電力電子的未來需要現(xiàn)代能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展，以使其比之前的系統(tǒng)更高效、更便宜、更小。這種系統(tǒng)需要精確的電流測量。開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器通常用于此目的：導(dǎo)體產(chǎn)生與電流相當(dāng)?shù)拇艌?，然后由磁芯集中并由霍爾傳感器測量。

最近推出的定制 ASIC 解決方案有助于提高測量精度。ASIC 技術(shù)的發(fā)展為開發(fā)與閉環(huán)技術(shù)性能相匹配的開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器鋪平了道路。

開環(huán)與閉環(huán)傳感器

開環(huán)電流傳感器由安裝在磁芯空間中的霍爾傳感器組成。它們測量交流和直流，并在輸入和輸出部分之間提供電氣隔離，電流隔離確保非接觸式測量。放大的霍爾信號(hào)代表傳感器輸出。開環(huán)傳感器通常比其他選項(xiàng)便宜，并且它們的低工作功率要求和小尺寸適合用于電池供電的電路。它們的缺點(diǎn)是它們?nèi)菀壮霈F(xiàn)飽和和溫度漂移。

霍爾電流傳感器背后的原理，在磁路中感應(yīng)出的與初級(jí)電流 If 成正比的磁通量通過插入磁路間隙中的霍爾元件，產(chǎn)生電位差 Vh，用圖中所示的公式表示。

閉環(huán)電流傳感器提供快速響應(yīng)、高線性度、低溫度漂移和低輸出噪聲，適合需要精確測量的應(yīng)用。閉環(huán)傳感器采用開環(huán)版本的概念，并在輸出端增加了一個(gè)次級(jí)繞組。閉環(huán)設(shè)備有時(shí)被稱為“零磁通”傳感器，因?yàn)樗鼘⑾喾吹碾娏黟伻肜p繞在磁芯上的次級(jí)線圈，以使初級(jí)電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通量為零。

閉環(huán)傳感器的輸出電流通過將電阻器連接到傳感器輸出和地來轉(zhuǎn)換為電壓值。選擇電阻值可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)整輸出大小。

技術(shù)的選擇，無論是開環(huán)還是閉環(huán)霍爾效應(yīng)或其他類型，在很大程度上取決于應(yīng)用的特定限制。

LEM的HMSR系列

LEM 用于交流和直流隔離電流測量的新型 HMSR 系列微型集成電路傳感器可以處理高達(dá) 20 kA 的過載電流突發(fā)。LEM針對(duì)降低成本、提高性能和小型化的市場需求量身定制了該系列。傳感器包括一個(gè)低電阻初級(jí)導(dǎo)體，以最大限度地減少功率損耗并確保易于使用。傳感器 ASIC 和鐵氧體磁性元件可實(shí)現(xiàn)直流測量并保持絕緣性能。

HMSR 系列使用專有的開路霍爾效應(yīng) ASIC 與單個(gè)低電阻初級(jí)導(dǎo)體相結(jié)合，以最大限度地減少功率損耗，允許在不損壞的情況下測量直流電流和高瞬態(tài)過載電流。作為 SO16 表面貼裝器件制造，它們的高度為 6 毫米，可以使用與其他板級(jí)組件相同的工藝直接安裝到 PCB 上，從而節(jié)省成本和空間。集成的 E2PROM 用于內(nèi)部溫度補(bǔ)償并通過補(bǔ)償?shù)窒坪驮鲆嫫啤?

據(jù) LEM 稱，將鐵氧體用于磁性元件可實(shí)現(xiàn) 270 kHz (–3 dB) 的高頻帶寬，并提供出色的外部磁場抑制。該公司表示，當(dāng)使用比較漏電起痕指數(shù) (CTI) 為 600 的材料時(shí)，傳感器的機(jī)械設(shè)計(jì)導(dǎo)致 8 毫米的分散和間隙，從而允許根據(jù) IEC 60950-1 進(jìn)行增強(qiáng)絕緣。

HMSR 傳感器獨(dú)特的初級(jí)導(dǎo)體允許初級(jí)電流過載和高絕緣水平?；阼F氧體的電路提供了對(duì)各種電力電子應(yīng)用(例如太陽能電池板)中存在的不均勻場的必要免疫力。內(nèi)置過流檢測 (OCD) 單元將控制應(yīng)用路徑與安全回路分開。通過兩個(gè)獨(dú)立的 OCD 單元，傳感器可以同時(shí)監(jiān)測過載和短路事件。

HMSR 系列的保護(hù)和檢測功能針對(duì) HVAC 或電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。對(duì)于需要耐浪涌以提供足夠防雷保護(hù)的太陽能行業(yè)應(yīng)用，LEM 設(shè)計(jì)并測試了 HMSR，以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 8/20-μs 浪涌測試配置文件提供所需的性能。LEM 提供 HMSR 評(píng)估板，用于快速原型設(shè)計(jì)和測試。

田村的 L32P 系列

Tamura生產(chǎn)基于霍爾效應(yīng)和磁通門效應(yīng)技術(shù)的電流傳感器。該公司表示，其開環(huán)和閉環(huán)產(chǎn)品的高精度和機(jī)械穩(wěn)健性使其與 LEM 和霍尼韋爾一起在所有工業(yè)領(lǐng)域成為世界領(lǐng)先者。驅(qū)動(dòng)器模塊完善了用于驅(qū)動(dòng)碳化硅 (SiC) MOSFET/IGBT 和 DC/DC 隔離轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品系列。

Tamura的解決方案具有快速響應(yīng)時(shí)間;高頻操作，內(nèi)部溫升最小;出色的 dV/dt 抗噪性;磁場穩(wěn)定性;和防硫選項(xiàng)，具體取決于客戶的應(yīng)用要求。

該公司的 L32PxxxS05(B)FS 系列開環(huán)傳感器采用鐵氧體磁芯進(jìn)行 PCB 安裝設(shè)計(jì)。寬電流范圍(飽和電流為 150 至 ~600 A)可減少高頻電流產(chǎn)生的熱量。

在提高效率和安全性的監(jiān)管和市場要求的推動(dòng)下，在車輛和工業(yè)系統(tǒng)中用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和輪速控制的電子控制裝置的使用持續(xù)增加。這些系統(tǒng)的控制需要能夠在惡劣環(huán)境中可靠運(yùn)行的強(qiáng)大磁傳感器。一個(gè)常見的挑戰(zhàn)是共模噪聲和干擾的存在，這會(huì)限制測量。齒輪的磨損也會(huì)導(dǎo)致控制信號(hào)的減少或丟失。

霍爾傳感器的使用解決了這些問題。通過將傳感器整合到系統(tǒng)中并利用協(xié)同關(guān)系作為反饋和補(bǔ)償，可以顯著提高傳感器性能。