霍爾電流傳感器的應(yīng)用案例

第第頁霍爾電流傳感器的應(yīng)用案例在（電機控制）、逆變電路、（開關(guān)電源）、過（電流）故障保護等應(yīng)用場景中，經(jīng)常會用到霍爾電流（傳感器）來（檢測）電路中的電流，其中0-400A的（電流檢測）應(yīng)用非常廣泛，如何正確使用霍爾電流傳感器檢測電流，是工程師非常關(guān)心的問題，下文我們分享一些案例來學(xué)習如何使用霍爾電流傳感器。

我們將電流檢測分為0-50A和50-400A兩個范圍。

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首先介紹0-50A的應(yīng)用案例：

1、2D數(shù)字伺服閥（控制器）的設(shè)計中基于（AC）S712(CH701)（電流采樣）模塊的設(shè)計

圖12D數(shù)字閥電-（機械）（轉(zhuǎn)換器）的控制原理

電流采樣模塊設(shè)計

電流采樣一般采用的是在回路中串入（電阻），利用安培定理，檢測電阻上的壓降來得到流過電阻的電流。采樣電阻比較精密，并且阻值比較小，一般為0.01～0.1Ω左右。由于被檢測的電流的幅值較大，所以所需要的采樣電阻的功率也較大，體積也較大。為了減小控制器的體積，本次設(shè)計采用的是ACS712(或國產(chǎn)（芯片）CH701)線性霍爾電流傳感器。傳感器的內(nèi)部集成有一個（高精度）、低偏置和線性的霍爾傳感器。當霍爾傳感器檢測到由于銅導(dǎo)路徑電流流過而產(chǎn)生的磁場時，將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。采樣得到的輸出電壓，需要經(jīng)過（放大器）的變換，輸入到（DSP）的（AD）模塊。電流采樣模塊主要用來實現(xiàn)對（步進電機）兩相電流的采樣，從而構(gòu)成電流閉環(huán)，提高控制的精度和響應(yīng)速度。

2、工頻風力發(fā)電儲能逆變電路中的電流檢測（霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

工頻風力發(fā)電儲能逆變電路中包括電壓檢測電路、電流檢測電路、充電電路、發(fā)電電路、（控制電路）、逆變電路、（LED）顯示電路、告警電路和輸出電路，發(fā)電電路將電能傳遞至充電電路，電流檢測電路和所述電壓檢測電路負責采集充電電路的電流和電壓，控制電路向充電電路雙向提供（信號），充電電路向逆變電路提（供電）能，逆變電路向LED顯示電路、告警電路和輸出電路提供電壓，充電電路包括BUCK降壓電路、輔助（電源電路）、（驅(qū)動電路）、控制電路。

電壓檢測電路檢測從發(fā)電電路輸出的電壓，通過電阻Ra和電阻Rb1采集電壓，采集的電壓信號經(jīng)四路（運算放大器）放大輸出至所述控制電路，四路運算放大器的型號為LM248DR，電流檢測電路采集來自發(fā)電電路的電流，IPO（端口）為電流檢測端口，將檢測到的電流輸入到控制器電路的I/O端口進行A/D轉(zhuǎn)換，電流檢測電路采取的芯片型號為CH701，驅(qū)動電路由控制電路通過I/O口輸出PWM信號，對MOS管進行開/關(guān)控制。

3、霍爾電流傳感器ACS712/ACS724/CH701應(yīng)用于（物聯(lián)網(wǎng)）（智能）光伏電路

電流檢測電路、電壓檢測電路；

電流檢測電路由ACS712/20A芯片構(gòu)成（或采用國產(chǎn)芯片CH701)，芯片的7管腳接在所述主芯片的26端口，1管腳的第一引線接太陽能電池板P1的1管腳，第二引線接電壓檢測電路，2管腳的接法與1管腳的接法相同，3管腳接所述MOS管的漏極，4管腳的接法同3管腳，5管腳接地，6管腳經(jīng)（電容）C9接地，8管腳接5V電壓且電壓處設(shè)置去耦電容C10，所述檢測電路由放大器U1A組成，通過采樣放大提供給所述主芯片，放大器U1A的1管腳接在所述主芯片的8管腳。

本方案基于BUCK電路的光伏電池最大功率點跟蹤變換電路，將太陽能轉(zhuǎn)換存儲到蓄電池中，主芯片通過采集電路電壓、電流值，從而對PWM端口進行控制，達到將光能儲存為電能的目的，光伏電池電壓較高，通過BUCK電路進行降壓，然后再給蓄電池充電，電路中對最大功率跟蹤控制，可以實現(xiàn)能量變換的功率最大化；采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和（OLED）顯示設(shè)備對能夠?qū)崟r檢測和反饋光伏板的運行狀態(tài)；當光伏板異常運行以及損壞時，能夠快速定位，實現(xiàn)及時維護。

4、霍爾電流傳感器ACS712/CH701在電動方向盤（電機）驅(qū)動控制器的應(yīng)用

霍爾電流傳感器（IC）通過霍爾效應(yīng)，檢測電流的大小，輸出一個以2.5V為基準的電壓值，Vout的電壓值通過高精度電阻分壓。經(jīng)過（二極管）后，進入到主控芯片DSP的AD采集引腳進行AD轉(zhuǎn)換，二極管起到保護作用。

圖4電流采樣及處理（電路原理）圖

本例中的電動方向盤電機控制（驅(qū)動器）內(nèi)設(shè)有電流（保護電路），電流保護就是過流保護，防止電流過大損壞元件而設(shè)計的，實現(xiàn)電路如圖5所示，電流保護電路在永磁同步電機繞組中的電流峰值超出功率管（MOSFET）的額定電流時，即達到（比較器）LM339的設(shè)定值時，輸出低電平信號Fault信號給故障綜合電路，觸發(fā)產(chǎn)生高電平給三態(tài)輸出總線接收器，動作輸出關(guān)斷信號，使功率開關(guān)關(guān)斷，從而保護了功率開關(guān)管，以免功率器件受到損壞。

5、意瑞（半導(dǎo)體）霍爾電流傳感器CH701/CH701W應(yīng)用于電動汽車模式2充電的裝置

由于IC-CPD適用在單相交流電路電壓不超過250V，最大充電電流不超過16A的環(huán)境下使用，額定頻率優(yōu)選值為50Hz、60Hz或50/60Hz。需要使用工作電壓大于250V，額定電流大于1.5倍充電電流的汽車級的電流傳感器來檢測電路中的電流，由于充電模式2整體結(jié)構(gòu)較小，就需要結(jié)構(gòu)更加緊湊的霍爾電流傳感器來實現(xiàn)這個功能。

目前意瑞半導(dǎo)體（上海）（公司）有多款汽車級霍爾電流傳感器可以滿足要求，（推薦）使用如下兩個系列（產(chǎn)品）：

檢測5A到70A的直流或交流電流。

檢測5A到50A的直流或交流電一般選用芯片式的霍爾電流傳感器，比如

CH701電流傳感器IC，是工業(yè)、汽車、商業(yè)和（通信）系統(tǒng)中交流或直流電流傳感的經(jīng)濟而精確的解決方案。小封裝是空間受限應(yīng)用的理想選擇，同時由于減少了電路板面積而節(jié)省了成本。典型應(yīng)用包括電機控制、負載檢測和管理、開關(guān)電源和過電流故障保護。

參考文章：霍爾傳感器芯片該如何選型

6、智能變頻電動執(zhí)行器的電流檢測電路介紹(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

采用ACS712/CH701霍爾電流傳感器芯片，該芯片為電流輸入，電壓輸出。將芯片直接串聯(lián)接入直流母線中，檢測母線電流，霍爾元件根據(jù)磁場強度感應(yīng)原理輸出一個線性的電壓信號。這樣的優(yōu)勢在于芯片直接串聯(lián)在電流回路中，外圍電路簡單；可測交直流電流；無需檢測電阻，內(nèi)置毫歐級路徑內(nèi)阻；單電源供電，原邊無需供電，因此強電和弱電進行隔離；相比原先的檢測方式，安全可靠且精度要高得多。

7、數(shù)字化智能電機驅(qū)動器的驅(qū)動方法(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

三相功率橋式電路，由3個耐壓不小于1200V，過電流能力不小于400A的SiCMOSFET半橋功率模塊通過橋式連接方式構(gòu)成，橋式電路母線上并聯(lián)容值不小于100uF，耐壓不小于1200V的無極性（電容器）。

過流保護電路，利用SiCMOSFET的輸出特性，結(jié)合功率（驅(qū)動芯片）BM6104?FV內(nèi)置的去飽和檢測電路，通過調(diào)節(jié)分壓電阻的值來確定過流電流對應(yīng)的漏源電壓，由于去飽和電壓與功率電流存在對應(yīng)關(guān)系，因此可以通過SiCMOSFET的負載特性確定限流電流的大小，例案中的設(shè)計值為120A。

電流隔離采樣電路，采用ACS712（或CH701)隔離電流采樣芯片，對（電源）輸入的電流進行采樣，并經(jīng)過PWM調(diào)制電路，調(diào)制成PWM波，經(jīng)差分接口電路輸出，用于數(shù)字處理平臺對電流進行實時監(jiān)控。

8、汽車剎車燈故障報警裝置介紹(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

電流檢測模塊包括一ACS712（或CH701)型電流傳感器U1；報警觸發(fā)模塊包括一LM393型電壓比較器和一三極管Q；ACS712/CH701型電流傳感器U1的正極電流輸入端連接于剎車燈開關(guān)之后,負極電流輸入端接地,（模擬）電壓輸出端通過所述警示燈D同時連接LM393型電壓比較器U2的A通道負輸入端和B通道正輸入端；LM393型電壓比較器U2的A通道輸出端和B通道的輸出端同時連接所述三極管Q的基極，三極管Q的發(fā)射極接地、集電極連接所述（接口）模塊J的第三引腳，接口模塊J的第一引腳連接12V電源、第二引腳連接車身塔鐵；

ACS712/CH701型電流傳感器U1的電壓輸入端和電壓比較器的電壓輸入端均連接5V電源，LM393型電壓比較器U2的A通道正輸入端通過電阻R1連接5V電源并通過電阻R2接地，LM393型電壓比較器U2的B通道負輸入端通過電阻R3連接5V電源并通過電阻R4接地，三極管Q的基極同時通過電阻R5連接5V電源。

9、一種多功能智能插電板電路介紹(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

電流檢測電路包括ACS712（或CH701)芯片，芯片的IP-引腳接入繼電器電路，VCC引腳一方面經(jīng)電容C7后接地，另一方面接入主控電路的電源端，OUT引腳一方面經(jīng)電阻R6、電阻R7后接地，F(xiàn)IL引腳經(jīng)電容C6接地，電阻R6和電阻R7的公共端接入主控電路。

繼電器電路中，繼電器K1與二極管D3并聯(lián)，繼電器K1通過開關(guān)與插電板本體連接，二極管D3的正極接入三極管T1的集電極，三極管T1的發(fā)射極接地，基極經(jīng)電阻R5接入主控電路。

10、數(shù)字交流閉環(huán)型調(diào)壓器設(shè)計(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應(yīng)用案例）

ACS712/CH701過流保護電路包括ACS712/CH701芯片、電容C8、C9、限流電阻R9以及發(fā)光二極管LED3，電容C8一端與LED3的陰極相連并接地，C8另一端接芯片的VCC腳；電容C9一端連接芯片的FIL（TE）R腳，C9另一端接地；發(fā)光二極管LED3陰極接地，LED3陽極通過限流電阻R9接到芯片的VCC腳，ACS712/CH701芯片采用5V的供電電源；A芯片的GND腳與（單片機）采樣控制電路中的單片機共地；芯片的VIOUT腳作為芯片的（ADC）輸出口接單片機采樣控制電路中單片機的PA3腳，芯片的兩個IP+腳直接相連并接到功率主電路中MOS管漏極，兩個IP-腳直接相連并連接到功率主電路中（整流橋）輸出端。

下面介紹50-400A的應(yīng)用案例：

1，一種自動切換過流保護模塊的熱泵裝置保護電路介紹（ACS758/CH704應(yīng)用案例）

下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單說明。

本例中，電流電壓轉(zhuǎn)換單元包括型號為CH704的線性電流傳感器芯片U1，線性電流傳感器芯片輸入端(IP+、IP-)與市電輸入端相連，比較單元包括第一電阻R1、第二電阻R2以及運放器A1，第一電阻與第二電阻串聯(lián)在電源端與地之間，運放器一個輸入端與線性電流傳感器芯片輸出端(VOUT)相連，運放器另一個輸入端接在第一電阻與第二電阻之間，運放器輸出端與模擬（開關(guān)控制）端相連。線性電流傳感器芯片CH704中配置有霍爾傳感器，霍爾傳感器將電流所產(chǎn)生的磁場信號轉(zhuǎn)化成電壓信號輸出，與第一電阻和第二電阻中間的電位進行比較，比較結(jié)果通過運放器輸出，以此實現(xiàn)對市電輸入端輸入電流的檢測及判斷。

2,大功率（鋰電池）組BMS(（電池管理）系統(tǒng))保護板電路介紹（ACS758/CH704應(yīng)用案例）

傳統(tǒng)的BMS板設(shè)計的時候通常采用運放、MOS管等分立原件構(gòu)成，原理復(fù)雜，成本高，不易調(diào)試、故障率高等缺點。

采用CH704芯片進行隔離的測量輸出電流。CH704芯片將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入n（rF）51822芯片的A/D引腳。CH704的4,5串入電池的輸出，4腳接+，5腳接-。

對超限電芯進行放電處理是整個BMS板的核心動作，當充電快充滿時，由于需要放電的電芯數(shù)目比較多，如果一直放電操作，這個時候LTC6803及相關(guān)電路會比較熱，為了降低溫度，我采取了分時平衡（算法），利用電芯電壓不能突變，即某個時間段平衡電路開始工作，另個時間段關(guān)閉平衡電路，這樣既使電芯電壓平衡了，而且平衡電路部分溫度升高的量很少。

3,霍爾電流傳感器ACS758/ACS770/CH704應(yīng)用于三相四橋臂（逆變器）的電流檢測裝置

霍爾電流傳感器的兩電流檢測腳串接在三相四橋臂逆變器的三相輸出線路上，所述霍爾電流傳感器的信號輸出腳連接采樣電流處理電路。

霍爾電流傳感器可以采用（Allegro）公司的ACS758或ACS770芯片，也可以采用意瑞半導(dǎo)體的國產(chǎn)芯片CH704.

圖1裝置原理圖。

圖2霍爾電流傳感器的安裝位置示意圖。

三個霍爾電流傳感器CS(A)、CS(B)、CS(C)，三個采樣電流處理電路D和一個（數(shù)字信號）（處理器）DSP。所述三個霍爾電流傳感器分別串接在三相四橋臂逆變器的三相輸出線路上，以檢測三相輸出電流。各個霍爾電流傳感器分別與相應(yīng)的采樣電流處理電路連接，然后接至數(shù)字信號處理器，以將采集到的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為電流數(shù)字信號再傳輸給數(shù)字信號處理器。

圖3采樣電流處理電路的原理框圖。

4,通用“別克藍”智能電驅(qū)系統(tǒng)關(guān)鍵（元器件）分析——霍爾電流傳感器ACS758（CH704）在其中的應(yīng)用

圖4驅(qū)動板背面

功率板

1、FS50R07W1E3_B11A(650V,50A),Infineon；

2、ACS758LCB-050B(目前Allegro產(chǎn)品嚴重缺貨，可以選用國產(chǎn)替代產(chǎn)品CH704)

3、R75MKP(0.33uF,250V)，Arcotronics；

4、SUYIN針座；

5、（IGBT）內(nèi)部集成的陶瓷鋁基板表面。

5,用于監(jiān)測開關(guān)電源工作狀態(tài)的電路（霍爾電流傳感器ACS758/CH704的應(yīng)用案例）

電路包括有開關(guān)電源輸出電流檢測模塊1、開關(guān)電源輸出電壓檢測模塊2、用于檢測環(huán)境溫度的溫度檢測模塊3、用于對開關(guān)電源中控制開關(guān)管通斷的PWM波進行脈寬檢測的PWM波脈寬檢測模塊4、用于對開關(guān)電源中流經(jīng)開關(guān)管的電流大小進行檢測的開關(guān)管電流檢測模塊5、以及用于對檢測數(shù)據(jù)進行處理的處理器6，所述開關(guān)電源輸出電流檢測模塊1檢測信號輸出端、開關(guān)電源輸出電壓檢測模塊2檢測信號輸出端、溫度檢測模塊3檢測信號輸出端、PWM波脈寬檢測模塊4檢測信號輸出端、開關(guān)管電流檢測模塊5檢測信號輸出端分別與所述處理器6連接。

開關(guān)電源輸出電流檢測模塊1采用芯片型號為ACS758（或使用國產(chǎn)芯片CH704)的電流傳感器U1，電流傳感器U1的第4引腳作為檢測電流輸入端，第5引腳作為檢測電流輸出端，第3引腳作為所述開關(guān)電源輸出電流檢測模塊1的檢測信號輸出端與所述處理器6連接。

6,儲能雙向變流器（PCS)設(shè)備中的電流檢測方法

系統(tǒng)中電池（Bat）側(cè)1路輸入，輸出為三相三線制輸出，主功率原理框圖如圖所示：

儲能變流器支持并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運行模式。

在并網(wǎng)運行中，儲能變流器交流側(cè)連接電網(wǎng)，直流側(cè)連接蓄電池。與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)配合，參與電網(wǎng)調(diào)壓調(diào)頻，實現(xiàn)對電網(wǎng)負荷的削峰填谷。根據(jù)選擇的運行模式，可對蓄電池進行恒壓、恒流和恒功率充放電。

在離網(wǎng)運行中，儲能變流器直流側(cè)連接蓄電池，系統(tǒng)運行可輸出固定頻率和有效值的三相交流電壓，實現(xiàn)對交流側(cè)負荷的持續(xù)供電。

7,一種新型商用空調(diào)逆變器（硬件）電路方案的研究

由于空調(diào)壓縮機內(nèi)部的高溫、腐蝕性環(huán)境無法安裝位置傳感器，壓縮機逆變器需要采用無位置傳感器的控制方法。在無傳感器控制方法中，電動機相電流有效檢測是提高控制性能的重要環(huán)節(jié)。常見三種不同的采樣方式，如圖2所示。

8，汽車空調(diào)系統(tǒng)的核心——空調(diào)控制器及其關(guān)鍵元器件

空調(diào)控制器連接著車內(nèi)多個傳感器，能夠通過這些傳感器準確獲取車內(nèi)環(huán)境。同時，控制器通過（CAN）與空調(diào)控制面板通訊，可以實時的獲取駕駛員對環(huán)境的要求。利用內(nèi)部算法，通過CAN來控制空調(diào)壓縮機與空調(diào)（PTC），鼓風機并且通過控制風門電機，閥門等執(zhí)行器件，來達到對車內(nèi)環(huán)境的精確控制。

詳細的空調(diào)控制器框圖如下：

9，車載燃料電池系統(tǒng)及其啟動運行控制方法介紹（霍爾電流傳感器CH704200CT應(yīng)用案例）

通過（DC）?DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率的切換（低?高），基于電流環(huán)與流量環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了車載燃料電池系統(tǒng)在低溫啟動、高溫運行及其切換過程中的升壓比與電流精度的多目標優(yōu)化控制，增強了車載燃料電池系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性與可靠性。

數(shù)據(jù)采集單元進一步包括：

（溫度傳感器），分別設(shè)置于整車車廂內(nèi)、電堆的冷卻液入口和冷卻液出口處，用于采集當前時刻的環(huán)境溫度，以及布設(shè)位置處的冷卻液水溫；

流量壓力一體傳感器，分別設(shè)置于空壓機的輸入端、電堆的空氣入口、氫氣入口處，用于采集布設(shè)位置處通流氣體的流量和壓力；

電流監(jiān)測設(shè)備，設(shè)置于電堆、DC?DC轉(zhuǎn)換器之間，用于采集電堆的實際輸出電流，電流采集使用霍爾電流傳感器CH704200CT；

10，測量50A以上電流：意瑞隔離集成式電流傳感器CH704

在UPS系統(tǒng)中，供給負載的所有電力都會經(jīng)過整流/充電器和逆變器的雙重轉(zhuǎn)換（即AC-DC-AC）。整流器對電池進行浮充電以保持電池處于滿充狀態(tài)。而當超限或市電停電時，UPS開啟電池放（電工）作，逆變器和電池不間斷地投入為負載供電。當UPS內(nèi)部故障或負載電流瞬變抑或人為停止逆變器時，負載可無間斷地切換到旁路交流輸入（啟動旁路運行）。

霍爾電流傳感器用于控制浮充電源，保證電池正常工作。CH704的響應(yīng)速度快（

**圖3：**CH704在UPS

不間斷電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

文章中提到的0-50A產(chǎn)品CH701芯片完全是基于霍爾感應(yīng)原理設(shè)計，由一個精確的低偏移線性霍爾傳感器電路與位于接近芯片表面的銅箔組成，當電流流過銅箔時，產(chǎn)生一個磁場，霍爾元件根據(jù)磁場強度感應(yīng)出一個線性的電壓信號，經(jīng)過內(nèi)部的放大、濾波、斬波與修正電路，輸出一個電壓信號，由該芯片的7號管腳輸出，直接反應(yīng)出流經(jīng)銅箔電流的大小。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0.5Vcc上，其輸出與輸入的關(guān)系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。

CH701霍爾電流傳感器IC，是工業(yè)、汽車、商業(yè)和通信系統(tǒng)中交流或直流電流傳感的經(jīng)濟而精確的解決方案。小封裝是空間受限應(yīng)用的理想選擇，同時由于減少了電路板面積而節(jié)省了成本。典型應(yīng)用包括電機控制、負載檢測和管理、開關(guān)電源和過電流故障保護。

參考文章：霍爾傳感器芯片該如何選型

CH701產(chǎn)品特點：

1.0.8mohm初級導(dǎo)體電阻，用于低功率損耗和高浪涌電流耐受能力

2.集成屏蔽實際上消除了從電流導(dǎo)體到芯片的電容（耦合），極大地抑制了由于高dv/dt瞬態(tài)而產(chǎn)生的輸