摘要：

     
           

本文介绍了霍尔效应，分析了闭环霍尔电流传感器的工作原理及其主要特点、产品特性和选型方法。研究分析了霍尔电流传感器在变频器中的典型应用以及变频器中典型的电流检测电路，并简要讨论了其在变频器中的典型应用。

1. 引言

     
           

随着现代工业技术的不断发展，电流检测在工业控制领域得到了广泛应用。工业控制对电流检测的精度和响应速度要求很高，同时还希望实现与被测对象的完全隔离。霍尔电流传感器很好地解决了这些问题。凭借其优异的性能和精巧的结构，霍尔电流传感器已成为工业控制领域电流隔离测量的理想解决方案，并广泛应用于驱动器、变频器、电机绕组以及高频大电流测量等领域。

2。 工作准则

     
           

霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应的磁场传感器。它有两种工作模式：开环（直接型）和闭环（磁平衡型）。直接放大式霍尔传感器的优点是电路结构简单、成本相对较低；缺点是精度和线性度较差、响应时间慢、温度漂移较大。为了克服这些缺点，闭环（磁平衡型）霍尔电流传感器应运而生。

如图1所示，闭环霍尔电流传感器又称零磁通霍尔电流传感器。它由初级电路、磁环、霍尔元件次级线圈、放大器等组成。当初级电流IP产生的磁通通过优质磁芯集中到磁路中时，固定在气隙中的霍尔元件检测磁通，并通过缠绕在磁芯上的多匝线圈输出反向补偿电流，用于抵消初级电流IP产生的磁通，从而使磁路中的磁通始终保持为零。经专用电路处理后，传感器的输出端可以输出精确反映初级电流变化的电流信号。

   

图1

3.产品介绍

     
         

3.1 产品选择

             

闭环霍尔电流传感器具有响应时间短、工作频率高、过载能力强、隔离度高等诸多优点。通常，霍尔电流传感器的选择取决于输入信号、外观和内孔尺寸。在传感器行业，江苏安科瑞霍尔电流传感器严格遵循JB/T 7490-2007《霍尔电流互感器行业标准》的要求。与采用针式接线的同类产品不同，它们均采用绿色插拔式端子，使现场接线更加便捷可靠。常见品牌产品如图2所示。

   

图2

     
         

3.2 产品外观

             

型号：AHBC-LTA

   

图3

     
         

3.3 技术指标

             

响应时间：≤1微秒

带宽：100kHz

偏移电流：0.1mA

工作温度：-25～70℃

储存温度：-40～80℃

输出负载：取决于不同的辅助电源、输入信号和输出信号。

输入过载能力：输入两倍于量程值的数值即可恢复正常运行

耐压：3.5kV/50Hz/1分钟

4。 应用

     
         

4.1 用于变频调速电路的传感器

                 

图 4 为变频调速电路，Y 为霍尔电流传感器。

图 4 中的 ① 用于检测母线的直流电流。当主电路中检测到异常脉冲，或者有效值超过标准值时，快速切断逆变器触发电路的触发脉冲，以保护逆变器和整流器模块；

图 4 中的 ② 用于检测上下桥臂之间的电流差。由于换相失败，同一相上下桥臂中的 IBGT 模块容易因过电流而损坏。此时，需要短路电流保护装置在检测到短路后 10us 内切断栅极驱动电路。此类逆变器必须使用快速过电流保护装置。可以使用霍尔电流传感器检测每个桥臂中的电流。如果由于换相失败导致上下桥​​臂同时导通，则相应的两个传感器将同时检测到电流信号。该信号与参考电压进行比较并转换为方波后，通过栅极电路控制阻断所有逆变器触发脉冲，切断短路路径，从而保护昂贵的 IBGT 模块。

图 4 中的 ③ 用于检测输出电流波形。它连接到逆变器的输出电路，用于检测随频率变化的交流电流。它可以更好地控制触发脉冲，并为电气设备提供过载信号。

     
         

4.2 使用注意事项

             

4.2.1 为了获得更好的动态特性和灵敏度，必须注意初级线圈和次级线圈的耦合。为了实现良好的耦合，可以使用单根导线，并且该导线完全填充霍尔传感器模块的孔径；

4.2.2 当传感器在使用过程中，较大的直流电流流过初级线圈，而次级电路未连接电源/稳压器或次级侧开路时，磁路会被磁化，产生剩磁，从而影响测量精度（因此，使用前必须先连接电源和测量端子M）。发生这种情况时，必须先进行退磁。方法是：次级电路不施加任何电流，但使相同大小的交流电流流过初级线圈，并逐渐减小电流值；

4.2.3 大多数情况下，霍尔传感器对外部磁场干扰具有较强的抵抗能力。通常情况下，距离模块5-10厘米处，由两倍工作电流Ip产生的磁场干扰可以忽略不计。但是，当存在较强的磁场干扰时，必须采取适当的措施来解决。常用的方法有：

① 调整模块方向，使外部磁场对模块的影响较小；

② Add a metal shield that resists magnetic fields on the module;

③ 选择带有双霍尔元件或多霍尔元件的模块；

④ 测量精度是在额定值下获得的。当被测电流远低于额定值时，为了获得精度，可以在一次侧增加匝数，即：IpNp = 额定安匝数。此外，一次馈线的温度不应超过 80°C。

5。结论

     
         

             

霍尔电流传感器具有诸多优势。通过精确检测和控制大电流，它们能够确保逆变器产品的安全可靠运行，使逆变器在正常输出的同时，能够及时应对异常情况，从而提高逆变器的可靠性和安全性。因此，霍尔电流传感器在变频器领域的优势日益凸显，已成为变频器行业不可或缺的组成部分。

【参考】

     
         

             

[1] 安科瑞企业微电网设计与应用手册 2019.11版

[2] 谢文和.传感器及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 袁俊武. 霍尔电流传感器在变频器中的应用

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