用于高效电源转换系统的小型化电流感应

电力电子的未来需要现代能量转换系统的发展，以使其比之前的系统更高效、更便宜、更小。这种系统需要精确的电流测量。开环霍尔效应传感器通常用于此目的：导体产生与电流相当的磁场，然后由磁芯集中并由霍尔传感器测量。

最近推出的定制 ASIC 解决方案有助于提高测量精度。ASIC 技术的发展为开发与闭环技术性能相匹配的开环霍尔效应传感器铺平了道路。

开环与闭环传感器

开环电流传感器由安装在磁芯空间中的霍尔传感器组成。它们测量交流和直流，并在输入和输出部分之间提供电气隔离，电流隔离确保非接触式测量。放大的霍尔信号代表传感器输出。开环传感器通常比其他选项便宜，并且它们的低工作功率要求和小尺寸适合用于电池供电的电路。它们的缺点是它们容易出现饱和和温度漂移。

霍尔电流传感器背后的原理，在磁路中感应出的与初级电流 If 成正比的磁通量通过插入磁路间隙中的霍尔元件，产生电位差 Vh，用图中所示的公式表示。

闭环电流传感器提供快速响应、高线性度、低温度漂移和低输出噪声，适合需要精确测量的应用。闭环传感器采用开环版本的概念，并在输出端增加了一个次级绕组。闭环设备有时被称为“零磁通”传感器，因为它将相反的电流馈入缠绕在磁芯上的次级线圈，以使初级电流在磁芯中产生的磁通量为零。

闭环传感器的输出电流通过将电阻器连接到传感器输出和地来转换为电压值。选择电阻值可能会导致调整输出大小。

技术的选择，无论是开环还是闭环霍尔效应或其他类型，在很大程度上取决于应用的特定限制。

LEM的HMSR系列

LEM 用于交流和直流隔离电流测量的新型 HMSR 系列微型集成电路传感器可以处理高达 20 kA 的过载电流突发。LEM针对降低成本、提高性能和小型化的市场需求量身定制了该系列。传感器包括一个低电阻初级导体，以最大限度地减少功率损耗并确保易于使用。传感器 ASIC 和铁氧体磁性元件可实现直流测量并保持绝缘性能。

HMSR 系列使用专有的开路霍尔效应 ASIC 与单个低电阻初级导体相结合，以最大限度地减少功率损耗，允许在不损坏的情况下测量直流电流和高瞬态过载电流。作为 SO16 表面贴装器件制造，它们的高度为 6 毫米，可以使用与其他板级组件相同的工艺直接安装到 PCB 上，从而节省成本和空间。集成的 E2PROM 用于内部温度补偿并通过补偿抵消偏移和增益漂移。

据 LEM 称，将铁氧体用于磁性元件可实现 270 kHz (–3 dB) 的高频带宽，并提供出色的外部磁场抑制。该公司表示，当使用比较漏电起痕指数 (CTI) 为 600 的材料时，传感器的机械设计导致 8 毫米的分散和间隙，从而允许根据 IEC 60950-1 进行增强绝缘。

HMSR 传感器独特的初级导体允许初级电流过载和高绝缘水平。基于铁氧体的电路提供了对各种电力电子应用(例如太阳能电池板)中存在的不均匀场的必要免疫力。内置过流检测 (OCD) 单元将控制应用路径与安全回路分开。通过两个独立的 OCD 单元，传感器可以同时监测过载和短路事件。

HMSR 系列的保护和检测功能针对 HVAC 或电机驱动应用。对于需要耐浪涌以提供足够防雷保护的太阳能行业应用，LEM 设计并测试了 HMSR，以根据标准 8/20-μs 浪涌测试配置文件提供所需的性能。LEM 提供 HMSR 评估板，用于快速原型设计和测试。

田村的 L32P 系列

Tamura生产基于霍尔效应和磁通门效应技术的电流传感器。该公司表示，其开环和闭环产品的高精度和机械稳健性使其与 LEM 和霍尼韦尔一起在所有工业领域成为世界领先者。驱动器模块完善了用于驱动碳化硅 (SiC) MOSFET/IGBT 和 DC/DC 隔离转换器的产品系列。

Tamura的解决方案具有快速响应时间;高频操作，内部温升最小;出色的 dV/dt 抗噪性;磁场稳定性;和防硫选项，具体取决于客户的应用要求。

该公司的 L32PxxxS05(B)FS 系列开环传感器采用铁氧体磁芯进行 PCB 安装设计。宽电流范围(饱和电流为 150 至 ~600 A)可减少高频电流产生的热量。

在提高效率和安全性的监管和市场要求的推动下，在车辆和工业系统中用于发动机、变速器和轮速控制的电子控制装置的使用持续增加。这些系统的控制需要能够在恶劣环境中可靠运行的强大磁传感器。一个常见的挑战是共模噪声和干扰的存在，这会限制测量。齿轮的磨损也会导致控制信号的减少或丢失。

霍尔传感器的使用解决了这些问题。通过将传感器整合到系统中并利用协同关系作为反馈和补偿，可以显着提高传感器性能。