電力電子的未來需要現(xiàn)代能量轉換系統(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)霍爾效應傳感器通常用于此目的：導體產(chǎn)生與電流相當?shù)拇艌觯缓笥纱判炯胁⒂苫魻杺鞲衅鳒y量。

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

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。放大的霍爾信號代表傳感器輸出。開環(huán)傳感器通常比其他選項便宜，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，在磁路中感應出的與初級電流 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、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次級繞組。閉環(huán)設備有時被稱為“零磁通”傳感器，因為它將相反的電流饋入纏繞在磁芯上的次級線圈，以使初級電流在磁芯中產(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換為電壓值。選擇電阻值可能會導致調(diào)整輸出大小。

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

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 20 kA 的過載電流突發(fā)。LEM針對降低成本、提高性能和小型化的市場需求量身定制了該系列。傳感器包括一個低電阻初級導體，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 ASIC 與單個低電阻初級導體相結合，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)部溫度補償并通過補償?shù)窒坪驮鲆嫫啤?

據(jù) LEM 稱，將鐵氧體用于磁性元件可實現(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，當使用比較漏電起痕指數(shù) (CTI) 為 600 的材料時，傳感器的機械設計導致 8 毫米的分散和間隙，從而允許根據(jù) IEC 60950-1 進行增強絕緣。

HMSR 傳感器獨特的初級導體允許初級電流過載和高絕緣水平?；阼F氧體的電路提供了對各種電力電子應用(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) 單元將控制應用路徑與安全回路分開。通過兩個獨立的 OCD 單元，傳感器可以同時監(jiān)測過載和短路事件。

HMSR 系列的保護和檢測功能針對 HVAC 或電機驅動應用。對于需要耐浪涌以提供足夠防雷保護的太陽能行業(yè)應用，LEM 設計并測試了 HMSR，以根據(jù)標準 8/20-μs 浪涌測試配置文件提供所需的性能。LEM 提供 HMSR 評估板，用于快速原型設計和測試。

田村的 L32P 系列

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

Tamura的解決方案具有快速響應時間;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，具體取決于客戶的應用要求。

該公司的 L32PxxxS05(B)FS 系列開環(huán)傳感器采用鐵氧體磁芯進行 PCB 安裝設計。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下，在車輛和工業(yè)系統(tǒng)中用于發(fā)動機、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)境中可靠運行的強大磁傳感器。一個常見的挑戰(zhàn)是共模噪聲和干擾的存在，這會限制測量。齒輪的磨損也會導致控制信號的減少或丟失。

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)同關系作為反饋和補償，可以顯著提高傳感器性能。