3.2.11.1霍尔电流传感器
霍尔电流传感器的结构如图35 所示。用一环形导磁材料作成磁芯，套在被测电流流过的导线上，将导线中电流感生的磁场聚集起来，在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔线性器件，器件通电后，便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。图35（a）所示的传感器用于测量电流强度较小的电流，图35(b)所示的传感器用于检测较大的电流。实际的霍尔电流传感器有两种构成形式，即直接测量式和零磁通式。
3.2.11.1.1 直接测量式霍尔电流传感器
将图35 中霍尔器件的输出（必要时可进行放大）送到经校准的显示器上，即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方式的优点是结构简单，测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中，霍尔器件是磁场检测器，它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后，磁芯可能达到饱和；随着频率升高，磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然，也可采取一些改进措施来降低这些影响，例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料；制成多层磁芯；采用多个霍尔元件来进行检测等等。这类霍尔电流传感器的价格也相对便宜，使用非常方便，已得到极为广泛的应用，国内外已有许多厂家生产。
3.2.11.1.2 零磁通式（也称为磁平衡式或反馈补偿式）霍尔电流传感器
如图36 所示，将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，若满足条件IoN1=IsN2，则磁芯中的磁通为0，这时下式成立：
Io=Is(N2/N1)(5)
式中，I1 为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1 为初级绕组的匝数，I2 为补偿绕组中的电流，N2为补偿绕组的匝数。由式（5）可知，达到磁平衡时，即可由Is 及匝数比N2/N1 得到Io。
图
36 霍尔零磁通电流传感器
图
37 霍尔电流传感器在继电保护与测量中的应用
（H 为霍尔电流传感器）
这个平衡过程是自动建立的，是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时，霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低（理想状态应为0），不会使磁芯饱和，也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。恰当地选择磁芯材料和线路元件，可做出性能优良的零磁通电流传感器。在霍尔电流传感器的输出电路中接上恰当的负载电阻器，即可构成霍尔电压传感器。霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的“无电位”检测。即测量电路不必接入被测电路即可实现电流检测，它们靠磁场进行耦合。因此，检测电路的输入、输出电路是完全电隔离的。检测过程中，被测电路的状态不受检测电路的影响，检测电路也不受被检电路的景响。霍尔电流传感器可以检测从直流到100kHz（通过仔细的设计和制作，甚至可以达到MHz 级）的各种波形的电流，响应时间可短到1μs 以下。
由于这些优点，霍尔电流传感器得到了极其广泛的应用。3 2 12霍尔电流传感器的应用
3 2 12 1继电保护与测量
如图37 所示，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，经三只霍尔电流传感器H（图中只画出B 相的一只），按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，送微机进行测量或处理。使用霍尔电流传感器很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。
3 2 12 2在直流自动控制调速系统中的应用
在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护，其应用线路如图38 所示。
图
38 在直流控制中的应用
图
39 霍尔电流传感器在逆变器中的应用
（CS 为霍尔电流传感器）
图40 霍尔电流传感器在UPS 中的应用
（1、2、3 均为霍尔电流传感器）
图41 霍尔电流传感器在电子点焊机中的应用
3.2.12.3 在逆变器中的应用
在逆变器中，用霍尔电流传感器进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。应用线路如图39 所示。
3.2.12.4 在不间断电源中的应用
如图40 所示，霍尔电流传感器1 发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，电流传感器2 发出的信号控制逆变器，传感器3 控制浮充电源。用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。由于其响应速度快，特别适用于计算机中的不间断电源。
3.2.12.5 在电子点焊机中的应用
在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，，又不致引入损耗，如图41 所示。
3.2.12.6 用于电车斩波器的控制
电车中的调速是由调整电压实现的。将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。其控制原理示
图42 霍尔电流传感器在电车斩波器中的应用
图
43 在变频调速电机中的应用
（I，R，S，T 均为霍尔电流传感器）
图44 用于电能管理的霍尔电流传感器
图45 霍尔接地故障检测器的原理和结构
于图42。图中，SCR1 是主串联晶闸管，SCR2 为辅助晶闸管，Lo、Co 组成输入滤波器，Ls 是平滑扼流圈，
M1～M5 是霍尔电流传感器。
3.2.12.7 在交流变频调速电机中的应用
用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间短于1μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护，如图43 所示。
3.2.12.8 用于电能管理
图44 给出一种用于电能管理的电流传感器的示意图。图中，12 是通电导线，11 是导磁材料带，17 是霍尔元件，19 是霍尔元件的输入、输出引线。由此构成的电流传感器，可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔器件的输出和计算机连接起来，对用电情况进行监控，若发现过载，便及时使受控的线路断开，保证用电设备的安全。用这种装置，也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。
3.2.12.9 在接地故障检测中的应用
在配电和各种用电设备中，可靠的接地是保证配电和用电设备安全的重要措施。采用霍尔电流传感器来进行接地故障的自动监测，可保证用电安全。图45 示出一种霍尔接地故障监测装置。
3.2.12.10 在电网无功功率自动补偿中的应用
电力系统无功功率的自动补偿，是指补偿容量随负荷和电压波动而变化，及时准确地投入和切除电容器，避免补偿过程中出现过补偿和欠补偿的不合理和不经济，使电网的功率因数始终保持最佳。无功功率的自动采样若用霍尔电流、电压传感器来进行，在保证“及时、准确”上具有显著的优点。因为它们的响应速度快，且无相位差，如图46 所示。
图46 电网无功功率自动补偿控制器的原理框图
3.2.12.14 霍尔钳形电流表
将磁芯做成张合结构，在磁芯开口处放置霍尔器件，将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外，即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。图48 示出一种数字钳形交流电流表的线路。用钳形表可对各种供电和用电设备进行随机电流检测。
3.2.13电功率测量
使负载电压变换，令其与霍尔器件的工作电流成比例，将负载电流通入磁芯绕组中，作为霍尔电流传感器的被测电流，即可构成霍尔功率计。由霍尔器件输出的霍尔电压来指示功率，其工作原理如图49 所示。
3.2.12.11 在电力工频谐波分析仪中的应用
在电力系统中，电网的谐波含量用电力工频谐波仪来进行测试。为了将被测电压和电流变换成适合计算机A/D 采样的电压，将各种电力工频谐波分析仪的取样装置，如电流互感器、电压互感器、电阻取样与光隔离耦合电路等和霍尔电流传感取样测试对比，结果表明霍尔电流传感器最为适用。对比结果如表8 所示。
表8 电力工频谐波分析仪中使用的3 种接口部件
的比较（LEM 模块是一种霍尔零磁通电流传感器）
接口部件
性能、特点
3.2.12.12 在开关电源中的应用
近代出现的开关电源，是将电网的非稳定的交流电压变换成稳定的直流电压输出的功率变换装置。无论是电压控制型还是电流控制型开关电源，均采用脉冲宽度调制，借助驱动脉冲宽度与输出电压幅值之间存在的某种比例关系来维持恒压输出。其中，宽度变化的脉冲电压或电流的采样、传感等均需用电流、电压传感器来完成。霍尔电流、电压传感器以其频带宽、响应时间快以及安装简便而成为首选的电流、电压传感器。
3.2.12.13 在大电流检测中的应用
在冶金、化工、超导体的应用以及高能物理（例如可控核聚变）试验装置中都有许多超大型电流用电设备。
用多霍尔探头制成的电流传感器来进行大电流的测量和控制，既可满足测量准确的要求，又不引入插入损耗，还免除了像使用罗果勘斯基线圈法中需用的昂贵的测试装置。图47 示出一种用于DⅢ－D 托卡马克中的霍尔电流传感器装置。采用这种霍尔电流传感器，可检测高达到300kA 的电流。
图47（a）为G－10 安装结构，中心为电流汇流排，(b)为电缆型多霍尔探头，(c)为霍尔电压放大电路。
(a)G 10安装结构(b)电缆型多霍尔探头(c)霍尔电压放大电路
图47 多霍尔探头大电流传感器
图48 霍尔钳形数字电流表线路示意图
图49 霍尔功率计原理图
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