霍尔传感器 分流器 德州仪器推出新款高精准度的霍尔效应传感器和集成式分流器，进一步简化电流检测
德州仪器推出新款高精准度的霍尔效应传感器和集成式分流器，进一步简化电流检测
• 更低漂移的隔离式霍尔效应电流传感器可降低高压系统的设计复杂性
• EZShunt™ 集成式分流器产品系列不仅能够简化设计，还能降低系统成本和提高性能
德州仪器 (TI) 今日推出了多款全新的电流传感器，用于帮助工程师简化设计并提高精度。这些新产品专为在宽共模电压和宽温度范围内工作而设计，其中包括适用于高电压系统的更低漂移隔离式霍尔效应电流传感器、以及无需为非隔离式电压轨使用外部分流电阻器的电流分流监控器产品系列。
新款霍尔效应电流传感器 TMCS1123 在整个生命周期和温度范围内具有业内出色的增强型隔离和高精度，能够为高压系统简化设计并提供出色的精度。德州仪器的新型 EZShunt™ 产品系列包含小型完全集成式电流分流监控器和业内高精度的 75A 集成式分流器解决方案，适用于高达 85V 和 75ARMS 的非隔离式系统。如需了解更多信息，请访问 TI.com/TMCS1123 和 TI.com/EZShunt。
德州仪器业务部经理 Jason Cole 表示：“选择电流检测解决方案时，设计工程师需要权衡四个关键因素：成本、尺寸、精度和速度。这些新产品凸显了我们品类丰富的检测技术如何帮助各种系统更好地应对设计挑战。以 TMCS1123 为例，该器件具有高精度和低传播延迟的特点。凭借该器件，设计人员现在可以在高压系统中使用霍尔效应传感器，而这个在之前是无法实现的，这大大降低了系统成本和缩小了系统尺寸。”
在高压系统中利用霍尔效应电流传感器实现快速而精确的控制
电动汽车充电器和光伏逆变器等高压系统中日益需要高度精确的电流测量，但霍尔效应电流传感器在整个生命周期内的高漂移使它们经常被忽略。霍尔效应电流传感器 TMCS1123 具有 1,100VDC 的更高增强型隔离工作电压，其最大灵敏度误差为 ±0.75%，在整个温度范围内的漂移为 50ppm/°C，在整个生命周期内的漂移为 ±0.5%。借助 TMCS1123 的高精度，设计人员能够在简化设计的同时优化系统性能。该器件在整个生命周期内具有高精度和出色的稳定性，无需重新校准设备，从而减少了昂贵且耗时的维护工作。
此外，精密控制功率转换对于优化系统效率和保护至关重要。TMCS1123 具有 600ns 的低传播延迟和 250kHz 的带宽，能够实现更快的控制环路，同时保持低噪声，从而提高系统效率。
采用 EZShunt 技术简化系统设计并缩小系统尺寸
德州仪器的新款 EZShunt电流检测解决方案产品系列无需使用外部分流电阻器，因此可以简化设计。新款产品系列提供了一个完全集成的电流检测解决方案，该解决方案能够装入 1206 分流电阻器封装内，通过简单的单个芯片提供分立式解决方案的价值。
EZShunt 产品系列具有高性价比和高精度的特点，漂移低至 25ppm/°C，并提供各种封装和分流器阻值。INA700 是小型集成式电流分流监控器，使工程师能够将电流检测解决方案的尺寸缩小多达 84%。该产品系列还包括 INA781，一款具有高精度的 75A 集成式分流器解决方案，能够支持高达 85V 的共模电压。
德州仪器致力于帮助工程师更精确地感知世界，构建了这些全新的霍尔效应和 EZShunt 电流检测解决方案。如需了解更多信息，请访问 TI.com/sensing。
封装和供货情况
霍尔效应电流传感器 TMCS1123 现支持预量产，目前仅可在 TI.com.cn 上购买，采用 10.3mm x 10.3mm、10 引脚 Small Outline Integrated Circuit (SOIC) 封装。同时，设计人员可以购买 TMCS1123EVM。TI.com.cn 上提供了多种付款方式和发货方式。TMCS1123 还提供带宽更高和符合汽车标准的版本。
EZShunt 产品现支持预量产，但仅可在 TI.com.cn 上购买，提供多种封装选项，尺寸小至 1.319mm x 1.239mm。TI.com.cn 上提供了多种付款方式和发货方式。EZShunt 产品还提供模拟和汽车版本。
浅谈霍尔电流传感器在直流电流检测中的应用及选型
【摘要】 直流电流是电气测量中常见的被测量，检测方法主要有直接式和非直接式。其中直接式是利用分流器，非接触 式是利用霍尔电流传感器或直流电流互感器。相比较而言霍尔电流传感器在精度、线性度等方面具有优势，所以成为直 流电流检测领域的研究重点。文章针对霍尔传感器在直流电流检测中的应用进行分析。
【关键词】 霍尔传感器；电流检测；霍尔效应
引言
随着光伏发电、风力发电等技术的发展，直流电的应用范围变得日益广泛。相应的直流电流也就成为一个重要的检测量。霍尔电流传感器在综合了分流器和直流电流互感器优点的同时，也有效避免了两者存在的缺陷，是一种先进的、能隔离主电路回路和电子控制电路的电测量元件，且具有精度高、线性好、响应快的优点。文章简单介绍了霍尔电流传感器的工作原理及种类，重点探讨了其在直流电流检测中的应用。
一、霍尔电流传感器的分类及工作原理
1.霍尔效应
霍尔电流传感器是霍尔传感器的一种，是基于霍尔效应制造的一种磁场传感器。图１为霍尔效应的原理图。
图1 霍尔效应原理图
图１中UH为霍尔电势
UH＝（RH/d）IHB
式中，RH为霍尔系数，由元件材料的性质决定，通过霍尔效应实验可获得；B为磁感应强度；d为材料厚度。
2.霍尔电流传感器的种类及工作原理
霍尔传感器的测量属于间接测量，可对各种类型的电流进行测量，从直流到几十千赫兹的交流。根据其结构可分为开环式和闭环式两种。
（1）开环式霍尔电流传感器
图２ 开环式霍尔电流传感器
通过对图2分析，可以了解到开环式霍尔电流传感器主要是由磁芯、霍尔元件和放大电路三部分构成。其中在磁芯上有一个开口气隙，霍尔元件置于气隙处。当有电流IP流过原边导体时，会在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁力线被磁芯聚集在气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，再由放大电路将该信号进行放大并输出。这一类传感器一般情况下可输出±10V左右的电压信号。为了增强传感器的电磁兼容性，传感器也可将 电压信号变换为电流信号输出。
（2）闭环式霍尔电流传感器
如图3所示，闭环式霍尔电流传感器主要是由磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组四部分组成。在工作过程中，放大电路接收到霍尔元件的输出并放大为电流信号提供给副边补偿绕组，副边补偿绕组会在磁芯中产生一个与原边电流产生的磁场在气隙处大小相等，方向相反的磁场，将原有磁场抵消，构成负反馈闭环控制电路。
图3 闭环式霍尔电流传感器
若在检测过程中如果副边电流太小，产生的磁场无法抵消原边磁场，则放大电路会根据情况输出更大的电流；反之，放大电路会根据情况降低输出电流，实现气隙处磁场的平衡。当原边电流发生变化时，会破坏气隙处磁场的平衡，相应地负反馈闭环控制电路会及时对副边输出电路机械能调节，使磁场快速恢复平衡。从理论上讲，磁芯的气隙处在检测过程中将始终保持零磁通状态，这就是零磁通互感器及磁平衡霍尔电流传感器名称的来由。
3.开环式和闭环式的区别
两者的区别主要是体现在检测带宽和检测精度， 闭环式的检测带宽可达到100kHz，而开环式只能够达到3kHz；开环式的检测精度通常劣于1%，而闭环式的检测精度可达到0.2%。
二、霍尔传感器在直流电流检测中的应用
通过前面关于开环式和闭环式两种传感器带宽和精度的比较，可以清晰地认识到闭环式传感器在直流电流检测中具有更为广阔的应用前景。下面以CSC5G型闭环式霍尔传感器为例分析其在直流电流检测过程中的应用。这一类型的传感器能够对800／1000／2000／3000／4000／6000A多个等级的电流进行测量。具体性能参数为：线性范围在1.5倍的额定电流；精度及线性度在±1%；失调电压<±20mV；磁滞误差<±10mV；反应时间<10μs（di/dt＝50A/μｓ）等。
1.应用过程中需要注意的问题
（1）电流传感器的穿心导体能够充满孔径，根据传感器孔径不同可合理选择铜排或铜棒等。
（2）在传感器的安装位置附近没有强磁场，诸如变压器、大电流导体等。
（3）在电磁干扰较大的环境中应尽量选择二次输出为电流信号的传感器，且电流信号尽可能大。
（4）注意与准确度有关的技术指标，如零点输出误差、基本误差、线性度误差、回差、重复性误差等。
（5）注意运行环境温度变化。由于霍尔元件是用半导体材料制成，温度变化会影响霍尔元件内阻变化， 所以在传感器设计时要针对性的设计温度补偿电路。
2.提高检测精度的方法
在实际应用过程中除了安装接线、即时标定校准、注意传感器的工作环境外，通过下面几个方法还可以进一步提高检测精度：
（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。
3.未来发展趋势
针对闭环式霍尔电流传感器应用过程中的不足情况，研究人员进行了针对性改进研究，相关成果有集磁极霍尔传感器、智能闭环霍尔传感器等。其中集磁极霍尔传感器是在芯片表面附着一个由高磁导率和低矫顽磁场的铁磁体制成的铁磁层，以此来提高其性能；智能闭环霍尔电流传感器则是通过利用先进的数据采集、分析系统，对传感器所处环境的环境温度及电流传感器的输出信号进行采集并上传至后台机，由后台机进行自动修正，输出更为精确的检测信号。
三、安科瑞霍尔型传感器的选型
1.概述
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，广泛应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，具有响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强等优点。
2.应用场所
霍尔电流传感器控制从可再生能源系统发送到电网的能量的流量和波形。他们测量电流以帮助风车，太阳能，光伏或其他类型的装置以较大效率工作。
3.可再生能源的典型应用：
太阳能
风电
水电
燃料电池
地热发电
潮汐能
4.安科瑞霍尔传感器产品选型说明
型号
产品图片
额定电流
额定输出
供电电源
测量孔径(mm)
准确度
AHKC-BS
0～(50-500)A
5V/4V
DC±12V/±15V
20.5×10.5
1级
AHKC-F
0～(200-1000)A
5V/4V
DC±12V/±15V
43*13
1级
AHLC-LTA
DC 0～(10mA-2A)
5V
DC±12V/±15V
φ20
1级
AHKB-2005-TS
0～(500-2000)A
400mA
DC±15V/±24V
Φ60
0.4级
AHBC-LT1005
0～1000A
200mA
DC±12V～±24V
Φ40.5
0.5级
AHBC-LF
0～2000A
400mA
DC±12V～±24V
Φ60.5
0.5级
5.安科瑞霍尔传感器应用场景示意图
光伏串
汇流箱
逆变器
四、结束语
霍尔电流传感器的结构小巧、检测精度高、相关的电气回路简单，对于推动检测系统的微型化、集成化有着积极的作用。但是在实际的应用过程中发现存在易受干扰、对工作环境和电气环境要求较高等问题，需要在相关方便深入研究，进一步提高其应用性能。
参考文献
[1] 宋苏臣，袁野．基于电流检测的霍尔传感器应用［Ｊ］．工程技术，2016，（6）.
[2] 李树成.直流电流检测中霍尔传感器的应用.
[3] 企业微电网设计与应用手册.2022.5版.
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