原邊可以使用多匝，即：Ip*Np=額定安匝數(shù).
