霍爾電流傳感器電源消耗電流計算方案

1、霍爾電流傳感器電源消耗電流計算方案霍爾電流傳感器由于具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和無插入損耗等諸多優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于變頻器、逆變器、電源、電焊機(jī)、變電站、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測的大電流、電壓等各個領(lǐng)域中?；魻杺鞲衅餍栌玫街绷麟娫垂╇姴趴烧９ぷ鳎谧霎a(chǎn)品設(shè)計時需要考慮其功率消耗，本文基于傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器，精確計算其電流消耗，并利用LTspice軟件進(jìn)行仿真，所推導(dǎo)的理論計算

2、公式可為產(chǎn)品設(shè)計提供參考?；魻栯娏鱾鞲衅鞴ぷ髟韽墓ぷ髟砩?，霍爾電流傳感器可以分為霍爾開環(huán)電流傳感器和霍爾閉環(huán)電流傳感器?！窕魻栭_環(huán)電流傳感器圖1霍爾開環(huán)電壓傳感器的工作原理霍爾傳感器的磁芯使用軟磁材料，原邊電流產(chǎn)生磁場通過磁芯聚磁，在磁芯切開一個均勻的切口，磁芯氣隙處磁感應(yīng)強(qiáng)度與原邊電流成正比，霍爾元件兩端感應(yīng)到的霍爾電壓的大小與原邊電流及流過霍爾元件電流的乘積成正比，霍爾電壓經(jīng)過放大后作為傳感器的輸出。其輸出關(guān)系式滿足：VOUT=

3、KIPIHall其中K為固定的常數(shù)，其大小通常與磁芯的尺寸，材料性質(zhì)，氣隙開口的寬度，以及處理電路的放大倍數(shù)有關(guān)?！窕魻栭]環(huán)電流傳感器的工作原理：閉環(huán)電流傳感器在開環(huán)的基礎(chǔ)上增加了反饋線圈，霍爾元件兩端感應(yīng)到的霍爾電流經(jīng)過放大后控制后端的三極管電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電路流過纏繞在磁芯上的線圈，產(chǎn)生的磁場與原邊電流產(chǎn)生的磁場方向相反，當(dāng)磁芯氣隙處的磁場強(qiáng)度補(bǔ)償為0時，傳感器的輸出滿足IS=IPKN其中KN為補(bǔ)償線圈的匝數(shù)。從圖中可以看出閉

4、環(huán)電流傳感器的主要電路包括幾部分：首先是霍爾元件的驅(qū)動電路，傳感器可以測量準(zhǔn)確的前提是首先要給霍爾元件提供一個穩(wěn)定的電流，通常在10mA左右。一般可通過穩(wěn)壓二極管和三極管來實現(xiàn)。這一部分的電流消耗主要集中在霍爾元件，按照通常的設(shè)計流過霍爾元件的電流控制在10mA以內(nèi)。其次是補(bǔ)償電流驅(qū)動電路，對于輸出電流較小的傳感器，補(bǔ)償電流驅(qū)動電路可只由運放組成。而對于需要輸出較大電流的傳感器，補(bǔ)償電流驅(qū)動電路通常由運放和一對串聯(lián)的三極管電路組成。此部

5、分消耗的電流通常很小，一般為幾個mA。補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，在前面補(bǔ)償電流驅(qū)動電路的驅(qū)動作用下，三極管輸出補(bǔ)償電流。三極管補(bǔ)償電流即是傳感器的輸出電流，其大小取決于原邊被測電流。在靜態(tài)即無被測電流的情況下，無補(bǔ)償電流輸出。所以對于閉環(huán)電流傳感器，其靜態(tài)電流主要是霍爾驅(qū)動電流和補(bǔ)償電流驅(qū)動電路電流兩部分的總和。因為此時輸出電流為零，所以傳感器從VC和VC消耗的電流相等。即IC0(VC)=IC0(VC)圖4閉環(huán)電流傳感器靜態(tài)消耗電流流向而在動態(tài)

6、情況下，即在測量電流的情況下，傳感器輸出電流不為零，IC0(VC)和IC0(VC)的大小取決于被測電流的大小和方向。如果被測電流為直流，假設(shè)其方向和傳感器的正方向一致。此時補(bǔ)償電流完全由上半部的三極管產(chǎn)生，也就是說此時輸出電流完全由VC提供。而VC的電流大小仍然為IC0(VC)。IC(VC)=IC0(VC)IS圖5閉環(huán)電流傳感器測量直流電流時消耗電流流向如果被測電流為交流，則上半部分和下半部分的三極管輪流導(dǎo)通來產(chǎn)生補(bǔ)償電流。假設(shè)被測電流

7、為正弦波，其電流的有效值為IP，則輸出電流同樣也為正弦交流，其有效值為IS=IPKN。因為三極管輪流導(dǎo)通，所以補(bǔ)償電流是輪流從VC和VC輸出的，當(dāng)被測電流方向為正，即和傳感器的正方向一致時補(bǔ)償電流完全由上半部的三極管產(chǎn)生；當(dāng)被測流方向為負(fù)，即和傳感器的負(fù)方向一致時補(bǔ)償電流完全由下半部的三極管產(chǎn)生。此時消耗電流的波形為一直流疊加了半個周期的正弦波，整個電流的波形峰值為Icpeak=Ic0(VC)2IS則此時的電流有效值為ICrms(VC)