摘要：

     
           

本文介紹了霍爾效應，分析了閉環霍爾電流感測器的工作原理及其主要特徵、產品特性和選型方法。研究分析了霍爾電流感測器在變頻器中的典型應用以及變頻器中典型的電流檢測電路，並簡要討論了其在變頻器中的典型應用。

1. 介紹

     
           

隨著現代工業技術的不斷發展，電流檢測在工業控制領域中得到了廣泛應用。工業控制對電流檢測的精度和響應速度要求很高，同時也希望實現與被測對象的完全隔離。霍爾電流感測器很好地解決了這些問題。憑藉其優異的性能和精巧的結構，霍爾電流感測器已成為工業控制領域電流隔離測量的理想解決方案，並廣泛應用於驅動器、變頻器、馬達繞組以及高頻大電流測量等領域。

2。 工作準則

     
           

霍爾電流感測器是一種基於霍爾效應的磁場感測器。它有兩種工作模式：開環（直接型）和閉環（磁平衡型）。直接放大式霍爾感測器的優點是電路結構簡單、成本相對較低；缺點是精度和線性度較差、反應時間慢、溫度漂移較大。為了克服這些缺點，閉環（磁平衡型）霍爾電流感測器應運而生。

如圖1所示，閉環霍爾電流感測器又稱為零磁通霍爾電流感測器。它由初級電路、磁環、霍爾元件次級線圈、放大器等組成。當初級電流IP產生的磁通通過優質磁芯集中到磁路中時，固定在氣隙中的霍爾元件檢測磁通，並透過纏繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向補償電流，用於抵消初級電流IP產生的磁通，從而使磁路中的磁通始終保持為零。經過專用電路處理後，感測器的輸出端可以輸出精確反映初級電流變化的電流訊號。

   

圖1

3.產品介紹

     
         

3.1 產品選擇

             

閉環霍爾電流感測器具有響應時間短、工作頻率高、過載能力強、隔離度高等諸多優點。通常，霍爾電流感測器的選擇取決於輸入訊號、外觀和內孔尺寸。在感測器產業，江蘇安科瑞霍爾電流感測器嚴格遵循JB/T 7490-2007《霍爾電流互感器產業標準》的要求。與採用針式接線的同類產品不同，它們均採用綠色插拔式端子，使現場接線更加便捷可靠。常見品牌產品如圖2所示。

   

圖2

     
         

3.2 產品外觀

             

型號：AHBC-LTA

   

圖3

     
         

3.3 技術指標

             

反應時間：≤1微秒

頻寬：100kHz

偏移電流：0.1mA

工作溫度：-25～70℃

儲存溫度：-40～80℃

輸出負載：取決於不同的輔助電源、輸入訊號和輸出訊號。

輸入過載能力：輸入兩倍於量程值的數值即可恢復正常運作

耐壓：3.5kV/50Hz/1分鐘

4。 應用

     
         

4.1 用於變頻調速電路的感知器

                 

圖 4 為變頻調速電路，Y 為霍爾電流感知器。

圖 4 中的 ① 用於偵測母線的直流電流。當主電路中偵測到異常脈衝，或有效值超過標準值時，快速切斷逆變器觸發電路的觸發脈衝，以保護逆變器和整流器模組；

圖 4 中的 ② 用於偵測上下橋臂之間的電流差。由於換相失敗，同一相上下橋臂中的 IBGT 模組容易因過電流而損壞。此時，需要短路電流保護裝置在偵測到短路後 10us 內切斷閘極驅動電路。此類逆變器必須使用快速過電流保護裝置。可以使用霍爾電流感測器檢測每個橋臂中的電流。如果由於換相失敗導致上下橋臂同時導通，則相應的兩個感測器將同時偵測到電流訊號。此訊號與參考電壓進行比較並轉換為方波後，透過閘極電路控制阻斷所有逆變器觸發脈衝，切斷短路路徑，從而保護昂貴的 IBGT 模組。

圖 4 中的 ③ 用於偵測輸出電流波形。它連接到逆變器的輸出電路，用於檢測隨頻率變化的交流電流。它可以更好地控制觸發脈衝，並為電氣設備提供過載訊號。

     
         

4.2 使用注意事項

             

4.2.1 為了獲得更好的動態特性和靈敏度，必須注意初級線圈和次級線圈的耦合。為了實現良好的耦合，可以使用單根導線，並且該導線完全填充霍爾感測器模組的孔徑；

4.2.2 當感測器在使用過程中，較大的直流電流流過初級線圈，而次級電路未連接電源/穩壓器或次級側開路時，磁路會被磁化，產生剩磁，從而影響測量精度（因此，使用前必須先連接電源和測量端子M）。發生這種情況時，必須先進行退磁。方法是：次級電路不施加任何電流，但使相同大小的交流電流流過初級線圈，並逐漸減少電流值；

4.2.3 大多數情況下，霍爾感測器對外部磁場幹擾具有較強的抵抗能力。通常情況下，距離模組5-10公分處，由兩倍工作電流Ip產生的磁場幹擾可以忽略不計。但是，當存在較強的磁場幹擾時，必須採取適當的措施來解決。常用的方法有：

① 調整模組方向，使外部磁場對模組的影響較小；

② 在模組上加裝抗磁場金屬屏蔽罩；

③ 選擇帶有雙霍爾元件或多霍爾元件的模組；

④ 測量精度是在額定值下獲得的。當被測電流遠低於額定值時，為了獲得精度，可以在一次側增加匝數，即：IpNp = 額定安培匝數。此外，一次饋線的溫度不應超過 80°C。

5。結論

     
         

             

霍爾電流感測器具有諸多優勢。透過精確檢測和控制大電流，它們能夠確保逆變器產品的安全可靠運行，使逆變器在正常輸出的同時，能夠及時應對異常情況，從而提高逆變器的可靠性和安全性。因此，霍爾電流感測器在變頻器領域的優勢日益凸顯，已成為變頻器產業不可或缺的一部分。

【參考】

     
         

             

[1] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2019.11版

[2] Xie Wenhe. Sensors and their applications [M]. Beijing: Higher Education Press, 2003.

[3] 袁俊武. 霍爾電流感測器在變頻器中的應用

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