一文看懂电流分流器和霍尔传感器的技术对比

大直流电流的测量

在许多系统中，为了确保性能和安全，需要测量较大的直流电流。两个例子是静态励磁和轨道牵引动力。这些电流的测量通常采用两种主要原理之一：配有mV级变送器的分流器电阻或霍尔效应传感器来反馈。

两种传感器的原理已存在了几十年。因此，利用这两种原理的传感器已在商业上通过了时间的考验。然而，每种方法都有其优点和缺点，主要与所应用的物理原理关联。如果传感器的缺点本质上与其物理属性有关，那么无论经历多少次迭代或设计更改，都很难或不可能克服这个问题。

如果测量的精度特别重要，分流器电阻的设计有其相应的优势。即使有书面的的精度规格说明，因为邻近导体的磁场影响和传感器位置本身，使得非接触式霍尔传感器的总测量误差几乎不可能去评估。

然而，如果安装尺寸的最小化是必要的，那么霍尔效应传感器，其总体布局较小，是可以考虑的。这是由于分流器测量是需要两块元器件的系统，分流电阻，它的占地面积正比于与被测量的电流大小，配以相应的mV级变送器。

如果电流测量的精度是最重要的，那么带相应mV级变送器的分流电阻方案应该是最好的选择。由于温度、传感器和布线的位置、辅助电源的稳定性和耦合性，以及之后可能出现的大电流等各种外部因素的影响，霍尔效应传感器的初始和持续精度很难评估。

如果应用中的其他考虑因素超过了使用分流器和mV级变送器所带来的精度优势，那么霍尔效应传感器可以进一步考虑。这可能包括，比如在空间有限的情况下安装一个分流器，一旦将分流器安装在其中，由于功率耗散，环境空间温度可能上升。

然而，安装的难易程度，以及下游设备维护的便利性也应该成为决策的一部分。在这里，由于和标准控制系统的兼容性，以及初始安装和潜在更换的便利，分流器加上mV级变送器进一步显示了其优势。

下表进一步比较了这两种技术，并相应地用绿色背景突出了每种技术的优势。

电流测量

分流器电阻+mV级变送器

霍尔效应传感器（闭环）

测量原理

直接测量实际电流，正比于分流器电阻上的电压降，根据欧姆原理：U=R x I，带电气隔离的mV级变送器将分流器电压输出（如，0-50mV）转换成相应同比例的标准信号（如，4-20mA0-10V），从而控制系统可以轻松读取。

非直接测量，由电流流过的导体产生的磁场。霍尔传感器位于缠绕导线的环形磁芯铁氧体内的空气间隙中。通常，“闭环”传感器被使用，通过绕着环形磁芯的线圈的电流用于将空气间隙中的磁场补偿为零，而这个二次侧电流正比于磁场。

温度带来的精度影响

影响效果低。分流器电阻温度温度系数(TC)接近零(10 ppm/K)mV级变送器温度系统(TC)低，低于50 ppm/K

高，由于环形磁芯的热膨胀影响空气间隙，直接影响空气间隙中的磁场。

故障大电流（远大于额定电流）带来的精度影响

耐受大电流，不影响精度

耐受大电流，但因为磁芯剩磁，在故障大电流通过后，会有相应的零漂。

电气系统中传感器位置带来的精度影响

没有影响

影响大。通常，相邻导体的磁场叠加在被测导体中流过电流产生的磁场上。

传感器位置对应于导体位置带来的精度影响

不相关，没有影响

空间间隙的方向和导体之于传感器开孔的位置对测量有影响→能造成较大的测量误差。

辅助电源稳定性带来的精度影响

对现代mV级电子变送器无影响。

相当大的影响外部电源须稳定（经常会是双极）

信号和辅助电源的（去耦）耦合带来的精度影响

mV级变送器通常提供端隔离。辅助电源和输出信号间电气隔离。接地环路或其它环路信号不影响测量。

霍尔传感器中的辅助电源电气耦合到输出信号。这可能或不可能通过接地环路或其他环路信号造成测量误差。

传输速率，截止频率

中速，对于所有DC和一些AC测量已足够

高速，对于所有DC和多数AC测量已足够

输出信号兼容性

很好通用。工业标准信号典型值，可以被任何控制系统轻松读取。

二次侧输出电流取决于一次侧电流水平。控制系统必须特别设计或调整。（如，±150mA 信号）

隔离：耐受电压

高，通过现代mV级电子变送器

高，通过无接触电流测量的物理原理

功耗

通常50mV的分流器被使用。1000A的电流将会在分流器上产生50W的功耗。在KWMW级的系统中，这是无关紧要的。如果分流器安装在较小的柜子内，这可能会是问题。

低功耗需要用于一次侧电流产生的磁场的测量

安装和更换步骤

分流器电阻成为母排装置的一部分，由螺丝固定在母排两端的间隙中。分流器电阻的位置没有限制。

环形霍尔传感器安装在穿过传感器开孔的母排或电缆上。更换传感器时，母排需要拆卸。传感器的位置至关重要，因为其显著影响测量。

电池包中的“Shunt”（分流器）是一种用于精确测量电池包电流的关键部件，以下是其核心信息：

Shunt本质上是一个低阻值的精密电阻，通常由锰铜、镍铬等特殊合金材料制成。根据欧姆定律，当电流通过Shunt时，其两端会产生与电流成正比的微小电压降。

通过测量这个电压降，结合已知的Shunt电阻值，即可计算出电流大小。Shunt通常串联在电池包的主正或主负回路中，常见于电池管理系统（BMS）的高压盒（BDU/PDU）内，直接测量电池包的总电流。

分流器越来越受到青睐，如下所示为常见的额一种分流器：

分流器的基本原理就是典型的欧姆定律：

分流式电流传感器的工作原理完全基于欧姆定律

U=I*

其中：

1. U 是电阻两端的电压降（单位：V）

2. 是流经电阻的电流（单位：A）

3. 是电阻的阻值（单位：Ω）

简单来说：它通过测量一个已知阻值的精密电阻（即“分流器”）上的微小电压降，来计算出流过该电阻的电流值。

如何确定这个精密电阻呢。

通过一款实际的产品来进行测试：

阻值非常小的精密电阻，通常为毫欧级（mΩ），例如 0.1mΩ、0.5mΩ、1mΩ 等。（电阻的标准值为0.1mΩ，实测存在偏差）

需要考虑温度的影响，通常设置一个10K欧的电阻；插入损耗（压降）和功耗：串联在回路中在大电流下，功耗和发热成为严重问题，因此需要有温度传感器作为监控（电路板上有一个10KΩ的热敏电阻）。

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