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霍爾電流傳感器在電信整流器和服務(wù)器電源中的應(yīng)用

電信整流器和服務(wù)器電源單元（PSU）中的功率因數(shù)校正（PFC）電路和逆變電路都需要將高壓側(cè)的電流信號(hào)檢測(cè)到位于低壓側(cè)的控制器，因此要用到隔離式電流傳感器。隔離式電流檢測(cè)有多種實(shí)現(xiàn)方式，例如電流互感器（CT）、隔離放大器和霍爾效應(yīng)電流傳感器。其中，霍爾效應(yīng)電流傳感器因其簡(jiǎn)便易用、準(zhǔn)確、體積小且具有直流檢測(cè)能力，成為比較理想的選擇。

電流互感器是基于變壓器的原理對(duì)電流進(jìn)行采樣，使用CT可以檢測(cè)MOSFET或者IGBT的開(kāi)通電流。CT的快速響應(yīng)速度使其非常適合于用做峰值電流控制和過(guò)流保護(hù)控制。但是基于變壓器耦合原理的CT無(wú)法感測(cè)直流或非常低頻的電流，從而導(dǎo)致其不能直接檢測(cè)工頻AC電流，或因?yàn)橹粰z測(cè)開(kāi)通電流的間接方法而損失測(cè)量精度（沒(méi)有關(guān)斷電流）。另外，由于CT需要使用鐵氧體磁芯，體積很難做小，而體積較大的CT又會(huì)增大電源開(kāi)關(guān)環(huán)路，產(chǎn)生更高的電壓尖峰和噪聲干擾。

而霍爾效應(yīng)電流傳感器則是一種精度更高、體積更小的選擇，它可以在直流條件下工作，而且能夠以良好的線性度和精度測(cè)量包含了開(kāi)通和關(guān)斷的AC總電流。同時(shí)，霍爾效應(yīng)電流傳感器的體積可以做到SOIC-8的封裝，同一顆集成IC一樣大小，使PCB的布局更加容易，有助于實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。

表1對(duì)霍爾效應(yīng)電流傳感器與電流互感器進(jìn)行了比較。

表1：霍爾效應(yīng)電流傳感器與電流互感器的比較

在將霍爾效應(yīng)電流傳感器應(yīng)用于電信電源或服務(wù)器PSU時(shí)，需要評(píng)估電流的檢測(cè)范圍、連續(xù)電流耐受能力、響應(yīng)速度（/帶寬）和電壓隔離等級(jí)。在某些情況下，電信電源或服務(wù)器電源可能還需要向上位機(jī)匯報(bào)當(dāng)前的運(yùn)行功率，此時(shí)高精度的霍爾電流傳感器（如TI的TMCS1100）可幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)≥1％的電流檢測(cè)精度。

圖1展示了，在分別使用3.3 V和5 V供電情況下，霍爾效應(yīng)電流傳感器的典型應(yīng)用電路。與使用3.3 V電源供電相比，使用5 V供電可用拓寬霍爾傳感器的電流檢測(cè)范圍。以TMCS1100A1為例，霍爾傳感器的靈敏度為50 mV/A：如果使用3.3V電源，則電流檢測(cè)范圍為-33 A?+ 33 A（雙向）；而使用5.0V電源時(shí)，電流檢測(cè)范圍可以擴(kuò)展到-50 A?+ 50A。另外，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意，除了電流檢測(cè)范圍之外，還需要考慮傳感器的連續(xù)電流耐受能力，當(dāng)電流耐受力不足時(shí)，可以通過(guò)改善傳感器的散熱來(lái)優(yōu)化。

(a)

 (b)

 圖1：霍爾效應(yīng)電流傳感器的常見(jiàn)應(yīng)用：采用3.3 V電源的霍爾效應(yīng)電流傳感器（a）；采用5 V電源的霍爾效應(yīng)電流傳感器（b）

 在使用霍爾效應(yīng)電流傳感器的電路板布局中，要注意以下因素：

• 散熱：盡量增大一次側(cè)電流導(dǎo)線的覆銅面積，可以提高霍爾電流傳感器的散熱能力，從而增加傳感器的最大平均電流耐受能力。另外，還可以使用更厚銅箔的PCB，或者在初級(jí)走線上放置一些散熱過(guò)孔，或者把霍爾電流傳感器和PCB走線放置在風(fēng)道內(nèi)，都可以改善霍爾電流傳感器的平均電流耐受能力。

• 一次側(cè)電流磁場(chǎng)：布局時(shí)，應(yīng)盡量避免大電流的走線靠近霍爾電流傳感器。

• 隔離要求：從系統(tǒng)整體考慮爬電距離和電氣間隙，當(dāng)霍爾電流傳感器無(wú)法滿(mǎn)足所需的PCB爬電距離時(shí)，可以在電路板上挖槽以達(dá)到系統(tǒng)級(jí)的隔離要求。

總結(jié)，在電信整流器和服務(wù)器PSU中，CT更適合于峰值電流控制和過(guò)流保護(hù)，但它體積較大且精度不高。霍爾效應(yīng)電流傳感器體積小，精度高，使用簡(jiǎn)單方便，并且更適合檢測(cè)交流線路電流。希望本文介紹的關(guān)于霍爾電流傳感器的一些用法對(duì)大家有所幫助。

其他資源

• 下載TMCS1100 數(shù)據(jù)表。

• 請(qǐng)參閱以下應(yīng)用指南：

• “利用非比例式磁性電流傳感器實(shí)現(xiàn)精密電流檢測(cè)設(shè)計(jì)”。

• “理解和應(yīng)用霍爾效應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)表”。

• 請(qǐng)參閱TMCS1100EVM用戶(hù)指南