GMC電流鉗在汽車行業(yè)的應(yīng)用

    1.長(zhǎng)鼻鉗

    ·長(zhǎng)而窄的鉗頭，適合測(cè)量狹小空間的線束。
    ·高分辨率的開環(huán)霍爾原理.

    ·可電池或外部電源供電

    ·測(cè)量范圍至60A

    ·典型應(yīng)用–汽車領(lǐng)域噴油嘴、燃油泵電路等常用檢測(cè)工具

    ·客戶–Snap-On（實(shí)耐寶）&HellaGutmann（海拉-古特曼）

    2.扁型鉗

    ·適用于狹窄空間的電流測(cè)量

    ·成本低

    ·開環(huán)霍爾原理.

    ·只能外部供電

    ·高達(dá)2000A的測(cè)試量程

    ·典型應(yīng)用–汽車測(cè)試中啟動(dòng)電流測(cè)試、電池充電測(cè)試及通用的測(cè)量工具

    ·客戶–Midtronics（密特電子）,HellaGutmann（海拉-古特曼）,AVL（李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司）,DaimlerChrysler（戴姆勒·克萊斯勒）,Actia（歐科佳）

    3.GPP系列

    ·25and32mm兩種鉗頭直徑
    ·兩種尺寸都可以用開環(huán)和閉環(huán)霍爾原理.

    ·寬頻DCto100kHz(Closedloop),DCto20kHz(Openloop)both-0.5dB

    ·可以電池或外部電源供電

    ·閉環(huán)到300A，開環(huán)到2000A的測(cè)量范圍

    ·此系列的電流鉗可用于任何需要無損測(cè)量電流的場(chǎng)合，比如變壓器、開關(guān)電源、工控設(shè)備、汽車電子等。

    ·客戶–來自汽車工業(yè)和供電系統(tǒng)的龐大群體。

    4.機(jī)械鉗

    ·為汽車產(chǎn)線出廠測(cè)試設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用

    ·耐磨的硬質(zhì)塑料或鋁制鉗頭

    ·23and32mm兩種規(guī)格

    ·閉環(huán)霍爾原理

    ·外部電源供電

    ·鉗頭可以獨(dú)立于鉗身單獨(dú)供電

    ·為Actia定制了藍(lán)牙傳輸模塊

    ·客戶–GIT(Hyundai,Kia)Actia(標(biāo)志雪鐵龍)Bosch(Ford,Volvo,LandRover,MAN)，賀爾碧格(保時(shí)捷)

    5.為客戶提供從產(chǎn)品到系統(tǒng)的個(gè)性化定制服務(wù)

    可用于系統(tǒng)集成的閉環(huán)AC/DC電流傳感器

    GMC-I集團(tuán)AT系列傳感器特點(diǎn)：

    準(zhǔn)確、堅(jiān)固、多功能、可靠
    兩個(gè)型號(hào)AT30和AT300

    交流/直流瞬時(shí)輸出高達(dá)300安培

    單電源和雙電源版本

    精確度高，分辨率達(dá)1mA

    鉗口可打開，便于測(cè)量接線

    緊湊的輕量化設(shè)計(jì)

    帶寬范圍DC-100KHz

    DIN式導(dǎo)軌安裝或面板安裝可選

    高達(dá)1mA的分辨率：先進(jìn)的磁路設(shè)計(jì)使得傳感器精度幾乎不受外部磁場(chǎng)或偏心導(dǎo)線定位的影響

    電磁兼容特性一致性：符合歐洲安全和電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，通過降低電磁干擾的敏感性，確保了高可靠性和安全的產(chǎn)品

    典型使用場(chǎng)合

    鐵路軌道

    電池充電系統(tǒng)

    汽車應(yīng)用，如汽車蓄電池導(dǎo)線的泄漏電流測(cè)量、電子控制單元休眠模式檢測(cè)和電流分析

    電信供電線路

    機(jī)場(chǎng)照明電路

    NON-INVASIVEAC/DCSPLITCORECURRENTTRANSDUCERS

    MODELAT30AT300

    CurrentRange30ADCorACPEAK300ADCorACPEAK

    OutputSensitivity100mV/A10mV/A

    OutputZeroDrift±1mV/°C±0.1mV/°C

    OutputConnectionVia5pinconnectorPhoenixMC1,5/5-G-3,81or2.9mscreenedcable

    FrequencyRangeDCto100kHz(-3dB)

    Resolution±1mA

    BasicAccuracy±1%ofreading±5mA

    ConductorPositionSensitivity<±0.5%relativetocentrereading

    ConductorDiameter25mmmaximum

    PowerSupply+12V±5%external±15V±10%external

    CurrentConsumption25mA+1mA/Ameasured

    LoadImpedance>10k?

    技術(shù)參數(shù)

    工作溫度：-20℃至65℃

    溫度系數(shù)：±0.02%讀數(shù)/℃

    儲(chǔ)存溫度：-20℃至85℃

    防護(hù)等級(jí)：IP40

    所有精度均在：23?C±1?C時(shí)滿足

     我們的新型CP系列AC/DC電流是基于霍爾效應(yīng)原理的。這些電流鉗使用新的磁芯設(shè)計(jì)，提供更高的外部磁場(chǎng)抑制，從而改善了整體性能。CP范圍包括3個(gè)不同的鉗口尺寸/開口（12,25和32毫米），使其易于進(jìn)入受限區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)體。

    CP系列適用于測(cè)量DC-400HZ頻率范。不同型號(hào)有4/40A，40/60A和40/400A，帶有4000計(jì)數(shù)位的液晶顯示器。

    主要優(yōu)點(diǎn)是：

    非侵入式直流和交流電流測(cè)量，高達(dá)400A.

    整體精度高，動(dòng)態(tài)范圍寬

    自動(dòng)量程，自動(dòng)斷電和自動(dòng)零點(diǎn)

    1mA的分辨率用于泄漏電流測(cè)量

    顯示保持模式，方便使用。

    方便進(jìn)入受限區(qū)域。

    優(yōu)越的外部磁場(chǎng)場(chǎng)抑制。

    改進(jìn)的導(dǎo)體位置靈敏度

    模擬輸出用于波形分析（CP61）

    可以根據(jù)用戶要求定制

    典型應(yīng)用：

    電氣維護(hù)、修理和機(jī)器安裝和啟動(dòng)應(yīng)用分析

    汽車或卡車中的漏電電流或起動(dòng)電流分析

    太陽能電池板的安裝和維護(hù)

    過程控制應(yīng)用中的4～20mA電流回路測(cè)試

    高時(shí)鐘頻率下逆變器電流的控制

    汽車應(yīng)用：

    -獨(dú)立電池泄漏電流測(cè)量

    -ECU（電子控制單元）需要高精度和高分辨率的睡眠模式的檢測(cè)

    I國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    磁通門是利用被測(cè)磁場(chǎng)中高導(dǎo)磁鐵芯在交變磁場(chǎng)的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測(cè)量弱磁場(chǎng)的一種傳感器。磁通門傳感器也稱磁強(qiáng)計(jì)，由探頭和接口電路組成，具有分辨率高(高可達(dá)10-11T)、測(cè)量弱磁場(chǎng)范圍寬(在10-8T以下)、可靠、簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、耐用、能夠直接測(cè)量磁場(chǎng)的分量和適于在高速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中使用等特點(diǎn)。磁通門傳感器的研究起始于1928年，幾年后才出現(xiàn)了利用磁性材料自身磁飽和特性的磁通門磁強(qiáng)計(jì)，它被用來測(cè)量1mT以下的直流或低頻交流磁場(chǎng)。1936年，Aschenbrenner和Goubau稱達(dá)到了0.3nT的分辨率。在第二次世界大戰(zhàn)中，用于軍事探潛的磁通門傳感器有了較大的發(fā)展。

    用電流傳感器作為電氣設(shè)備絕緣在線檢測(cè)系統(tǒng)的采樣單元，已得到業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。目前，電流傳感器有多種類型，如霍爾傳感器、無磁芯電流傳感器、高導(dǎo)磁非晶合金多諧振蕩電流傳感器、電子自旋共振電流傳感器等。由于電力系統(tǒng)使用環(huán)境的特殊性，許多傳感器存在自身的局限性。目前應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電流傳感器多是以電磁耦合為基本工作原理的，從采樣方式上分，這類傳感器主要有直接串入式、鉗式、閉環(huán)穿芯式三種。大量的研究試驗(yàn)表明，基于“零磁通原理”的小電流傳感器更適合電力系統(tǒng)絕緣在線檢測(cè)的要求。本文所述小電流傳感器即是以磁通門技術(shù)為基本原理，加上閉環(huán)控制在電子電路中的應(yīng)用，使小電流傳感器具有高精度、高穩(wěn)定度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。

    磁通門是一種磁測(cè)量傳感器。由于它在動(dòng)目標(biāo)中可以極敏感地感應(yīng)地磁強(qiáng)度,早在本世紀(jì)30年代就被應(yīng)用于航磁測(cè)量部門。近20年來,在物理學(xué)、電子技術(shù)、金屬冶煉等方面取得的巨大成果,使磁通門在弱磁測(cè)量、抗電磁干擾、耐高溫、可靠性、壽命、價(jià)格方面取得了前所未有的進(jìn)展。在地質(zhì)勘探和石油鉆井中,包括磁通門在內(nèi)的敏感元件提供的有關(guān)鉆頭前進(jìn)方向的信息,使按設(shè)計(jì)井身軌跡實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量定向—水平鉆井成為可能。

    我在這里簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)國(guó)際上取得的成果。MilanM.Ponjavic等人提出了一種自激震蕩的磁通門傳感器模型，對(duì)在模型中影響傳感器工作的主要特性都進(jìn)行了討論[2]。Q.Ma等人設(shè)計(jì)了一種新型DC傳感器，這種新型DC傳感器可以有效提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)具有良好的線性度。這種傳感器是基于磁勢(shì)自平衡和反饋補(bǔ)償?shù)腫3]。EyalWeiss等人研究了一種正交磁通門傳感器，這種傳感器不僅改善了磁通門的等效磁噪聲，而且簡(jiǎn)化了磁通門的輸出過程[4]。Szewczyk,R課題組為我們呈現(xiàn)了一種雙軸微型化磁通門傳感器，這種傳感器的鐵芯由鐵鈷合金制造，并且依托于PCB多層技術(shù)，同時(shí)為磁通門的進(jìn)一步微型化提供了依據(jù)[5]。GuillermoVelasco-Quesada等人設(shè)計(jì)了一種大電流測(cè)量裝置，并且通過增加開關(guān)電源和產(chǎn)生磁補(bǔ)償電流開關(guān)使得在功率方面取得了很大的提高[6]。

    II磁通門技術(shù)原理

    磁通門傳感器是利用被測(cè)磁場(chǎng)中高導(dǎo)磁率磁芯在交變磁場(chǎng)的飽和激勵(lì)下，其磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的非線性關(guān)系來測(cè)量弱磁場(chǎng)的。這種物理現(xiàn)象對(duì)被測(cè)環(huán)境磁場(chǎng)來說好像是一道“門”，通過這道“門”，相應(yīng)的磁通量即被調(diào)制，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。利用這種現(xiàn)象來測(cè)量電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而間接的達(dá)到測(cè)量電流的目的。

    磁通門現(xiàn)象是變壓器效應(yīng)的伴生現(xiàn)象,也服從法拉第電磁感應(yīng)定律。我們從簡(jiǎn)單的單鐵心磁通門探頭來說明其工作原理。如圖1,在一根鐵心上纏繞激磁線圈和感應(yīng)線圈,鐵心由軟磁材料制成,其橫截面面積為S,磁導(dǎo)率為μ,載流激磁線圈在鐵心上建立的激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度為H,感應(yīng)線圈的有效匝數(shù)為W2。

    在未認(rèn)定S、μ、H和W2中的任一參數(shù)為不變量，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)線圈上應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為：

    e=-10（W2μHS）（1）

    如果S和W2都不變,鐵心遠(yuǎn)離飽和工作狀態(tài),其磁導(dǎo)率μ常數(shù),這個(gè)物理模型中的感應(yīng)電勢(shì)e將僅僅是激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的結(jié)果。如果激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度

    H=Hmcos(2πf1t)(2)

    式中:Hm為激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值;f1為激磁電源頻率。則式(1)變?yōu)?br/>
    e=2π×μW2SHmsin(2πt)(3)

    這是理想變壓器效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

    實(shí)際變壓器效應(yīng)數(shù)學(xué)模型應(yīng)為：

    e=2π×f1(t)W2SHmsin(2πf1t)－W2SHmcos(2πf1t)(4)

    然而,鐵心磁導(dǎo)率μ(t)無正負(fù)之分,是個(gè)偶函數(shù)。將μ(t)展為傅立葉級(jí)數(shù)時(shí),可得：

    μ(t)=μ0m+μ2mcos4πf1t+μ4mcos8πf1t+...(5)

    式中:μ0m為μ(t)的常值分量;μ2mμ4m分別為μ(t)的各偶次諧波分量幅值。

    將式(5)代入式(4),得：

    e=2π×f1W2SHm[(μ0m+0.5μ2m)sin2πf1t+1.5×(μ2m+μ4m)sin6πf1t+2.5×(μ4m+μ6m)sin10πf1t+...(6)

    由上可知,考慮鐵心磁導(dǎo)率產(chǎn)的變化后感應(yīng)電勢(shì),將出現(xiàn)奇次諧波分量。考慮環(huán)境磁場(chǎng)實(shí)際施加在鐵心軸向的分量HOL時(shí),式(4)將變成：

    e=2π×f1μ(t)W2SHmsin(2πf1t)－W2SHmcos(2πf1t)－W2SHOL(7)

    當(dāng)比鐵心飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度和激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值Hm都小得多時(shí),它對(duì)鐵心磁導(dǎo)率μ(t)的影響可以忽略。單獨(dú)由HOL引起的感應(yīng)電勢(shì)e的增量eHOL為:

    e=()=－2π×f1W2S(2μ2msin4πf1t+4μ4msin8πf1t+6μ6msin12πf1t+...)(8)

    式(8)證明只要鐵心磁導(dǎo)率μ隨激磁磁場(chǎng)強(qiáng)度而變,感應(yīng)電勢(shì)中就會(huì)出現(xiàn)隨環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度而變的偶次諧波增量e(HOL)。

    當(dāng)鐵心處于周期性過飽和工作狀態(tài)時(shí),e(HOL)將顯著增大。利用這種物理現(xiàn)象就可以測(cè)量環(huán)境磁場(chǎng)。但與變壓器效應(yīng)相比較,其感應(yīng)線圈輸出的磁通門信號(hào)。e(HOL)相當(dāng)微弱。為實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量,可設(shè)計(jì)成差分輸出探頭來消除磁通門探頭變壓器效應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。

    III存在的問題

    電流測(cè)量方法主要包括：分壓電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器、Rogowski線圈(羅氏線圈)、磁通門電流傳感器、磁阻電流傳感器。其中霍爾電流傳感器和磁通門電流傳感器能夠檢測(cè)交流和直流?；魻栯娏鱾鞲衅髂軌驒z測(cè)幾千安培的電流，精度范圍在0.5%和2%之間，但是霍爾電流傳感器的檢測(cè)精度受溫度和外界磁場(chǎng)影響較大，這就限制了霍爾元件的應(yīng)用范圍[6]。

    多年來磁通門傳感器廣泛用于地質(zhì)勘探和太空探測(cè)中，傳統(tǒng)的磁通門傳感器還應(yīng)用于弱磁場(chǎng)檢測(cè)，比如地磁場(chǎng)探測(cè)、鐵礦石探測(cè)、位移檢測(cè)和無損檢測(cè)等方面[7]。由于二次諧波解調(diào)電路的復(fù)雜性和工業(yè)磁材料性能的限制使得這種傳感器對(duì)于一般工業(yè)應(yīng)用來說過于昂貴。近年來隨著軟磁材料的快速發(fā)展和電子元件價(jià)格的下降使得磁通門電流傳感器經(jīng)濟(jì)價(jià)格上可與霍爾傳感器進(jìn)行相比。同時(shí)，對(duì)于直流測(cè)量應(yīng)用的性能優(yōu)越，磁通門電流傳感器不失為一種好的選擇。與霍爾傳感器相比，磁通門電流傳感器具有低溫漂和低漂移的優(yōu)點(diǎn)。由于磁通門電流傳感器的磁芯工作在周期性的飽和與非飽和狀態(tài)，所以磁場(chǎng)偏移得到有效抑制，同時(shí)保證了磁通門電流傳感器較高的測(cè)量精度。

    由于磁通門能夠檢測(cè)的最大磁場(chǎng)不過數(shù)十高斯，所以磁通門僅適用于微弱的直流或者低頻交流電流的檢測(cè)。復(fù)雜的二次諧波處理電路以及鐵磁材料性能的限制，使得磁通門電流傳感器成本較高，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中存在著局限性。

    IV應(yīng)用現(xiàn)狀及前景預(yù)測(cè)

    磁通門從其問世以來得到了不斷的發(fā)展和改進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，如地磁研究、地質(zhì)勘探、石油測(cè)井、空間磁場(chǎng)探測(cè)、磁性導(dǎo)航、武器偵察、探潛、磁性材料測(cè)試和材料無損探傷等弱磁場(chǎng)探測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，磁通門在宇航工程中也得到了重要應(yīng)用，例如，用來控制人造衛(wèi)星和火箭的姿態(tài)，測(cè)繪太陽的“太陽風(fēng)”和帶電粒子相互作用的空間磁場(chǎng)、月球磁場(chǎng)、行星磁場(chǎng)以及星際磁場(chǎng)的圖形等。美國(guó)宇航局(NASA)目前正在制訂的一項(xiàng)雄心勃勃的微型儀器技術(shù)開發(fā)計(jì)劃，主要目的是發(fā)展適合21世紀(jì)的小型、低價(jià)、高性能航天器，利用MEMS技術(shù)對(duì)航天器有效載荷的某些機(jī)電部件進(jìn)行微型化，以極大地減小各種科學(xué)儀器和傳感器的體積和質(zhì)量，提高探測(cè)器的功能密度。美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)稱這些微型儀器將是新的微型實(shí)驗(yàn)室的心臟，它們主要包括：火星登陸器、微加速度計(jì)、微磁強(qiáng)計(jì)、微濕度計(jì)、微氣象站、微地震儀、微集成相機(jī)、微成像光譜儀以及微推進(jìn)器等。由此可見，微型磁通門在其計(jì)劃中的位置。

    目前磁通門技術(shù)的發(fā)展方向有：1、提高分辨率。2、提高測(cè)強(qiáng)精度。3、提高分辨率、帶寬和精度的綜合技術(shù)水平。4、提高測(cè)量上限。5、提高分辨率、精度和拓寬量程的綜合技術(shù)水平。6、研制簡(jiǎn)易型、微型化和元件化磁通門器件。

    傳統(tǒng)制造磁通門的方法是在高導(dǎo)磁鐵芯上用機(jī)械的方法纏繞上勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈制成探頭，再與接口電路連接起來，這種方法制作的磁通門在體積、質(zhì)量以及功耗等許多方面都難以實(shí)現(xiàn)微型化。目前，利用MEMS技術(shù)與半導(dǎo)體集成電路工藝相結(jié)合是研制微型磁通門傳感器的突破口。

    微型磁通門傳感器的研究方向如下：①系統(tǒng)化，將探頭與接口電路完全集成在一個(gè)芯片上，制成真正的磁通門MEMS系統(tǒng);②陣列化，根據(jù)需要在一個(gè)芯片上制作一系列磁通門探頭不僅可以提高傳感器的性能，也可完成某些特定的功能，如制作微型磁羅盤;③利用微加工技術(shù)，從而提高磁通門傳感器的性能，特別是磁芯的性能;④利用計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件對(duì)磁通門的接口電路進(jìn)行模擬優(yōu)化，提高電路的性能;⑤利用計(jì)算機(jī)對(duì)微型磁通門探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，以縮短設(shè)計(jì)周期，提高研究效率，進(jìn)一步降低成本;⑥向?qū)嵱没⑸唐坊较虬l(fā)展，從而促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

    現(xiàn)在一些國(guó)際上的公司已經(jīng)將傳感器微型化進(jìn)行了生產(chǎn)，并取得不錯(cuò)的成績(jī)，以霍爾傳感器的應(yīng)用廣泛，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。劍橋大學(xué)將磁通門原理制成測(cè)量探頭應(yīng)用在PCB板上，成功制得了產(chǎn)品。

    V參考文獻(xiàn)

    [1]吳嘉慧，施文康，“磁通門技術(shù)在檢測(cè)中的應(yīng)用”，國(guó)內(nèi)技術(shù)12期，2000.

    [2]A.Q.Ma,“DCsensorbasedonmagneticpotentialself-balanceandfeedbackcompensation，”IETSoftware,vol.3.no.4,pp.312-316,2009.

    [3]EyalWeiss,“OrthogonalFluxgateEmployingDigitalSelectiveBandpassSample,”IEEETransMagn,vol.48.no.11,pp.4089-4091,2012.

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    [6]GuillermoVelasco-Quesada,“Designofalow-consumptionfluxgatetransducerforhigh-currentmeasurementapplications,”IEEESensorsJ.,vol.11.no.2,pp.280-287,2011.

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    [8]Kaluza,AGrüger,HGrüger.Newandfutureapplicationsof?uxgatesensors.Sens.ActuatorsA,Phys,2006,(106):48–51

本文會(huì)著重分析到的霍爾式，在遍及工業(yè)與生活的各大領(lǐng)域中，電流檢測(cè)是不容忽視的一個(gè)重要市場(chǎng)門類。傳統(tǒng)上，常見到的檢測(cè)技術(shù)包括電阻采樣式（Shunt），電流互感器式（Current Transformer），磁阻式（xMR）等。

霍爾式電流傳感器具有當(dāng)今業(yè)界技術(shù)成熟和性價(jià)比最高等特點(diǎn)，因而廣受行業(yè)內(nèi)人士的喜愛；能檢測(cè)的范圍涵蓋DC和AC，電流從A級(jí)到kA級(jí)，靈敏度適中。

霍爾式又可以分為閉環(huán)式和開環(huán)式電流互感器。從構(gòu)造復(fù)雜度和性價(jià)比而言，開環(huán)式結(jié)構(gòu)有著更高的綜合效益。開環(huán)霍爾檢測(cè)，主要有單芯片檢測(cè)技術(shù)，和霍爾檢測(cè)模塊技術(shù)兩種。單芯片技術(shù)對(duì)于小電流范圍和低功耗應(yīng)用好。---線性霍爾傳感器

本文將針對(duì)霍爾電流模塊，著重探討其中的磁場(chǎng)學(xué)考量和電子設(shè)計(jì)因素，以幫助您進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)。

我們知道，霍爾效應(yīng)利用垂直磁場(chǎng)中的霍爾板，感應(yīng)出與磁場(chǎng)成正比的電壓（即霍爾電壓）的原理，進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量?，F(xiàn)實(shí)世界中的磁場(chǎng)源無非三種，磁鐵是其中一種，而導(dǎo)體流過的電流，也是重要的一種。根據(jù)安培右手螺旋定則，直導(dǎo)線電流，產(chǎn)生環(huán)繞導(dǎo)線方向的磁場(chǎng)。

但是，當(dāng)單純依靠電流產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，由于相對(duì)自由的散布在空間，非常容易受到外在雜散磁場(chǎng)影響。比如，其他通電導(dǎo)線，或者附近電機(jī)的磁場(chǎng)都有可能完全混淆到磁場(chǎng)中，使原本的待測(cè)電流信號(hào)不可辨分。

檢測(cè)磁鐵為例的霍爾效應(yīng)示意圖

霍爾式電流傳感器構(gòu)造原理：

作為基本的磁學(xué)原理，所有各條磁感線具有永不相交和各自閉合的特性。當(dāng)使用帶氣隙（airgap）的磁環(huán)時(shí)，由于磁環(huán)本身為軟磁（Soft Iron）材料的導(dǎo)磁（magnetic conduction）特性，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)匯聚到磁環(huán)中，并在氣隙中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)（homogeneousfield）。由此，很容易直觀理解其結(jié)構(gòu)的兩大優(yōu)點(diǎn)，外在雜散磁場(chǎng)對(duì)氣隙中的磁場(chǎng)影響小到可以忽略，并且在氣隙中磁場(chǎng)因獲得額外增益而得以加強(qiáng)。---電流傳感器

在氣隙狹小的空間中，磁環(huán)方案的電流檢測(cè)獲得出色的抗干擾、抗共模特性。

假設(shè)氣隙的大小是g（mm)，如圖所示。而導(dǎo)線通過的電流為I（A），則磁感強(qiáng)度B（mT）可以由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出

以電流為400A、氣隙大小是2.5mm為例，在氣隙內(nèi)的區(qū)域，可以產(chǎn)生200mT(即2000Gauss)的磁場(chǎng)。

這時(shí)候，為了檢測(cè)該磁場(chǎng)，氣隙中需要一顆能夠處理200mT磁感應(yīng)強(qiáng)度的線性霍爾電流傳感器芯片放置在氣隙中，它可以用來反映被檢測(cè)的電流。

電流測(cè)量的常用傳感器，一種是分流器，另一種就是霍爾電流傳感器?；魻?a data-mid="275" href="http://dghuisheng.cn/a/244.html">電流傳感器屬于依靠電磁特性檢測(cè)電流的傳感器。

霍爾電流傳感器的原理：

1 、霍爾效應(yīng)是什么：

霍爾效應(yīng)指的是，有小電流通過的一個(gè)半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，受到磁場(chǎng)作用影響電流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在控制電流的垂直方向上的半導(dǎo)體兩側(cè)形成了電壓差，該電勢(shì)差就是霍爾電壓?；魻栯妷旱拇笮?，與磁場(chǎng)強(qiáng)度和半導(dǎo)體內(nèi)通過的控制電流成正比。

根據(jù)霍爾電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度的正比例關(guān)系，設(shè)計(jì)裝置，提供恒定的控制電流，那么霍爾電流的大小就只收到磁場(chǎng)強(qiáng)度一個(gè)因素的影響，進(jìn)而霍爾電壓的變化可以反應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。而磁場(chǎng)是由相應(yīng)電流產(chǎn)生的，與電流具有明確的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。這就是利用霍爾元件測(cè)量電流強(qiáng)度的基本原理。

2 、霍爾電流傳感器的應(yīng)用類型

1）直檢式霍爾電流傳感器又叫開環(huán)式霍爾電流傳感器、直放式霍爾電流傳感器

當(dāng)在一根長(zhǎng)導(dǎo)線中通以電流時(shí)，在導(dǎo)線的周圍會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，該磁場(chǎng)的大小與通過導(dǎo)線的電流成正比。利用薄半導(dǎo)體片的霍爾效應(yīng)，測(cè)量霍爾器件感應(yīng)生成的電壓信號(hào)，經(jīng)過放大器放大霍爾電壓后，可以直接測(cè)量霍爾電壓。直檢式霍爾電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本較低、能量效率高、檢測(cè)范圍廣及電耗低等；缺點(diǎn)是精度、線性度較差、響應(yīng)速度較慢、且溫漂較大。

2）磁平衡式霍爾電流傳感器，又叫閉環(huán)霍爾電流傳感器、零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器

磁平衡式霍爾電流傳感器是依據(jù)磁場(chǎng)平衡原理工作的。原邊電流在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使得霍爾元件上產(chǎn)生電壓偏差；

電壓信號(hào)傳遞給放大器后，經(jīng)過放大的電流信號(hào)輸送給次級(jí)線圈（下圖中紅色繞組），在次級(jí)線圈上感應(yīng)出的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，方向與原邊磁場(chǎng)相反。經(jīng)過反復(fù)調(diào)整放大器輸出電壓， 原邊產(chǎn)生的磁場(chǎng)與次級(jí)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在氣隙處互相抵消，從而使得半導(dǎo)體薄片處于零磁通的環(huán)境中。

達(dá)到這種平衡狀態(tài)以后，檢測(cè)放大器輸出電流，推算得到原邊回路電流值。  磁平衡式霍爾電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高、響應(yīng)時(shí)間快、溫漂小、線性度好及抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是測(cè)量范圍較固定，成本、能耗較高。

霍爾電流傳感器的分類和測(cè)量原理是什么：

根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，除了霍爾效應(yīng)原理外，霍爾電流傳感器還采用磁通門技術(shù)和磁阻技術(shù)來測(cè)量電流。磁通門技術(shù)的原理測(cè)量精度高于霍爾效應(yīng)原理，一般用于高精度實(shí)驗(yàn)室電流傳感器等檢測(cè)儀器的研發(fā)。以下是基于霍爾效應(yīng)原理的電流傳感器。

霍爾電流傳感器分類

霍爾電流傳感器可以分為開環(huán)式霍爾電流傳感器和閉環(huán)式霍爾電流傳感器兩種測(cè)量方法。在結(jié)構(gòu)上，這兩種類型的傳感器比開環(huán)式傳感器多了一個(gè)線圈，閉環(huán)式傳感器在精度上優(yōu)于開環(huán)式傳感器。

閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理

與開環(huán)霍爾電流傳感器相比，閉環(huán)霍爾電流傳感器增加了一個(gè)補(bǔ)償線圈，線圈纏繞在鐵芯上。當(dāng)電流傳感器通過鐵芯時(shí)，鐵芯感應(yīng)到磁場(chǎng)，霍爾元件將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電壓。電壓放置后，驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流通過線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，與原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相反，從而抵消原邊磁場(chǎng)，處于磁平衡狀態(tài)。因此，補(bǔ)償電流是原邊電流縮放后的，縮放比例與補(bǔ)償線圈的匝數(shù)呈線性相關(guān)。連接霍爾電流傳感器也稱為：閉環(huán)電流傳感器

霍爾電流傳感器開環(huán)式測(cè)量原理

開環(huán)式霍爾電流傳感器由鐵芯制成.霍爾芯片.運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵部件組成。當(dāng)電流通過鐵芯時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)在鐵芯上感應(yīng)，磁場(chǎng)會(huì)聚集在開口處，被霍爾元件感應(yīng)，然后相應(yīng)的電壓會(huì)被感應(yīng)出來。電壓經(jīng)過運(yùn)輸處理后導(dǎo)出，運(yùn)輸輸出的電壓信號(hào)與原邊電流滿足一定的線性相關(guān)性，從而將被測(cè)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。單片機(jī)可以通過取樣電壓信號(hào)來計(jì)算被測(cè)電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量電流的功能。開環(huán)霍爾電流傳感器也叫直測(cè)式。由于體積有限，許多芯片級(jí)的霍爾電流芯片使用開環(huán)測(cè)量原理，例如ACS712.ACS758等。

霍爾電流關(guān)鍵部件-鐵芯

霍爾電流傳感器是一種由結(jié)構(gòu)和電路緊密配合而成的產(chǎn)品，其中，霍爾元件的高度.位置，鐵芯材料.長(zhǎng)度.橫截面積決定了商品的性能。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，必須嚴(yán)格按照檢測(cè)范圍計(jì)算鐵芯的磁路長(zhǎng)度。.鐵芯的橫截面積.磁間隔和霍爾芯片的高度。在霍爾電流傳感器的設(shè)計(jì)中，當(dāng)然這部分的計(jì)算是重要的。

霍爾電流關(guān)鍵部件-霍爾部件

霍爾元件是霍爾電流傳感器中的關(guān)鍵元件，其性能影響商品的性能?；魻栐淖饔檬窃谝欢ǚ秶鷥?nèi)將磁通量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。如圖所示，霍爾元件將50mT磁通密度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。因此，在選擇芯片時(shí)，鐵芯產(chǎn)生的磁通密度一定不能超過50%mT。

電子電表使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來檢測(cè)電源電壓和從負(fù)荷（如房屋）中吸收的電流。為了以適當(dāng)?shù)姆绞綑z查電源電流，應(yīng)使用電流傳感器將從客戶負(fù)荷中吸收的電流轉(zhuǎn)換為模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測(cè)到的電壓。一種成這種轉(zhuǎn)換的特殊電流傳感器是分流器。

如圖所示，分流器根據(jù)歐姆定律運(yùn)行——電源電流流過分流器的輸入端子，跨分流器導(dǎo)出端子的電壓進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行檢查。由于跨分流器導(dǎo)出端子的電壓與流過分流器的電流成比例，因此通過適當(dāng)?shù)谋壤蜃?，檢測(cè)到的電壓可以轉(zhuǎn)換回來表示電流。

電能計(jì)量系統(tǒng)中的分流器使用

注意，雖然該圖只顯示了分流器上的兩個(gè)端子，但在實(shí)踐中經(jīng)常使用五個(gè)端子分流器。在該方案中，五個(gè)端子中的四個(gè)用于提供四個(gè)端子檢測(cè)功能，以便準(zhǔn)確測(cè)量跨分流器的電壓。第五個(gè)端子不僅用于向電表提供電力，還用于測(cè)量傳輸?shù)娇蛻糌?fù)荷的電源電壓。

分離式電流傳感器的優(yōu)點(diǎn)：

討論分離式電流傳感器的基本運(yùn)行，即分流器，讓我們談?wù)勈褂梅至髌鞯囊恍┖锰帲?/span>

首先，它們沒有任何帶磁組件的簡(jiǎn)單電流傳感器，不易被磁篡改，這與電流互感器不同(CT)傳感器。在市場(chǎng)上（包括電能盜竊問題令人擔(dān)憂），這是分流器經(jīng)常被用作電流傳感器的原因。

此外，分流器也相對(duì)便宜。由于靜電計(jì)市場(chǎng)的成本限制，在單相電表中選擇分流器作為電流傳感器具有很大的吸引力。

分離式電流傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：

分離式電流傳感器可以用來測(cè)量DC(DC)電流，這一點(diǎn)也和CT或者羅柯夫斯基線圈不同。這個(gè)優(yōu)勢(shì)對(duì)于特定的應(yīng)用程序特別有用。這樣的應(yīng)用程序(可以從這個(gè)優(yōu)勢(shì)中受益)是分流器用于服務(wù)器電源的分項(xiàng)測(cè)量，因?yàn)橐恍?shù)據(jù)服務(wù)器可以從中使用ups電源(UPS)的DC電力。

當(dāng)觸摸高頻信號(hào)時(shí)，分流器還顯示比CT較低的諧波相移。這使得分流器的選擇成為電源質(zhì)量監(jiān)測(cè)器的有吸引力的選擇——電源質(zhì)量監(jiān)測(cè)器可以分析電壓和電流的諧波，以確保提供給消費(fèi)者的電源電壓和客戶負(fù)荷產(chǎn)生的電流波的質(zhì)量。

最終，與CT不同的是，分流器沒有任何固有的跨溫度或輸入電流相移；但請(qǐng)記住，這并不意味著沒有必要進(jìn)行相位補(bǔ)償。由于其他相位移源（如抗混合疊濾波器）可導(dǎo)致電壓和電流之間的意外相移，相位補(bǔ)償仍然需要在功率因素較小時(shí)保證高精度。

在這種情況下，這確實(shí)意味著當(dāng)輸入電流或溫度發(fā)生變化時(shí)，可能會(huì)根據(jù)選擇CT相位偏差發(fā)生變化。因此，使用電流互感器時(shí)的系統(tǒng)相位偏差大于使用分流器時(shí)的系統(tǒng)相位偏差。這種較大的相位偏差變化會(huì)使簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的相位校正變得更加困難，從而可能導(dǎo)致跨溫度或電流測(cè)量的功率偏差發(fā)生變化。

電流傳感器是什么以及電流傳感器的選型和使用特點(diǎn)：

電流傳感器是一種檢測(cè)裝置，可以感覺到被測(cè)量電流的信息，并可以根據(jù)某些規(guī)則將檢測(cè)到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他符合某些標(biāo)準(zhǔn)要求的方式，以滿足信息傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制的條件。

電流傳感器，又稱磁傳感器，可用于家用電器、智能能源、電池車、風(fēng)能發(fā)電等，在日常生活中可用于許多磁性傳感器，如計(jì)算機(jī)磁盤、指南針、家用電器等。

電流傳感器是一種有源模塊，例如霍爾器件、運(yùn)放、末級(jí)電源管，都需要同時(shí)工作電源和功耗。

(1)傳感器的工作電流。直接檢查類型(無放大)功耗:最大功耗5.mA；直接檢查放大耗電量：±20mA；磁補(bǔ)償式功耗：20輸出電流；20輸出電流的最大工作電流消耗2倍。功耗可以根據(jù)工作電流的消耗來計(jì)算。

(2)輸出端集中連接大電解便于降噪。

(3)電容位uF，二極管為1N4004。

(4)變壓器根據(jù)傳感器器的功耗。

電流傳感器如何選擇？

A，在選擇電流傳感器時(shí)，要注意空間布局是否一致；

B，在選擇電流傳感器時(shí)，要注意穿孔尺寸是否能保證電線能通過傳感器；

C，選擇電流傳感器時(shí)，應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境是否有高溫、低溫、高濕冷、強(qiáng)震等特殊環(huán)境；

使用電流傳感器的說明

A，接線時(shí)注意接線端子的外露導(dǎo)電部分，盡量避免ESD對(duì)于影響，需要具有專業(yè)施工經(jīng)驗(yàn)的工程師對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行接線操作。電源、輸入和輸出連接線必須正確連接，不得移動(dòng)或反向連接，否則可能導(dǎo)致貨物損壞。

B，商品安裝應(yīng)用環(huán)境應(yīng)無導(dǎo)電粉塵和腐蝕性

C，強(qiáng)烈的振動(dòng)或高溫也會(huì)對(duì)商品造成損壞，必須注意使用場(chǎng)所。

電流傳感器的特點(diǎn)：

1.體型小，重量輕，安裝方便

2.檢測(cè)范圍廣:可測(cè)量直流、交流、脈沖、三角波型等任意波型的電流和電壓。，甚至可以忠實(shí)地反映暫態(tài)峰值電流和電壓信號(hào)；

3.高測(cè)量精度:其測(cè)量精度優(yōu)于1%，適用于任何波型的測(cè)量。一般變壓器是感性元件，接入后影響被測(cè)信號(hào)波型，一般精度為3%~5%，僅適用于50Hz正弦波形。

4.線性好：優(yōu)于0.2%。

5.動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間快，可小于1us;一般互感器的響應(yīng)時(shí)間為10~20ms。

工作頻段寬：0~1000KHz可以測(cè)量頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。

6.可靠性高，平均無故障工作時(shí)間長(zhǎng)：平均無故障時(shí)間>510小時(shí)。

7.過載能力強(qiáng)，檢測(cè)范圍大：0-幾十安培~過萬安培。

8.快速響應(yīng)速度：最快響應(yīng)時(shí)間僅為1us。