霍爾電流傳感器分類

霍爾電流傳感器在測量方式上可以分為兩種，開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結(jié)構(gòu)上來說閉環(huán)式傳感器比開環(huán)式多了一個(gè)線圈，在精度上閉環(huán)式要優(yōu)于開環(huán)式。

電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生磁場，霍爾傳感器貼近導(dǎo)體檢測其磁場強(qiáng)度，通過磁場強(qiáng)度計(jì)算電流。

閉環(huán)霍爾電流傳感器性能要優(yōu)于開環(huán)霍爾電流傳感器，可以測量任意波形的電流、主副線圈間絕對電氣隔離、電氣測量范圍寬、響應(yīng)時(shí)間短，在交直流測量中均可應(yīng)用。

根據(jù)霍爾電壓與磁場強(qiáng)度的正比例關(guān)系，設(shè)計(jì)裝置，提供恒定的控制電流，那么霍爾電流的大小就只收到磁場強(qiáng)度一個(gè)因素的影響，進(jìn)而霍爾電壓的變化可以反應(yīng)磁場強(qiáng)度的變化。而磁場是由相應(yīng)電流產(chǎn)生的，與電流具有明確的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。這就是利用霍爾元件測量電流強(qiáng)度的基本原理。

霍爾效應(yīng)從本質(zhì)上講是運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用引起的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶電粒子（電子或空穴）被約束在固體材料中，這種偏轉(zhuǎn)就導(dǎo)致在垂直電流和磁場的方向上產(chǎn)生正負(fù)電荷的聚積，從而形成附加的橫向電場。

邊主回路有一被測電流I1，將產(chǎn)生磁通Φ1，被副邊補(bǔ)償線圈通過的電流I2所產(chǎn)生的磁通Φ2進(jìn)行補(bǔ)償后保持磁平衡狀態(tài)，霍爾器件則始終處于檢測零磁通的作用。所以稱為霍爾磁補(bǔ)償電流傳感器。這種先進(jìn)的原理模式優(yōu)于直檢原理模式，突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快和測量精度高，特別適用于弱小電流的檢測。

當(dāng)補(bǔ)償電流I2流過測量電阻RM時(shí)，在RM兩端轉(zhuǎn)換成電壓。做為傳感器測量電壓U0即：U0=I2RM

由于磁補(bǔ)償式電流傳感器必須在磁環(huán)上繞成千上萬匝的補(bǔ)償線圈，因而成本增加；其次，工作電流消耗也相應(yīng)增加；但它卻具有直檢式不可比擬的較高精度和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

開環(huán)式霍爾電流傳感器測量原理

開環(huán)式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾芯片、運(yùn)放等關(guān)鍵元器件構(gòu)成。當(dāng)電流穿過鐵芯時(shí)會(huì)在鐵芯上感應(yīng)出磁場，鐵芯將磁場聚集于豁口處被霍爾元器件感應(yīng)到，從而感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，該電壓被運(yùn)放處理后輸出，運(yùn)放所輸出的電壓信號和原邊電流滿足一定的線性關(guān)系，從而將被測電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，單片機(jī)采樣該電壓信號就可計(jì)算出被測電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)測量電流的作用。開環(huán)式霍爾電流傳感器又叫直測式。由于體積受限，許多芯片級的霍爾電流芯片都是用開環(huán)測量原理，如ACS712、ACS758等。

閉環(huán)霍爾電流傳感器工作原理

與開環(huán)霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)霍爾電流傳感器多了一個(gè)補(bǔ)償線圈，該線圈纏繞在鐵芯上。當(dāng)電流傳感器通過鐵芯時(shí)，鐵芯感應(yīng)出磁場，霍爾元器件將磁場轉(zhuǎn)化成電壓，該電壓被運(yùn)放處理后驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流，該補(bǔ)償電流流過線圈產(chǎn)生一個(gè)磁場，該磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場大小相等方向相反，從而抵消原邊磁場，處于磁平衡狀態(tài)。所以該補(bǔ)償電流就是原邊電流縮放后的，縮放比例與補(bǔ)償線圈的圈數(shù)呈線性關(guān)系。閉環(huán)式霍爾電流傳感器又叫間接測量法。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-霍爾元器件

在霍爾電流傳感器中，霍爾元器件是關(guān)鍵元器件，其性能影響著產(chǎn)品的性能。霍爾元器件的作用是將一定范圍內(nèi)的磁通量轉(zhuǎn)化成電壓信號。如下圖所示，霍爾元器件將50mT內(nèi)的磁通密度轉(zhuǎn)化成電壓信號。所以選用該芯片時(shí)，一定不要讓鐵芯產(chǎn)生的磁通密度超過50mT。

霍爾電流關(guān)鍵元器件-鐵芯

霍爾電流傳感器是由結(jié)構(gòu)和電路緊密配合的一個(gè)產(chǎn)品，這其中，霍爾元器件的高度、位置，鐵芯的材料、長度、橫截面積都決定著產(chǎn)品的性能。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，一定要注意嚴(yán)格根據(jù)測量范圍計(jì)算鐵芯的磁路長度、鐵芯的橫截面積、磁隙間距以及霍爾芯片的高度。當(dāng)然這部分的計(jì)算是設(shè)計(jì)霍爾電流傳感器中最核心的部分。

霍爾電流傳感器測量過程注意事項(xiàng)

霍爾電流傳感器不論是開環(huán)還是閉環(huán)原理，基本的性能區(qū)別不大，優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)時(shí)間快、低溫漂、精度高、體積小、頻帶寬、抗干擾能力強(qiáng)、過載能力強(qiáng)。

霍爾電流傳感器測量過程注意事項(xiàng)：

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)線盡可能完全放滿傳感器內(nèi)孔，不要留有空隙;

3、需要測量的電流應(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，而欲測量的電流值又低于額定值很多，為了提高測量精度，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)欲測量的電流值為IPN/10的時(shí)，在25℃仍然可以有較高的精度。