霍爾電流傳感器電源消耗電流計(jì)算方案

1、霍爾電流傳感器電源消耗電流計(jì)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(diǎn)，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(cè)系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測(cè)的大電流、電壓等各個(gè)領(lǐng)域中。霍爾傳感器需用到直流電源供電才可正常工作，在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)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(jì)算

2、公式可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(gè)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)。●霍爾閉環(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(shí)，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(dòng)電路，傳感器可以測(cè)量準(zhǔn)確的前提是首先要給霍爾元件提供一個(gè)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(shí)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(jì)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(dòng)電路，對(duì)于輸出電流較小的傳感器，補(bǔ)償電流驅(qū)動(dòng)電路可只由運(yùn)放組成。而對(duì)于需要輸出較大電流的傳感器，補(bǔ)償電流驅(qū)動(dòng)電路通常由運(yùn)放和一對(duì)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(gè)mA。補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路，在前面補(bǔ)償電流驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)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(cè)電流。在靜態(tài)即無被測(cè)電流的情況下，無補(bǔ)償電流輸出。所以對(duì)于閉環(huán)電流傳感器，其靜態(tài)電流主要是霍爾驅(qū)動(dòng)電流和補(bǔ)償電流驅(qū)動(dòng)電路電流兩部分的總和。因?yàn)榇藭r(shí)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(dòng)態(tài)

6、情況下，即在測(cè)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(cè)電流的大小和方向。如果被測(cè)電流為直流，假設(shè)其方向和傳感器的正方向一致。此時(shí)補(bǔ)償電流完全由上半部的三極管產(chǎn)生，也就是說此時(shí)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(cè)量直流電流時(shí)消耗電流流向如果被測(cè)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(cè)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?yàn)槿龢O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(cè)電流方向?yàn)檎?，即和傳感器的正方向一致時(shí)補(bǔ)償電流完全由上半部的三極管產(chǎn)生；當(dāng)被測(cè)流方向?yàn)樨?fù)，即和傳感器的負(fù)方向一致時(shí)補(bǔ)償電流完全由下半部的三極管產(chǎn)生。此時(shí)消耗電流的波形為一直流疊加了半個(gè)周期的正弦波，整個(gè)電流的波形峰值為Icpeak=Ic0(VC)2IS則此時(shí)的電流有效值為ICrms(VC)