霍尔电流传感器测量电流

霍尔电流传感器分类

霍尔电流传感器在测量方式上可以分为两种，开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。这两种类型的传感器在结构上来说闭环式传感器比开环式多了一个线圈，在精度上闭环式要优于开环式。

电流通过导体产生磁场，霍尔传感器贴近导体检测其磁场强度，通过磁场强度计算电流。

闭环霍尔电流传感器性能要优于开环霍尔电流传感器，可以测量任意波形的电流、主副线圈间绝对电气隔离、电气测量范围宽、响应时间短，在交直流测量中均可应用。

根据霍尔电压与磁场强度的正比例关系，设计装置，提供恒定的控制电流，那么霍尔电流的大小就只收到磁场强度一个因素的影响，进而霍尔电压的变化可以反应磁场强度的变化。而磁场是由相应电流产生的，与电流具有明确的联动关系。这就是利用霍尔元件测量电流强度的基本原理。

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。

边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。

当补偿电流I2流过测量电阻RM时，在RM两端转换成电压。做为传感器测量电压U0即：U0=I2RM

由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。

开环式霍尔电流传感器测量原理

开环式霍尔电流传感器由铁芯、霍尔芯片、运放等关键元器件构成。当电流穿过铁芯时会在铁芯上感应出磁场，铁芯将磁场聚集于豁口处被霍尔元器件感应到，从而感应出相应的电压，该电压被运放处理后输出，运放所输出的电压信号和原边电流满足一定的线性关系，从而将被测电流信号转化为电压信号，单片机采样该电压信号就可计算出被测电流的大小，从而实现测量电流的作用。开环式霍尔电流传感器又叫直测式。由于体积受限，许多芯片级的霍尔电流芯片都是用开环测量原理，如ACS712、ACS758等。

闭环霍尔电流传感器工作原理

与开环霍尔电流传感器相比，闭环霍尔电流传感器多了一个补偿线圈，该线圈缠绕在铁芯上。当电流传感器通过铁芯时，铁芯感应出磁场，霍尔元器件将磁场转化成电压，该电压被运放处理后驱动电路产生一个补偿电流，该补偿电流流过线圈产生一个磁场，该磁场与原边电流产生的磁场大小相等方向相反，从而抵消原边磁场，处于磁平衡状态。所以该补偿电流就是原边电流缩放后的，缩放比例与补偿线圈的圈数呈线性关系。闭环式霍尔电流传感器又叫间接测量法。

霍尔电流关键元器件-霍尔元器件

在霍尔电流传感器中，霍尔元器件是关键元器件，其性能影响着产品的性能。霍尔元器件的作用是将一定范围内的磁通量转化成电压信号。如下图所示，霍尔元器件将50mT内的磁通密度转化成电压信号。所以选用该芯片时，一定不要让铁芯产生的磁通密度超过50mT。

霍尔电流关键元器件-铁芯

霍尔电流传感器是由结构和电路紧密配合的一个产品，这其中，霍尔元器件的高度、位置，铁芯的材料、长度、横截面积都决定着产品的性能。在设计产品时，一定要注意严格根据测量范围计算铁芯的磁路长度、铁芯的横截面积、磁隙间距以及霍尔芯片的高度。当然这部分的计算是设计霍尔电流传感器中最核心的部分。

霍尔电流传感器测量过程注意事项

霍尔电流传感器不论是开环还是闭环原理，基本的性能区别不大，优点在于响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

霍尔电流传感器测量过程注意事项：

1、原边导线应放置于传感器内孔中心，尽可能不要放偏;

2、原边导线尽可能完全放满传感器内孔，不要留有空隙;

3、需要测量的电流应接近于传感器的标准额定值IPN，不要相差太大。如条件所限，手头仅有一个额定值很高的传感器，而欲测量的电流值又低于额定值很多，为了提高测量精度，可以把原边导线多绕几圈，使之接近额定值。例如当用额定值100A的传感器去测量10A的电流时，为提高精度可将原边导线在传感器的内孔中心绕十圈（一般情况，NP=1;在内孔中绕一圈，NP=2;……;绕九圈，NP=10，则NP×10A=100A与传感器的额定值相等，从而可提高精度）;

4、当欲测量的电流值为IPN/10的时，在25℃仍然可以有较高的精度。