摘(zhai)要(yao)：霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)是(shi)當(dang)今(jin)電(dian)子測(ce)量領域中應(ying)用zui多(duo)的傳感器(qi)件(jian)，可用於(yu)電(dian)力、電子(zi)、交(jiao)流變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)、逆(ni)變(bian)裝(zhuang)置(zhi)、電(dian)子(zi)測(ce)量和(he)開關(guan)電(dian)源等(deng)諸(zhu)多(duo)領域，可替代(dai)傳統(tong)的互感器(qi)和(he)分流(liu)器(qi)，並(bing)具(ju)有、線(xian)好(hao)、頻(pin)帶(dai)寬(kuan)、響(xiang)應(ying)快、過(guo)載(zai)能力強(qiang)和(he)不損(sun)失(shi)測(ce)量電路(lu)能量等優點。
1 引(yin)言(yan)
　　近(jin)年(nian)來，功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)大(da)量進入(ru)電力(li)電子(zi)、交(jiao)流變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)、逆(ni)變(bian)裝(zhuang)置(zhi)及開關(guan)電(dian)源等(deng)領域。原有的電(dian)流(liu)、電壓元件(jian)已(yi)不適應(ying)中頻(pin)、di/dt電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)的傳遞(di)和(he)。霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)是(shi)近(jin)十(shi)幾(ji)年(nian)發(fa)展起來的測(ce)量電流(liu)、電壓的工(gong)業(ye)用電(dian)量傳感器(qi)，是(shi)種(zhong)的電(dian)氣(qi)元件(jian)。
　　霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)由於(yu)具(ju)有、線(xian)好(hao)、頻(pin)帶(dai)寬(kuan)、響(xiang)應(ying)快、過(guo)載(zai)能力強(qiang)和(he)不損(sun)失(shi)被(bei)測(ce)電路(lu)能量等諸(zhu)多(duo)優點，因(yin)而被(bei)應(ying)用於(yu)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)、逆(ni)變(bian)裝置(zhi)、UPS電(dian)源(yuan)、逆變焊機、變(bian)電(dian)站、電解(jie)電(dian)鍍、數(shu)控機(ji)床(chuang)、微(wei)機(ji)監(jian)測(ce)系統(tong)、電網監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)和(he)需要(yao)大(da)電流、電(dian)壓的各(ge)個(ge)領域中。在電(dian)力(li)電子(zi)產品中，對(dui)大(da)電流、電(dian)壓進行的和(he)也是產品可靠運(yun)行的根(gen)本。
2 霍爾(er)傳感器(qi)的能特(te)點
　　霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)具(ju)有*的電(dian)能，是種(zhong)的、能主(zhu)電路(lu)回路(lu)和(he)電子(zi)電(dian)路(lu)的電(dian)元件(jian)。它綜合了互感器(qi)和(he)分流(liu)器(qi)的優點，同時(shi)又(you)克服(fu)了(le)互感器(qi)和(he)分流(liu)器(qi)的不(bu)足(zu)（互感器(qi)只(zhi)適用(yong)於50Hz工(gong)頻(pin)測(ce)量；分流(liu)器(qi)無(wu)法(fa)進行測(ce)量）。利(li)用同只(zhi)霍爾(er)電(dian)流(liu)電(dian)壓傳感器(qi)元件(jian)既可以交(jiao)流也可以直流，甚至可以瞬態(tai)峰值，因(yin)而是替代互感器(qi)和(he)分流(liu)器(qi)的產品。霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)具(ju)有如(ru)下(xia)特(te)點：
　　●可測(ce)量任意(yi)波(bo)形(xing)的電(dian)壓和(he)電流(liu)。霍爾(er)電(dian)壓、電流傳感器(qi)可以測(ce)量任意(yi)波(bo)形(xing)的電(dian)流(liu)和(he)電壓參量，如(ru)直流、交(jiao)流和(he)脈沖波(bo)形(xing)等(deng)。也可以對(dui)瞬態(tai)峰值參(can)數(shu)進行(xing)測(ce)量，其副(fu)邊(bian)電(dian)路(lu)可以忠實地(di)反(fan)映(ying)原(yuan)邊(bian)電(dian)流(liu)的波(bo)形(xing)。這(zhe)點普通互感器(qi)無(wu)法(fa)與(yu)其(qi)相比，因(yin)為(wei)普通的互感器(qi)般(ban)只(zhi)適用(yong)於50Hz的正(zheng)弦(xian)波(bo)；
　　●。般(ban)的霍爾(er)電(dian)流(liu)電(dian)壓傳感器(qi)在工(gong)作(zuo)區(qu)域內的優於(yu)1%，該(gai)適合於波(bo)形(xing)的測(ce)量，而普通互感器(qi)般(ban)為(wei)3%～5%，且只適合於50Hz的正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)；
　　●線(xian)度(du)優於(yu)0.5%；
　　●動(dong)態(tai)能好。般(ban)霍爾(er)傳感器(qi)的動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)時間小(xiao)於7μs，跟(gen)蹤(zong)速(su)度di/dt於50A/μs；
霍爾(er)電(dian)流(liu)電(dian)壓傳感器(qi)以其(qi)的動(dong)態(tai)能為(wei)提現代系統(tong)的能提供(gong)了(le)關(guan)鍵的基(ji)礎(chu)（無(wu)感元件(jian)）。般(ban)普通互感器(qi)的動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)時間為(wei)10～20μs，這(zhe)顯(xian)然(ran)已(yi)不適應(ying)工業(ye)系(xi)統(tong)發(fa)展的需(xu)要(yao)（感元件(jian)）；
　　●工作頻(pin)帶(dai)寬(kuan)。可在0～20kHz頻(pin)率(lv)範圍(wei)內很(hen)好地(di)工作(zuo)；
　　●過載(zai)能力強(qiang)，測(ce)量範圍(wei)大(da)（0～±10000A）
　　●，平均*工(gong)作大(da)於5×10000小(xiao)時；
　　●尺(chi)寸(cun)小(xiao)，重量輕，易(yi)於安裝且不會(hui)給系統(tong)帶來損(sun)失(shi)。
3 霍爾(er)傳感器(qi)的工(gong)作(zuo)原理(li)
　　霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)是(shi)根(gen)據(ju)霍爾(er)原(yuan)理(li)制(zhi)成的。它有兩種(zhong)工作(zuo)方式(shi)，即磁(ci)平衡式(shi)和(he)直放式(shi)。霍爾(er)電(dian)流(liu)、電(dian)壓傳感器(qi)般(ban)由原(yuan)邊(bian)電(dian)路(lu)、聚磁(ci)環(huan)、霍爾(er)器(qi)件(jian)、（次線(xian)圈）和(he)放大(da)電路(lu)等組(zu)成。
3.1 直放式(shi)電(dian)流傳感器(qi)（開(kai)環(huan)式(shi)HDC系(xi)列）
　　*，當(dang)電(dian)流(liu)通過根(gen)長(chang)導(dao)線(xian)時(shi)，在導(dao)線(xian)周圍(wei)將產生(sheng)磁(ci)場，這(zhe)磁(ci)場的大(da)小(xiao)與(yu)流(liu)過導線(xian)的電(dian)流(liu)成正(zheng)比(bi)，它可以通過磁(ci)芯聚(ju)集(ji)感應(ying)到霍爾(er)器(qi)件(jian)上(shang)並使(shi)其(qi)有信(xin)號(hao)輸出。這(zhe)信號(hao)經信(xin)號放大(da)器(qi)放(fang)大(da)後(hou)直接輸出，般(ban)的額(e)定(ding)輸出標(biao)定(ding)為(wei)4V。
3.2 磁(ci)平衡式(shi)電流(liu)傳感器(qi)（閉(bi)環(huan)式(shi)HNC系(xi)列）
　　磁(ci)平衡式(shi)電流(liu)傳感器(qi)也稱(cheng)補(bu)償(chang)式(shi)傳感器(qi)，即(ji)主(zhu)回路(lu)被(bei)測(ce)電流Ip在聚(ju)磁(ci)環(huan)處所產生(sheng)的磁(ci)場通過個(ge)次線(xian)圈電流(liu)所產生(sheng)的磁(ci)場進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，從(cong)而使(shi)霍爾(er)器(qi)件(jian)處於零磁(ci)通的工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)。
　　磁(ci)平衡式(shi)電流(liu)傳感器(qi)的具(ju)體(ti)工作(zuo)過程(cheng)為(wei)：當(dang)主(zhu)回路(lu)有電(dian)流(liu)通過時(shi)，在導(dao)線(xian)上(shang)產生(sheng)的磁(ci)場被(bei)聚磁(ci)環(huan)聚(ju)集(ji)並感應(ying)到霍爾(er)器(qi)件(jian)上(shang)，所產生(sheng)的信(xin)號(hao)輸出用(yong)於(yu)驅動(dong)相應(ying)的功(gong)率(lv)管並(bing)使(shi)其(qi)導通，從而獲得個(ge)補償(chang)電(dian)流(liu)Is。這(zhe)電流(liu)再通過多(duo)匝繞組(zu)產生(sheng)磁(ci)場，該(gai)磁(ci)場與(yu)被(bei)測(ce)電流產生(sheng)的磁(ci)場正(zheng)好(hao)相反(fan)，因(yin)而補償(chang)了(le)原(yuan)來的磁(ci)場，使(shi)霍爾(er)器(qi)件(jian)的輸出逐(zhu)漸減小(xiao)。當(dang)與(yu)Ip與(yu)匝(za)數(shu)相乘(cheng)所(suo)產生(sheng)的磁(ci)場相等時(shi)，Is不(bu)再增加(jia)，這(zhe)時的霍爾(er)器(qi)件(jian)起指示零磁(ci)通的作(zuo)用(yong)，此時可以通過Is來跟(gen)蹤(zong)Ip。當(dang)Ip變(bian)化時(shi)，平衡受(shou)到破壞(huai)，霍爾(er)器(qi)件(jian)有信(xin)號(hao)輸出，即(ji)重(zhong)復上(shang)述過(guo)程(cheng)，zui後(hou)重(zhong)新(xin)達(da)到(dao)平衡。被(bei)測(ce)電流的變(bian)化都(dou)會(hui)破壞(huai)這(zhe)平衡。旦磁(ci)場失(shi)去(qu)平衡，霍爾(er)器(qi)件(jian)就有信(xin)號(hao)輸出。經(jing)功(gong)率放大(da)後(hou)，立(li)即(ji)就(jiu)有相應(ying)的電(dian)流(liu)流過(guo)次繞組(zu)以對(dui)失衡(heng)的磁(ci)場進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。從(cong)磁(ci)場失(shi)衡(heng)到(dao)再次平衡，所(suo)需的時(shi)間理論上(shang)不到(dao)1μs，這(zhe)是個(ge)動態(tai)平衡的過(guo)程(cheng)。
3.3 霍爾(er)電(dian)壓傳感器(qi)（閉(bi)環(huan)式(shi)HNV系(xi)列）
霍爾(er)電(dian)壓傳感器(qi)的工(gong)作(zuo)原理(li)與(yu)閉(bi)環(huan)式(shi)電(dian)流(liu)傳感器(qi)相似(si)，也是以磁(ci)平衡方(fang)式工(gong)作(zuo)的。
4 霍爾(er)傳感器(qi)的連接方(fang)式(shi)
電流、電(dian)壓傳感器(qi)只(zhi)需(xu)外(wai)接正(zheng)負直流電(dian)源(yuan)，被(bei)測(ce)電流母線(xian)般(ban)從(cong)傳感器(qi)中(zhong)穿(chuan)過或接於(yu)原(yuan)邊(bian)端(duan)子(zi)，然(ran)後(hou)在副(fu)邊(bian)端(duan)再作些簡單(dan)的連接即(ji)可完成主(zhu)電路(lu)的，電(dian)路(lu)設計(ji)簡單(dan)。
若(ruo)與(yu)變(bian)送器(qi)配合使(shi)用(yong)，經A/D轉(zhuan)換(huan)後(hou)，可方便(bian)地(di)與(yu)計(ji)算機或儀(yi)表接(jie)口，並可以進(jin)行長(chang)距(ju)離(li)傳輸。
4.1 磁(ci)平衡（補(bu)償(chang)）式(shi)接(jie)線(xian)法(fa)
　　磁(ci)平衡（補(bu)償(chang)）式(shi)電(dian)流(liu)、電壓傳感器(qi)/變(bian)換(huan)器(qi)有HNC、HNV兩系列：其輸出信(xin)號(hao)多(duo)為(wei)電流(liu)。（若(ruo)需要(yao)電(dian)壓輸出方(fang)式(shi)，可在M端(duan)與(yu)電(dian)流地(di)之間根據(ju)所(suo)需(xu)電壓大(da)小(xiao)外(wai)接取(qu)樣電(dian)阻或將取(qu)樣電(dian)壓進行必(bi)要(yao)的信(xin)號(hao)放大(da)。）
該類常(chang)規傳感器(qi)的3個(ge)接線(xian)端(duan)子分(fen)別(bie)為(wei)：正電(dian)源輸入(ru)接“+”端(duan)，負電(dian)源輸入(ru)接“-”端(duan)，“M”端為(wei)信號(hao)輸出端(duan)。
4.2 直放式(shi)接(jie)線(xian)法(fa)
　　直放式(shi)電(dian)流傳感器(qi)有HDC系(xi)列。它的輸出信(xin)號(hao)為(wei)電壓方式，在額(e)定(ding)工作(zuo)條件(jian)下(xia)，其輸出信(xin)號(hao)為(wei)±4V，用戶(hu)可根據(ju)需(xu)要(yao)選(xuan)取(qu)。傳感器(qi)上(shang)有零點和(he)增益(yi)電(dian)位器(qi)，用(yong)戶(hu)般(ban)不(bu)需(xu)再作調整(zheng)。若(ruo)用戶(hu)有特(te)殊要(yao)求(qiu)，可向廠方訂做(zuo)。直放式(shi)電(dian)流傳感器(qi)的接(jie)線(xian)方(fang)法會(hui)因(yin)具(ju)體(ti)產品的不(bu)同而有所(suo)不(bu)同，但(dan)多(duo)為(wei)4個(ge)接線(xian)端(duan)子分(fen)別(bie)為(wei)：正電(dian)源輸入(ru)接“+”端(duan)，負電(dian)源輸入(ru)接“-”端(duan)，“M”端為(wei)信號(hao)輸出端(duan)，“0”端(duan)為(wei)電源(yuan)地(di) 。
4.3 電壓傳感器(qi)的接(jie)線(xian)法(fa)
　　電壓傳感器(qi)般(ban)有5個(ge)接線(xian)端(duan)子，其(qi)中“V +”、“V-”為(wei)原邊(bian)端(duan)子(zi)，分(fen)別(bie)接(jie)被(bei)測(ce)電壓輸入(ru)端的正(zheng)和(he)負。另(ling)外(wai)3個(ge)端子為(wei)副邊(bian)端(duan)子(zi)，“+”端(duan)接(jie)+15V電源，“-”端接(jie)-15V電源，“M”端為(wei)信號(hao)輸出端(duan)。
根(gen)據(ju)所(suo)測(ce)電壓大(da)小(xiao)的不(bu)同，用(yong)戶(hu)可根據(ju)需(xu)要(yao)在被(bei)測(ce)電壓端串接(jie)個(ge)限流電阻R後(hou)再接到傳感器(qi)的原(yuan)邊(bian)，串(chuan)接(jie)電(dian)阻R的大(da)小(xiao)由下(xia)式決定(ding)：
　　　　R=Vp/Iin-Rin
　　　　式中(zhong)R為(wei)串聯電(dian)阻，Vp為(wei)被(bei)測(ce)電壓，Iin為(wei)額定(ding)輸入(ru)電流(liu)，Rin為(wei)傳感器(qi)的原(yuan)邊(bian)內(nei)阻。
　　　　串(chuan)接(jie)電阻功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)由W=Vp·Iin確(que)定(ding)。
5 霍爾(er)電(dian)流(liu)電(dian)壓傳感器(qi)的應(ying)用
5.1 電(dian)壓型逆奕(yi)器(qi)保(bao)護電路(lu)
　　在電(dian)壓型逆變(bian)器(qi)中(zhong)，如(ru)果換(huan)相換(huan)敗，則很(hen)使(shi)相中上(shang)下(xia)兩個(ge)橋臂中(zhong)的半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)因(yin)過電(dian)流而損壞(huai)，如(ru)上(shang)下(xia)橋臂采用(yong)功率(lv)模(mo)塊(kuai)時，要(yao)求(qiu)短(duan)路(lu)電流保(bao)護電路(lu)能在短(duan)路(lu)檢出後(hou)10μs內(nei)切(qie)斷(duan)門驅動(dong)電路(lu)，同時(shi)還(hai)需考(kao)慮電(dian)路(lu)的傳輸時間。所以，這(zhe)種(zhong)逆變(bian)器(qi)必(bi)須(xu)有過(guo)電(dian)流保(bao)護裝置(zhi)，可以用(yong)霍爾(er)電(dian)流(liu)傳感器(qi)每(mei)個(ge)橋臂中(zhong)的電(dian)流(liu)。若(ruo)因(yin)換(huan)相失敗造(zao)成了(le)上(shang)下(xia)橋臂同時(shi)導(dao)電，則相應(ying)的兩處傳感器(qi)可以同時(shi)檢(jian)出電流(liu)信(xin)號(hao)，該(gai)信(xin)號與(yu)基(ji)準(zhun)電壓比較後(hou)轉(zhuan)換(huan)成方(fang)波(bo)。這(zhe)樣，可通過門電路(lu)封鎖(suo)的逆(ni)變(bian)觸(chu)發(fa)脈沖，從而達(da)到(dao)切(qie)斷(duan)門驅動(dong)電路(lu)的目(mu)的。電(dian)壓型逆變(bian)器(qi)保(bao)護電路(lu)優點是(shi)，只要(yao)上(shang)下(xia)橋臂同時(shi)存(cun)在的電(dian)流(liu)過基(ji)準(zhun)，保護電路(lu)立即動(dong)作。因(yin)為(wei)保護早(zao)，功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)不會(hui)經受過(guo)大(da)電流的沖(chong)擊(ji)。其次(ci)，保護動作速度(du)快。因(yin)為(wei)霍爾(er)電(dian)流(liu)傳感器(qi)是(shi)無(wu)感元件(jian)，在功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)判(pan)斷時(shi)，它不(bu)會(hui)產生(sheng)過電(dian)壓。因(yin)此，可簡化設計(ji)過(guo)程，提率(lv)。
5.2 用(yong)於變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)
　　利(li)用霍爾(er)電(dian)流(liu)傳感器(qi)還(hai)可以變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)系(xi)統(tong)的主(zhu)回路(lu)信號。使(shi)用(yong)時，*個(ge)電流傳感器(qi)模(mo)塊(kuai)接入(ru)整(zheng)流濾波(bo)後(hou)的直流回路(lu)。當(dang)到(dao)主(zhu)回路(lu)中出現異常(chang)或者值出(chu)時(shi)，電路(lu)將迅速(su)切斷(duan)逆(ni)變觸(chu)發(fa)電路(lu)的觸(chu)發(fa)脈沖，以保(bao)護逆變和(he)整(zheng)流模(mo)塊(kuai)。另外(wai)3個(ge)傳感器(qi)接(jie)入(ru)逆變(bian)器(qi)的輸出回路(lu)，用來隨(sui)頻(pin)率(lv)變(bian)化的交(jiao)流電(dian)流。這(zhe)樣可以好(hao)地(di)轉(zhuan)矩(ju)，也可提供(gong)防(fang)止(zhi)電機(ji)過載(zai)所需的信(xin)號(hao)。
5.3 電流(liu)傳感器(qi)在逆(ni)變(bian)焊機(ji)中的應(ying)用
　　霍爾(er)電(dian)流(liu)傳感器(qi)在直流中(zhong)同樣具(ju)有電(dian)作(zuo)用，在直流輸出的電(dian)力(li)電子(zi)設備(bei)中，可以利(li)用霍爾(er)電(dian)流(liu)傳感器(qi)測(ce)得與(yu)主(zhu)電路(lu)隔(ge)的直流測(ce)量信號(hao)，也可以通過電(dian)子(zi)電路(lu)對直流測(ce)過流、短路(lu)保護和(he)顯(xian)示(shi)，還(hai)可用於(yu)電(dian)流反(fan)饋(kui)和(he)穩流(liu)調(tiao)節(jie)。
６ 使(shi)用(yong)註意(yi)事(shi)項(xiang)
　　使(shi)用(yong)霍爾(er)傳感器(qi)時(shi)，應(ying)註意(yi)以下(xia)幾(ji)點：
　（1）使(shi)用(yong)傳感器(qi)時(shi)，應(ying)先接(jie)通副邊(bian)電(dian)源(yuan)，再接通原邊(bian)電(dian)流(liu)或電壓。
　（2）測(ce)量電流(liu)時，用(yong)單(dan)根(gen)導線(xian)充(chong)滿(man)模(mo)塊(kuai)孔(kong)徑(jing)，以獲(huo)得*動(dong)態(tai)特(te)和(he)靈(ling)敏度(du)。
　（3）測(ce)量電壓時，被(bei)測(ce)電壓應(ying)先串(chuan)接(jie)限流(liu)電阻，在得(de)到(dao)傳感器(qi)所(suo)規(gui)定(ding)的原(yuan)邊(bian)電(dian)流(liu)後(hou)，再接入(ru)電壓傳感器(qi)原(yuan)邊(bian)端(duan)子(zi)。
　（4）模(mo)塊(kuai)的*是(shi)在額(e)定(ding)值下(xia)測(ce)得的。當(dang)被(bei)測(ce)電流低(di)於額(e)定(ding)值時(shi)，為(wei)了獲(huo)得較好的，原(yuan)邊(bian)可以使(shi)用(yong)多(duo)匝，即：Ip*Np=額(e)定(ding)安匝數(shu).