目前市場(chǎng)上測量電流的元件有很多種，但能隔離測量的主要有霍爾電流傳感器，它是目前市場(chǎng)上的主流電流測量元件。2017年湖南銀河電氣推出了更先進(jìn)的新型零磁通電流傳感器，它是霍爾電流傳感的理想升級換代產(chǎn)品。它們的主要性能的區別見(jiàn)表1。下面我們一起來(lái)了解一下霍爾電流傳感器和新型零磁通電流傳感器的工作原理。

項目	新型零磁通式	磁平衡式霍爾	直接放大式霍爾
原理	磁調制磁電轉換、 等匝比電流變換	霍爾元件磁電轉換、 等匝比電流變換	霍爾元件磁電轉換
量程	極寬，uA~kA級	A~kA級	A~kA級
精度	極高，最高1ppm	一般，最高0.2%	較差，最高1%
零點(diǎn)失調	極小，uA級	較大，mA級	較大，mA級
溫漂系數	好，<1ppm/K	差，100ppm/K	差，0.1%/K
線(xiàn)性度	非常好，<10ppm	較好，<0.1%	差，0.5%
長(cháng)期穩定性	非常好	較好	差
母線(xiàn)位置影響	無(wú)	較大	較大
帶寬	500kHz	150kHz	100kHz

　　表1 霍爾電流傳感器和磁調制電流傳感器主要參數對照表

一直接放大式霍爾電流傳感器

　　直接放大式霍爾電流傳感器又稱(chēng)開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器。它的電磁結構及工作原理是：鐵芯在徑向開(kāi)有缺口，霍爾元件置于缺口中，初級線(xiàn)圈穿過(guò)該鐵芯的中心孔，當初級繞組有流流過(guò)時(shí)，會(huì )在鐵芯中激發(fā)出感應磁場(chǎng)，該感應磁場(chǎng)與初級線(xiàn)圈的電流成線(xiàn)性關(guān)系，霍爾元件檢測到磁場(chǎng)后，輸出對應的霍爾電勢，經(jīng)后級調理放大后，就輸出我們所需的能反映初級線(xiàn)圈電流大小和波形的信號。

　　直放式電流傳感器工作時(shí)鐵芯中感應磁場(chǎng)的大小隨初級線(xiàn)圈電流的大小而變化，但鐵芯的磁性能是非線(xiàn)性的，因此其輸出信號存在較大的非線(xiàn)性誤差，同時(shí)霍爾元件、IC電路和其它半導體電路受溫度影響會(huì )產(chǎn)生溫度漂移因此整體測量精度較低，但結構簡(jiǎn)單，可靠性較好，成本低，因而得到廣泛應用。

二磁平衡式霍爾電流傳感器

　　磁平衡式霍爾電流傳感器又稱(chēng)零磁通電流傳感器或閉環(huán)電流傳感器。這種電流傳感器是在直放式電流傳感器的基礎上在鐵芯上加了反饋繞組(或稱(chēng)次邊線(xiàn)圈)，把霍爾元件檢測的電壓驅動(dòng)反饋繞組，使反饋繞組中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消原邊線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣反饋繞組的電流與初級繞組的電流成對應的等安匝關(guān)系，反饋繞組中注過(guò)的電流就可以反映初級線(xiàn)圈電流大小和波形。加了反饋繞組后，由于初次級電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相抵消了，鐵芯的工作點(diǎn)就固定在零磁通點(diǎn)，避免了鐵芯非線(xiàn)性對輸出信號的影響，可以顯著(zhù)提高產(chǎn)品輸出信號的線(xiàn)性度。由于鐵芯工作在零磁通點(diǎn)，同時(shí)對產(chǎn)品的性能指標都比直放式電流傳感器有較大的提高，對鐵芯的剩磁和靈敏度，因此鐵芯一般采用高磁導率的坡莫合金;同時(shí)對霍爾傳感器的靈敏度等的要求也提高了，一般采用HW302B等高靈敏度霍爾IC.

三新型零磁通電流傳感器

圖1 磁調制式直流電流傳感器的工作原理圖

　　AnyWay新型零磁通電流傳感器創(chuàng )新之處在于它結合了磁平衡原理和磁調制技術(shù)，使兩者有機地融合在一起，使產(chǎn)品有了極好的綜合性能。磁調制電流傳感器是在交變對稱(chēng)電壓或電流源激磁的鐵心中，若同時(shí)存在直流恒定磁場(chǎng)，鐵心中交變磁通的對稱(chēng)性就被破壞，磁通波形的正負半波相位將發(fā)生變化，相應地，檢測繞組輸出電壓中的正負半波將發(fā)生相對位移。正負半波相位變化量的大小和方向可以反映該直流偏置電流的大小和方向，這就是相位差磁調制式直流電流傳感器的工作原理，如圖1。在新型零磁通電流傳感器中在磁調制測量基礎上增加了一個(gè)交流測量線(xiàn)圈，圖2 中最下面一個(gè)線(xiàn)圈就是用于交流電流的測量線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈是通過(guò)等安匝原理。

圖2 AnyWay新型零磁通電流傳感器原理圖

　　將初級線(xiàn)圈電流變換成后，輸入后級電路進(jìn)行調理或放大等處理，再得到所需的信號。AnyWay新型零磁通電流傳感器中的磁平衡工作機理是將通過(guò)磁調制獲得的直流信號或通過(guò)交流測量線(xiàn)圈獲得的信號進(jìn)行放大后驅動(dòng)補償電路，使補償電路輸出的電流抵消母線(xiàn)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。這樣通過(guò)等安匝原理就可以得到母線(xiàn)電流的大小。同磁平衡霍爾電流傳感器一樣，加了反饋繞組后，由于初次級電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相抵消了，鐵芯的工作點(diǎn)就固定在零磁通點(diǎn)，避免了鐵芯非線(xiàn)性對輸出信號的影響，可以顯著(zhù)提高產(chǎn)品輸出信號的線(xiàn)性度。更重要的是這種原理的電流傳感器不用霍爾元件，鐵芯是閉合的，同磁平衡霍爾電流傳感器相比，沒(méi)有氣隙，避免氣隙處產(chǎn)生漏磁，也大大削弱了母線(xiàn)位置和地磁場(chǎng)的影響，大大地提高了產(chǎn)品的精度。磁平衡磁調制電流傳感器達到了百萬(wàn)分之一等級極高的精度、極好的穩定性、極高的靈敏度、極好的分辨率，很廣的測量范圍。這類(lèi)產(chǎn)品的推出填補了國內高精度電流傳感器市場(chǎng)的空白，在軍民領(lǐng)域都具有極高的應用價(jià)值。

　　新型零磁通電流傳感器采用封閉的鐵芯及線(xiàn)圈繞組的方法來(lái)采集初級線(xiàn)圈的電流信號，放棄了霍爾元件采集信號時(shí)必須把霍爾元件嵌入鐵芯氣隙的方案，保證了磁路的對稱(chēng)性，減少了外界干擾和漏磁場(chǎng)對產(chǎn)品性能的不利影響，這種電流傳感器從原理上解決了霍爾電流傳感器精度低和穩定性差的問(wèn)題。新型零磁通電流傳感器的綜合精度達到了1ppm級別，零點(diǎn)失調、時(shí)間和溫度漂移性能都有大幅度的提高，兩者相比，綜合性能比霍爾電流傳感器提高了3個(gè)數量級，成本也在可接受的范圍內，是霍爾電流傳感器的理想升級替代產(chǎn)品。新型零磁通電流傳感器的開(kāi)發(fā)成功標志著(zhù)我國電流測量技術(shù)水平達到了國際領(lǐng)先地位。

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