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在電機控制、逆變電路、開關電源、過電流故障保護等應用場景中，經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，是工程師非常關心的問題，下文我們分享一些案例來學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。
下文只介紹概要，點擊案例標題可以直接進入該案例全文。
首先介紹0-50A的應用案例：
1、2D數字伺服閥控制器的設計中基于ACS712(CH701)電流采樣模塊的設計
電流采樣模塊設計
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，本次設計采用的是ACS712(或***CH701)線性霍爾電流傳感器。傳感器的內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路徑電流流過而產生的磁場時，將其轉化為成比例的電壓。采樣得到的輸出電壓，需要經過放大器的變換，輸入到DSP的AD模塊。電流采樣模塊主要用來實現對步進電機兩相電流的采樣，從而構成電流閉環，提高控制的精度和響應速度。
2、工頻風力發電儲能逆變電路中的電流檢測（霍爾電流傳感器ACS712/CH701應用案例）
工頻風力發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、驅動電路、控制電路。
電壓檢測電路檢測從發電電路輸出的電壓，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轉換，電流檢測電路采取的芯片型號為CH701，驅動電路由控制電路通過I/O口輸出PWM信號，對MOS管進行開/關控制。
3、霍爾電流傳感器ACS712/ACS724/CH701應用于物聯網智能光伏電路
電流檢測電路、電壓檢測電路；
電流檢測電路由ACS712/20A芯片構成（或采用***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管腳經電容C9接地，8管腳接5V電壓且電壓處設置去耦電容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，可以實現能量變換的功率最大化；采用物聯網技術和OLED顯示設備對能夠實時檢測和反饋光伏板的運行狀態；當光伏板異常運行以及損壞時，能夠快速定位，實現及時維護。
4、霍爾電流傳感器ACS712/CH701在電動方向盤電機驅動控制器的應用
霍爾電流傳感器IC通過霍爾效應，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。經過二極管后，進入到主控芯片DSP的AD采集引腳進行AD轉換，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動器內設有電流保護電路，電流保護就是過流保護，防止電流過大損壞元件而設計的，實現電路如圖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的設定值時，輸出低電平信號Fault信號給故障綜合電路，觸發產生高電平給三態輸出總線接收器，動作輸出關斷信號，使功率開關關斷，從而保護了功率開關管，以免功率器件受到損壞。
5、意瑞半導體霍爾電流傳感器CH701/CH701W應用于電動汽車模式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 的環境下使用，額定頻率優選值為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整體結構較小，就需要結構更加緊湊的霍爾電流傳感器來實現這個功能。
目前意瑞半導體（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、汽車、商業和通信系統中交流或直流電流傳感的經濟而精確的解決方案。小封裝是空間受限應用的理想選擇，同時由于減少了電路板面積而節省了成本。典型應用包括電機控制、負載檢測和管理、開關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、智能變頻電動執行器的電流檢測電路介紹(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應用案例）
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。將芯片直接串聯接入直流母線中，檢測母線電流，霍爾元件根據磁場強度感應原理輸出一個線性的電壓信號。這樣的優勢在于芯片直接串聯在電流回路中，外圍電路簡單；可測交直流電流；無需檢測電阻，內置毫歐級路徑內阻；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、數字化智能電機驅動器的驅動方法(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應用案例）
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SiC MOSFET半橋功率模塊通過橋式連接方式構成，橋式電路母線上并聯容值不小于100uF，耐壓不小于1200V的無極性電容器。
過流保護電路，利用SiC MOSFET的輸出特性，結合功率驅動芯片BM6104?FV內置的去飽和檢測電路，通過調節分壓電阻的值來確定過流電流對應的漏源電壓，由于去飽和電壓與功率電流存在對應關系，因此可以通過SiC MOSFET的負載特性確定限流電流的大小，例案中的設計值為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，并經過PWM調制電路，調制成PWM波，經差分接口電路輸出，用于數字處理平臺對電流進行實時監控。
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引腳一方面經電阻R6、電阻R7后接地，FIL引腳經電容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，繼電器K1通過開關與插電板本體連接，二極管D3的正極接入三極管T1的集電極，三極管T1的發射極接地，基極經電阻R5接入主控電路。
10、數字交流閉環型調壓器設計(霍爾電流傳感器ACS712/CH701應用案例）
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FILTER腳，C9另一端接地；發光二極管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生的磁場信號轉化成電壓信號輸出，與第一電阻和第二電阻中間的電位進行比較，比較結果通過運放器輸出，以此實現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)保護板電路介紹（ACS758/CH704應用案例）
傳統的BMS板設計的時候通常采用運放、MOS管等分立原件構成，原理復雜，成本高，不易調試、故障率高等缺點。
采用CH704芯片進行隔離的測量輸出電流。CH704芯片將電流信號轉換成電壓信號輸入nrF51822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目比較多，如果一直放電操作，這個時候LTC6803及相關電路會比較熱，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體的***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的采樣電流處理電路連接，然后接至數字信號處理器，以將采集到的電流模擬信號轉換為電流數字信號再傳輸給數字信號處理器。
圖3 采樣電流處理電路的原理框圖。
4,通用“別克藍”智能電驅系統關鍵元器件分析——霍爾電流傳感器ACS758（CH704）在其中的應用
圖4 驅動板背面
功率板
1、FS50R07W1E3_B11A (650V,50A),Infineon；
2、ACS758LCB-050B (目前Allegro產品嚴重缺貨，可以選用國產替代產品CH704)
3、R75 MKP (0.33uF,250V) ，Arcotronics；
4、SUYIN針座；
5、IGBT內部集成的陶瓷鋁基板表面。
5,用于監測開關電源工作狀態的電路（霍爾電流傳感器ACS758/CH704的應用案例）
電路包括有開關電源輸出電流檢測模塊1、開關電源輸出電壓檢測模塊2、用于檢測環境溫度的溫度檢測模塊3、用于對開關電源中控制開關管通斷的PWM波進行脈寬檢測的PWM波脈寬檢測模塊4、用于對開關電源中流經開關管的電流大小進行檢測的開關管電流檢測模塊5、以及用于對檢測數據進行處理的處理器6，所述開關電源輸出電流檢測模塊1檢測信號輸出端、開關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。
開關電源輸出電流檢測模塊1采用芯片型號為ACS758（或使用***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)設備中的電流檢測方法
系統中電池（Bat）側 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和離網兩種運行模式。
在并網運行中，儲能變流器交流側連接電網，直流側連接蓄電池。與電網調度系統配合，參與電網調壓調頻，實現對電網負荷的削峰填谷。根據選擇的運行模式，可對蓄電池進行恒壓、恒流和恒功率充放電。
在離網運行中，儲能變流器直流側連接蓄電池，系統運行可輸出固定頻率和有效值的三相交流電壓，實現對交流側負荷的持續供電。
7,一種新型商用空調逆變器硬件電路方案的研究
由于空調壓縮機內部的高溫、腐蝕性環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節。常見三種不同的采樣方式，如圖2所示。
8，汽車空調系統的核心——空調控制器及其關鍵元器件
空調控制器連接著車內多個傳感器，能夠通過這些傳感器準確獲取車內環境。同時，控制器通過CAN與空調控制面板通訊，可以實時的獲取駕駛員對環境的要求。利用內部算法，通過CAN來控制空調壓縮機與空調PTC，鼓風機并且通過控制風門電機，閥門等執行器件，來達到對車內環境的精確控制。
詳細的空調控制器框圖如下：
9，車載燃料電池系統及其啟動運行控制方法介紹（霍爾電流傳感器CH704200CT應用案例）
通過DC?DC轉換器的開關頻率的切換（低?高），基于電流環與流量環的雙閉環調節，實現了車載燃料電池系統在低溫啟動、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化控制，增強了車載燃料電池系統的環境適應性與可靠性。
數據采集單元進一步包括：
溫度傳感器，分別設置于整車車廂內、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境溫度，以及布設位置處的冷卻液水溫；
流量壓力一體傳感器，分別設置于空壓機的輸入端、電堆的空氣入口、氫氣入口處，用于采集布設位置處通流氣體的流量和壓力；
電流監測設備，設置于電堆、DC?DC轉換器之間，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系統中，供給負載的所有電力都會經過整流/充電器和逆變器的雙重轉換（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。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的響應速度快（<2us）和高帶寬（180kHz），在此類應用中優勢明顯。
**圖3：**CH704在UPS
不間斷電源系統中的應用
文章中提到的0-50A產品CH701芯片完全是基于霍爾感應原理設計，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，產生一個磁場，霍爾元件根據磁場強度感應出一個線性的電壓信號，經過內部的放大、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，直接反應出流經銅箔電流的大小。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0 .5Vcc上，其輸出與輸入的關系為Vout=0 .5Vcc+Ip*Sensitivity。
CH701霍爾電流傳感器IC，是工業、汽車、商業和通信系統中交流或直流電流傳感的經濟而精確的解決方案。小封裝是空間受限應用的理想選擇，同時由于減少了電路板面積而節省了成本。典型應用包括電機控制、負載檢測和管理、開關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產品特點：
1.0.8 mohm初級導體電阻，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體到芯片的電容耦合，極大地抑制了由于高dv/dt瞬態而產生的輸出噪聲
3.行業領先的噪聲性能，通過專有的放大器和濾波器設計技術大大提高了帶寬
4.高帶寬120kHz模擬輸出，在控制應用中響應時間更快
5.過濾器引腳允許用戶在較低的帶寬下過濾輸出以提高分辨率
6.集成數字溫度補償電路允許在開環傳感器中實現近閉環精度
7.適用于空間受限應用的小尺寸、低剖面SOIC8封裝
8.濾波器引腳簡化了帶寬限制，在較低的頻率下獲得更好的分辨率
9.單電源運行
10.輸出電壓與交流或直流電流成比例
11.工廠微調靈敏度和靜態輸出電壓
12.提高精確度
13.斬波器穩定導致極穩定的靜態輸出電壓
14.近零磁滯
15.電源電壓輸出比率
產品應用：
電機控制；
負荷檢測與管理；
開關電源；
過電流故障保護；
文章中提到的50-400A產品CH704系列是為50A以上大電流檢測應用開發的隔離集成式電流傳感芯片，具有高精度、增強絕緣耐壓、高可靠性、低功耗等優點。該芯片內部集成一個精密的可編程線性霍爾芯片、一個小型聚磁環以及一個導通電阻為0.1m?的銅排，可實現+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A,+/-300A,+/-400A的電流檢測，并且通過工廠預編程可測量最大400A的浪涌電流。內部的低偏移、斬波穩定的線性霍爾芯片結合獨特的溫度補償電路設計，實現CH704全溫范圍（-40℃到150℃）內良好的溫度一致性。出廠前芯片已做好靈敏度和靜態（零電流）輸出電壓的校準，全溫度范圍內提供 ±1% 的典型高精度。
其主要應用包括：
?汽車電子：汽車OBC，DC-DC，EPS電機等
?工業控制：不間斷電源（UPS）、焊機/移動通信設備等電源供電等
?大功率電機：平衡車/獨輪車控制器、熱泵/制冰機等
?能源：過程控制、蓄電池檢測、能量測量等
審核編輯：湯梓紅
工商網監
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