霍尔电流传感器在电子领域的应用如何？

1、霍尔电流由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等诸多优点，因而被广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、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大电流、电压的各个领域中。在电力电子产品中，对大电流进行精确的检测和控制也是产品安全可靠运行的根本保证。

2、霍尔传感器的性能特点

霍尔电流传感器具有优越的电性能，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测元件。它综合了互感器和分流器的所有优点，同时又克服了互感器和分流器的不足(互感器只适用于50Hz工频测量;分流器无法进行隔离测量)。 利用同一只霍尔电流传感器既可以检测交流也可以检测直流，甚至可以检测瞬态峰值，因而是替代互感器和分流器的新一代产品。霍尔电流传感器具如下特点：可测量任意波形的电流。霍尔电流传感器可以测量任意波形的电流参量，如直流、交流和脉冲波形等。也可以对瞬态峰值参数进行测量，其副边电路可以忠实地反映原边电流的波形。 这一点普通互感器无法与其相比，因为普通的互感器一般只适用于50Hz的正弦波;精度高。一般的霍尔电流传感器在工作区域内的精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量，而普通互感器精度一般为3%～5%，且只适合于50Hz的正弦波形;线性度优于0.5%;动态性能好。一般霍尔传感器动态响应时间小于7μs，跟踪速度di/dt高于50A/μs;

霍尔电流传感器以其优异的动态性能为提高现代控制系统的性能提供了关键的基础(无感元件)。一般普通互感器的动态响应时间为10～20μs，这显然已不适应工业控制系统发展的需要(感性元件)。工作频带宽。可在0～20kHz频率范围内很好地工作;过载能力强，测量范围大(0～±10000A)可靠性高，平均无故障工作大于5×10000小时;尺寸小，重量轻，易于安装且不会给系统带来任何损失。

3、霍尔传感器的工作原理

霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的。它有两种工作方式，即磁平衡式和直式。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。

3.1 直放式电流传感器(开环式)

众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比， 它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，一般的额定输出标定为4V。

3.2 磁平衡式电流传感器(闭环式)

磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿， 从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

磁平衡式电流传感器的具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感 应到霍尔器件上， 所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。 这一电流再通过多匝绕组产生磁场 ，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘 所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起指示零磁通的作用 ，此时可以通过Is来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。

半导体技术的发展日新月异，涉及到我们生活的方方面面，如智能手机、平板电脑、地铁、汽车等等。随着应用的不断深入，对于半导体材料表征的要求也越来越高，而霍尔效应测试表征能直接测试出材料的电阻率、迁移率和载流子浓度及类型等，高精度的霍尔表征就变得尤为重要。

目前市面的霍尔测试主要分为直流霍尔测试、交流磁场霍尔测试、快速霍尔测试三种方法。

1、直流(DC)霍尔测试

一种比较通用的技术，对于霍尔测试而言，霍尔电压的精准测量至关重要。通常仪器测的电压中包含霍尔电压、偏置电压、热电压等。普通的半导体材料的霍尔电压很大，偏置电压、热电压等误差信号占比很小，所以分辨出霍尔电压比较容易。传统的仪表都采用这种测量方式。

2、交流磁场(AC)霍尔测试

对于低迁移率等材料，霍尔电压远远小于误差电压，用传统的直流磁场的方式测试很难测准确，AC交流磁场测试方法可以利用锁相放大器提取霍尔电压并将信号放大，再通过高精度的电压表将霍尔电压进行准确的测量。这种方式可测得的材料的迁移率低至10-3cm2/v s。市面上采用AC交流磁场测试方法的仪器有Lake Shore的8400系列(加AC交流磁场选件)霍尔测试系统，系统测试功能强大，可以根据样品需求选择高温、低温、高阻、低阻、偏压等选件。

3、快速霍尔测试技术(FastHall)

美国Lake Shore公司的新专★，其最新产品是M91快速霍尔测试仪。FastHall不需要像上述两种方法一样通过翻转磁场去除偏置电压误差。FastHall基于互易定理，利用旋转电流的方式达到和反转磁场一样的效果，大大提高测试速度，而极快的测试速度可以有效避免温度和偏置电压的影响，使测试更精确。M91还具备直流测试功能，并能够与您已有的永磁铁、电磁铁、超导磁体配合使用。例如和各个厂家的超导磁体，PPMS等设备进行连用，在高磁场及低温下进行快速的霍尔测试。

在磁性传感器中，利用霍尔效应的传感器称为霍尔传感器。霍尔传感器包括几个部分。首先，它包含一个霍尔元件，该霍尔元件输出通过霍尔效应产生的霍尔电压(HV)。其次，它包含一个霍尔IC，该霍尔IC使霍尔输出通过IC工艺变为高/低数字输出。第三，它包含一个线性霍尔IC，可放大并线性化霍尔输出。

霍尔电流传感器的应用

霍尔电流传感器的应用场合

1、在逆变器中的应用： 在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。

2、在直流自动控制调速系统中的应用 ：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。

3、继电保护与测量 ：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。

4、在不间断电源中的应用： 在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。

5、在电子点焊机中的应用 ：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。

6、用于电车斩波器的控制： 电车中的调速是由调整电压实现的。而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。

7、在交流变频调速电机中的应用： 用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10%以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。

8、用于电能管理： 霍尔电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔电流传感器的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。

9、在接地故障检测中的应用： 在配电和各种用电设备中，可靠的接地是保证配电和用电设备安全的重要措施。采用霍尔电流传感器来进行接地故障的自动监测，可保证用电安全。

10、在电网无功功率自动补偿中的应用： 电力系统无功功率的自动补偿，是指补偿容量随负荷和电压波动而变化，及时准确地投入和切除电容器，避免补偿过程中出现过补偿和欠补偿的不合理和不经济，使电网的功率因数始终保持最佳。无功功率的自动采样若用霍尔电流、电压传感器来进行，由于它们的响应速度快，且无相位差，在保证“及时、准确”上会具有显著的优点。

11、霍尔钳形电流表： 将磁芯做成张合结构，在磁芯开口处放置霍尔器件，将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外，即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。用钳形表可对各种供电和用电设备进行随机电流检测。 12、电功率测量 ：将负载电压进行变换，令其与霍尔器件的工作电流成比例，将负载电流通入磁芯绕组中，作为霍尔电流传感器的被测电流，霍尔电流传感器输出的霍尔电压即可指示功率，以构成霍尔功率计。

12、在电力工频谐波分析仪中的应用 ：在电力系统中，电网的谐波含量一般用电力工频谐波仪来进行测试。为了将被测电压和电流变换成适合计算机A/D采样的电压，人们曾将各种电力工频谐波分析仪的取样装置，如电流互感器、电压互感器、电阻取样与光隔离耦合电路等和霍尔电流传感取样测试对比，结果表明霍尔电流传感器最为适用。