一、霍爾傳感器的原理：

霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾原理制成的。它有兩種工作方式, 即磁平衡式和直測式。霍爾電流傳感器一般由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、次級線圈和放大電路等組成。圖1所示為霍爾電流傳感器的工作原理，本文的研究對象為LT308-S7霍爾電流傳感器，采用的磁平衡式。主回路被測電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進行補償, 從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。根據(jù)安培定律, 流過導(dǎo)體的電流I會在該導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個磁場。這個磁場可以用一個高導(dǎo)磁率的磁路來測量。繞在磁路的N匝繞卷, 如果通以1 /N的反向電流, 就可以消除原邊電流I所產(chǎn)生的磁場。通過沿磁路安裝的磁通探測器 (霍爾傳感器) 檢測鐵心間隙中的磁通。如果磁通不為零, 霍爾傳感器就會有 (原、副邊磁通不平衡的偏差) 電壓信號輸出。該信號經(jīng)高增益放大器放大后, 再調(diào)節(jié)二次電流以抵消原、副邊安匝數(shù)不平衡所產(chǎn)生的偏差, 在鐵芯中, 始終保持二次電流所產(chǎn)生的磁通能夠抵消原邊電流I所產(chǎn)生的磁通。磁平衡式霍爾檢零電流傳感器的主要特點是磁路鐵心不會飽和。

圖1

二、供電功率分析：

供電功率分為兩個部分，其中一部分為霍爾傳感器的驅(qū)動器件、激磁、運放、三極管等的供電損耗，這部分損耗本文簡稱為待機損耗。另外一部分為三極管上的線性導(dǎo)通損耗，從圖1中可以明顯看出，輸出級為推挽電路，該電路工作在線性狀態(tài)，因此經(jīng)過電流后在上管或者下管存在電壓降，最終是保證的一個恒流源，該部分損耗在本文簡稱檢測損耗。

1、待機損耗

該部分損耗主要依據(jù)規(guī)格書中給定，如圖2和電壓相關(guān)，以及不同霍爾類型相關(guān)。

圖2

2、檢測損耗：

根據(jù)原理分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)霍爾檢測直流且為正時，輸出電流I0的電流路徑為：電源+→上管→補償線圈→Is→檢測電流到地。當(dāng)霍爾檢測直流且為負(fù)時，輸出電流I0的電流路徑為：電源-→下管→補償線圈→Is→檢測電流到地。當(dāng)檢測為交流時，同時可以分析電流走向是分別由不同電源供電形成的。假設(shè)檢測的是一個交流正弦波形，那么電源正的電流如下圖波形，電源負(fù)波形可以以此類推。

圖3

三、供電功率理論計算

1、單只互感器工作檢測單相電流時

工作功耗包含測量的線性損耗與待機損耗，其中關(guān)于線性損耗輸出電流Is是經(jīng)過推挽電路輸出的，當(dāng)電流為正時，輸出通過上三極管輸出，當(dāng)電流為負(fù)時，輸出通過下三極管輸出，關(guān)于具體計算的推導(dǎo)如下：

假定檢測的正弦電流如下：

那么計算得其功率為：

2、三只互感器同時工作檢測三相電流時仿真

由于涉及交流電流的相互疊加耦合，先進行仿真驗算：

圖4

當(dāng)三相平衡時，三個互感器同時檢測電流時，可以發(fā)現(xiàn)電源正的總供電電流波形如下，計算有效值為I+RMS=0.31A，Imax<0.317A≈0.32A。

3、三只互感器同時工作檢測三相電流時理論計算；

針對多只互感器同時使用推導(dǎo)如下：

同理IS如上所求；

但是正電源的計算稍微復(fù)雜，需要劃分成六個區(qū)域分別求解如下所示

考慮靜態(tài)的待機電流 那么正電源部分的電流輸出為：

由于對稱性可知，六個區(qū)間的求取的數(shù)值一致，因此只針對第一個區(qū)間進行求解：

四、單路供電的實際測試

1、正電源部分

圖5 待機電流大小為18.5mA

圖6 200A對應(yīng)的電流有效值為80mA

圖7 280A對應(yīng)的電流有效值為109mA

2、負(fù)電源部分

圖8 待機電流大小為18mA

圖9 200A對應(yīng)的電流有效值為84mA

圖10 280A對應(yīng)的電流有效值為113mA

五、數(shù)據(jù)對比：

圖11 數(shù)據(jù)對比

六、結(jié)論：

實際測試與理論計算的偏差為1.5%與1.89%，以上數(shù)據(jù)充分說明理論分析準(zhǔn)確無誤，最終選擇20W的電源模塊足夠滿足設(shè)計要求。

七、擴展分析：

1、該互感器的低溫工作溫度僅為-10攝氏度，再進行低溫時務(wù)必保證使其環(huán)境溫度升到合理范圍內(nèi)才滿載過載測試。

參考文獻：《LEM公司磁平衡式霍爾檢零電流傳感器的工作原理和應(yīng)用》