目前市場上測量電流的元件有很多種，但能隔離測量的主要有霍爾電流傳感器，它是目前市場上的主流電流測量元件。后來有了先進(jìn)的Anyway新型零磁通電流傳感器，它是霍爾電流傳感的理想升級(jí)換代產(chǎn)品。它們的主要性能的區(qū)別見表1。下面我們一起來了解一下霍爾電流傳感器和新型零磁通電流傳感器的工作原理。

表1 霍爾電流傳感器和磁調(diào)制電流傳感器主要參數(shù)對(duì)照表

一直接放大式霍爾電流傳感器

直接放大式霍爾電流傳感器又稱開環(huán)式霍爾電流傳感器。它的電磁結(jié)構(gòu)及工作原理是：鐵芯在徑向開有缺口，霍爾元件置于缺口中，初級(jí)線圈穿過該鐵芯的中心孔，當(dāng)初級(jí)繞組有流流過時(shí)，會(huì)在鐵芯中激發(fā)出感應(yīng)磁場，該感應(yīng)磁場與初級(jí)線圈的電流成線性關(guān)系，霍爾元件檢測到磁場后，輸出對(duì)應(yīng)的霍爾電勢，經(jīng)后級(jí)調(diào)理放大后，就輸出我們所需的能反映初級(jí)線圈電流大小和波形的信號(hào)。

直放式電流傳感器工作時(shí)鐵芯中感應(yīng)磁場的大小隨初級(jí)線圈電流的大小而變化，但鐵芯的磁性能是非線性的，因此其輸出信號(hào)存在較大的非線性誤差，同時(shí)霍爾元件、IC電路和其它半導(dǎo)體電路受溫度影響會(huì)產(chǎn)生溫度漂移因此整體測量精度較低，但結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較好，成本低，因而得到廣泛應(yīng)用。

二磁平衡式霍爾電流傳感器

磁平衡式霍爾電流傳感器又稱零磁通電流傳感器或閉環(huán)電流傳感器。這種電流傳感器是在直放式電流傳感器的基礎(chǔ)上在鐵芯上加了反饋繞組(或稱次邊線圈)，把霍爾元件檢測的電壓驅(qū)動(dòng)反饋繞組，使反饋繞組中電流所產(chǎn)生的磁場抵消原邊線圈產(chǎn)生的磁場。這樣反饋繞組的電流與初級(jí)繞組的電流成對(duì)應(yīng)的等安匝關(guān)系，反饋繞組中注過的電流就可以反映初級(jí)線圈電流大小和波形。加了反饋繞組后，由于初次級(jí)電流產(chǎn)生的磁場互相抵消了，鐵芯的工作點(diǎn)就固定在零磁通點(diǎn)，避免了鐵芯非線性對(duì)輸出信號(hào)的影響，可以顯著提高產(chǎn)品輸出信號(hào)的線性度。由于鐵芯工作在零磁通點(diǎn)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的性能指標(biāo)都比直放式電流傳感器有較大的提高，對(duì)鐵芯的剩磁和靈敏度，因此鐵芯一般采用高磁導(dǎo)率的坡莫合金;同時(shí)對(duì)霍爾傳感器的靈敏度等的要求也提高了，一般采用HW302B等高靈敏度霍爾IC.

三新型零磁通電流傳感器

圖1 磁調(diào)制式直流電流傳感器的工作原理圖

AnyWay新型零磁通電流傳感器創(chuàng)新之處在于它結(jié)合了磁平衡原理和磁調(diào)制技術(shù)，使兩者有機(jī)地融合在一起，使產(chǎn)品有了極好的綜合性能。磁調(diào)制電流傳感器是在交變對(duì)稱電壓或電流源激磁的鐵心中，若同時(shí)存在直流恒定磁場，鐵心中交變磁通的對(duì)稱性就被破壞，磁通波形的正負(fù)半波相位將發(fā)生變化，相應(yīng)地，檢測繞組輸出電壓中的正負(fù)半波將發(fā)生相對(duì)位移。正負(fù)半波相位變化量的大小和方向可以反映該直流偏置電流的大小和方向，這就是相位差磁調(diào)制式直流電流傳感器的工作原理，如圖1。在新型零磁通電流傳感器中在磁調(diào)制測量基礎(chǔ)上增加了一個(gè)交流測量線圈，圖2 中最下面一個(gè)線圈就是用于交流電流的測量線圈，該線圈是通過等安匝原理。

圖2 AnyWay新型零磁通電流傳感器原理圖

將初級(jí)線圈電流變換成后，輸入后級(jí)電路進(jìn)行調(diào)理或放大等處理，再得到所需的信號(hào)。AnyWay新型零磁通電流傳感器中的磁平衡工作機(jī)理是將通過磁調(diào)制獲得的直流信號(hào)或通過交流測量線圈獲得的信號(hào)進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償電路，使補(bǔ)償電路輸出的電流抵消母線電流產(chǎn)生的磁場。這樣通過等安匝原理就可以得到母線電流的大小。同磁平衡霍爾電流傳感器一樣，加了反饋繞組后，由于初次級(jí)電流產(chǎn)生的磁場互相抵消了，鐵芯的工作點(diǎn)就固定在零磁通點(diǎn)，避免了鐵芯非線性對(duì)輸出信號(hào)的影響，可以顯著提高產(chǎn)品輸出信號(hào)的線性度。更重要的是這種原理的電流傳感器不用霍爾元件，鐵芯是閉合的，同磁平衡霍爾電流傳感器相比，沒有氣隙，避免氣隙處產(chǎn)生漏磁，也大大削弱了母線位置和地磁場的影響，大大地提高了產(chǎn)品的精度。磁平衡磁調(diào)制電流傳感器達(dá)到了百萬分之一等級(jí)極高的精度、極好的穩(wěn)定性、極高的靈敏度、極好的分辨率，很廣的測量范圍。這類產(chǎn)品的推出填補(bǔ)了國內(nèi)高精度電流傳感器市場的空白，在軍民領(lǐng)域都具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

新型零磁通電流傳感器采用封閉的鐵芯及線圈繞組的方法來采集初級(jí)線圈的電流信號(hào)，放棄了霍爾元件采集信號(hào)時(shí)必須把霍爾元件嵌入鐵芯氣隙的方案，保證了磁路的對(duì)稱性，減少了外界干擾和漏磁場對(duì)產(chǎn)品性能的不利影響，這種電流傳感器從原理上解決了霍爾電流傳感器精度低和穩(wěn)定性差的問題。新型零磁通電流傳感器的綜合精度達(dá)到了1ppm級(jí)別，零點(diǎn)失調(diào)、時(shí)間和溫度漂移性能都有大幅度的提高，兩者相比，綜合性能比霍爾電流傳感器提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)，成本也在可接受的范圍內(nèi)，是霍爾電流傳感器的理想升級(jí)替代產(chǎn)品。新型零磁通電流傳感器的開發(fā)成功標(biāo)志著我國電流測量技術(shù)水平達(dá)到了國際領(lǐng)先地位。

審核編輯 黃宇