关于电流检测的霍尔传感器选型和应用

关键词：霍尔传感器；电流检测；线性度；分析
 
0引言
       电流检测在机械的控制、保护、检测、动力管理等方面有着重要的应用。例如：电机驱动控制、变频控制、电池荷电状态监测等。但在电流测量中存在2个困难：1）测量仪表不方便直接串入电路中；2）电流检测电路与被测电路不能直接耦合，否则，会影响被测电路的直流工作点。霍尔传感器由于具有体积小、功耗低、噪声小、隔离效果好等优点，在电流监测方面受到广泛的青睐。特别是霍尔传感器配合磁环的设计一直被广泛地使用。但由于传统的霍尔传感器的灵敏度比较低，对于处理电路要求高，系统成本高。传统的霍尔传感器如果使用不当，它的霍尔电压UH与磁感应强度B为非线性关系，且存在不平衡电压，严重影响检测系统的精度。基于霍尔效应的莱姆HO系列霍尔传感器，很大程度上提高了电流检测的灵敏度，而且处理电路简单，安装方便，线性度好，具有较高的准确度。

1 HO系列霍尔传感器的功能介绍
       与传统的开环霍尔传感器相比而言，HO开环霍尔传感器拥有的优点包括：具有良好的线性度，灵敏度高；可编程的过流检测功能；可编程响应时间短（2到6us）；低零点和增益漂移；多种量程设置，可实现标称为2.67到25A的电流测量；设计者可以通过专用的端口将HO系列霍尔传感器输出参考电压设置为0.5、1.5、1.65或2.5V；可PCB封装。
 
2 HO系列霍尔传感器的电流检测功能分析
       如下图所示，是HO-15-NP电流传感器的连接图，通过输入和输出端口将传感器串联在需要进行电流检测的导线上，输出端即可采集所测电流信号；如果所测电流过小，可以通过设置外部参考电压。传统的霍尔传感器只能检测特定范围的电流信号，如果要检测的电流更大或者更小的话就需要更换传感器。对于传统霍尔传感器的局限性，HO系列可通过8、9、10和11、12、13端的串联来改变测量范围。其串联方式如下表所示。

图1HO-15-NP电路连接图
       实验从（0-5.0A）平均测得50组数据，绘成曲线如下图所示，选择的莱姆HO-15-NP电流传感器的输出电压和输入电流成线性关系，实验结果验证其线性度非常高。

图2电流与电压的关系
       对于测量量程的变化，其误差变化率会有微弱的变化，其线性误差模拟如下图所示。

 
图3线性误差
       总体来讲，通过HO-15-NP电流传感器来检测电流可以快速地检测出交直电流，单个传感器可测多种范围的电流，节约了备用器件成本。还可配合ODC功能来进行过电流保护。
 
3安科瑞霍尔传感器产品选型
3.1产品介绍
       霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。适用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制。
 
3.2产品选型
3.2.1开口式开环霍尔电流传感器

表1
3.2.2闭口式开环霍尔电流传感器

表2
 
3.2.3闭环霍尔电流传感器

表3
3.2.4直流漏电流传感器

表4
4结论
       通过实验可知，与传统的霍尔传感器相比，HO-15-NP具有可测范围宽、线性度好、精度高、连接方便、低噪声等优点。采用HO-15-NP电流传感器对交直流电进行检测具有优越的性能。通过8、9、10和11、12、13端口的串联就能改变测量范围。其线性误差不会随着连线距离的变长而降低。其受温度的影响更小。特别适用于电动机这类影响因素多的场合。
 
【参考文献】
       [1]张健.霍尔传感器的应用浅析[J].计算机工程应用技术.2009（7）：138.
       [2]宋苏臣、袁野.基于电流检测的霍尔传感器应用
       [3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11版
 
作者简介：王蒙蒙，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事隔离式安全栅研究发展。