霍尔效应电流传感器

LEM 的三种技术（开环、闭环和 Eta）均基于霍尔效应，该技术于 1879 年由美国物理学家埃德温-赫伯特-霍尔在巴尔的摩约翰-霍普金斯大学发现。我们的电流传感器和电压传感器产品系列都采用了这些技术。

霍尔效应 - 电流传感器技术

open loop current sensors

开环电流传感器（O/L）

开环电流传感器使用最简单的霍尔效应，可提供体积小、重量轻、性价比最优的电流测量解决方案，同时功耗也非常低。

特点

  • 封装尺寸小
  • 测量范围宽
  • 重量轻
  • 功耗低
  • 无插入损耗

运行原理

原边电流 IP 产生的磁通集中在磁芯中，并通过霍尔元件在气隙中进行检测。

霍尔装置的输出经过处理后，在传感器输出端可精确地反映原边电流变化。

开环电流传感器的优势和局限性

开环传感器可测量直流、交流和复杂电流波形，同时提供电气隔离。如前所述，开环电流传感器具有成本低、体积小、重量轻和功耗低等优点。在测量大电流（大于 300 A）时，它们的优势尤为明显。与大多数磁性材料测量技术一样，插入损耗非常低。虽然可能会导致磁芯磁化，产生偏移（称为剩磁或磁偏移），但初级电流过载很容易处理。

与其他技术相比，开环传感器的局限性在于中等带宽和响应时间，温漂较大，以及对功率带宽的限制。

在许多应用中，开环传感器的优势大于局限性，因此建议采用开环解决方案。

开环电流传感器的典型应用

开环电流传感器可用于多种应用中，作为控制回路（例如电流、扭矩、力、速度或位置）的关键元件，或者驱动电流显示。

典型应用包括

closed loop current sensors

闭环电流传感器 (C/L)

与开环传感器相比，霍尔闭环传感器（也称为霍尔效应 "补偿 "或 "零磁通 "传感器）具有一个补偿电路，可显著提高性能。

特点

  • 频率范围广
  • 总体精度高
  • 响应时间快
  • 温度漂移小
  • 优秀的线性度
  • 无插入损耗

闭环 C/L 运行原理

原边电流 IP 产生的磁场与副边线圈电流产生的互补磁场相平衡。

霍尔装置与辅助电路产生副边补偿电流，精确地反映原边电流变化。

闭环电流传感器的优势和局限性

闭环电流传感器可测量直流、交流和复杂电流波形，同时确保电气隔离。这种技术的主要优点包括：精度和线性度非常好、温漂小、带宽宽、响应时间快。另一个优点是输出电流信号易于扩展，非常适合高噪声环境。同时，闭环传感器还提供电压输出。与开环电流传感器和大多数磁性材料测量技术一样，闭环电流传感器的插入损耗非常低。

另一方面，闭环技术也有其局限性，如副边电流损耗大（必须提供补偿和偏置电流）、尺寸较大（在大电流传感器上更为明显）、结构比简单的开环设计更为昂贵，以及输出和副边线圈电阻上的内部压降导致输出电压有限。

同样，C/L 电流传感器的优势往往大于局限性，尤其精度和响应速度优于其他替代方案。应用需求将有助于确定最佳解决方案。

闭环电流传感器的典型应用

闭环传感器非常适合高精度、宽带宽和快速响应时间的应用。它们通常用作控制回路关键元件的电流、扭矩、力、速度和/或位置控制，也可用于保护半导体器件。

典型应用与开环传感器相同。但在这种情况下，可以期待更高的性能结果：

  • 变频器和三相驱动器
  • 功率因数校正变流器
  • 电焊设备
  • 电源和不间断电源 (UPS)
  • 电动汽车电机控制
  • 汽车电池管理系统 (BMS)
  • 电力牵引系统
  • 轨旁断路器和整流器保护
  • 能源管理系统

霍尔效应 - 电压传感器技术

closed loop voltage sensors

闭环电压传感器（C/L）

使用相同的 LEM 霍尔效应技术，还可以测量具有电气隔离功能的一次电压。

这些电压传感器基于更灵敏、更精确的电流测量技术，如闭环霍尔效应设计。

与电流传感器的主要区别在于增加了一个多匝数的内部原边线圈，使传感器能够产生必要的安匝来测量较小的原边电流。

特点

  • 高压检测
  • 安全隔离
  • 整体精度高
  • 低温度漂移 
  • 优秀的线性度

闭环 C/L 运行原理

通过串联原边电阻而产生的微电流会被原边线圈驱动放大。原边电流 IP 产生的磁场与副边线圈电流产生的磁场相平衡。

霍尔装置和辅助电路产生副边补偿电流，该电流可以精确反映原边电压。原边电阻 (R1) 可以安装在电压传感器中，也可以不安装。

闭环电压传感器的优势和局限性

闭环电压传感器还可以测量直流、交流和复杂的电流波形，同时确保电气隔离。其优点和局限性与闭环电流传感器相同。

因此，闭环电压传感器具有非常高的精度和线性度，低增益漂移，宽带宽和快速响应时间，同时还能提供易于扩展的输出电流信号，非常适合高噪声环境。同样，我们也受益于极低的插入损耗。

在局限性方面，副边电源的电流消耗大，尺寸较大，与开环传感器相比结构更加昂贵，而且输出电压有限。

闭环电压传感器的优点往往抵消了其局限性。闭环电压传感器的精度和响应速度使其成为更值得推荐的解决方案。

电压回路电流传感器的典型应用

闭环霍尔效应电压传感器在许多应用中都被用来检测、监控和控制电压。一个典型的应用是监控变频器的输入、输出和直流滤波电压，在这种应用中，精度和隔离是最重要的。

典型应用包括：