霍尔电流传感器在电信整流器和服务器电源中的应用
“电信整流器和服务器电源单元（PSU）中的功率因数校正（PFC）电路和逆变电路都需要将高压侧的电流信号检测到位于低压侧的，因此要用到隔离式电流传感器。隔离式电流检测有多种实现方式，例如电流互感器（CT）、隔离放大器和霍尔效应电流传感器。其中，霍尔效应电流传感器因其简便易用、准确、体积小且具有直流检测能力，成为比较理想的选择。
”电信整流器和服务器电源单元（PSU）中的功率因数校正（PFC）电路和逆变电路都需要将高压侧的电流信号检测到位于低压侧的，因此要用到隔离式电流传感器。隔离式电流检测有多种实现方式，例如电流互感器（CT）、隔离放大器和霍尔效应电流传感器。其中，霍尔效应电流传感器因其简便易用、准确、体积小且具有直流检测能力，成为比较理想的选择。
电流互感器是基于变压器的原理对电流进行采样，使用CT可以检测MOSFET或者IGBT的开通电流。CT的快速响应速度使其非常适合于用做峰值电流控制和过流保护控制。但是基于变压器耦合原理的CT无法感测直流或非常低频的电流，从而导致其不能直接检测工频AC电流，或因为只检测开通电流的间接方法而损失测量精度（没有关断电流）。另外，由于CT需要使用铁氧体磁芯，体积很难做小，而体积较大的CT又会增大电源开关环路，产生更高的电压尖峰和噪声干扰。
而霍尔效应电流传感器则是一种精度更高、体积更小的选择，它可以在直流条件下工作，而且能够以良好的线性度和精度测量包含了开通和关断的AC总电流。同时，霍尔效应电流传感器的体积可以做到SOIC-8的封装，同一颗集成IC一样大小，使PCB的布局更加容易，有助于实现更高的功率密度。
表1对霍尔效应电流传感器与电流互感器进行了比较。
霍尔效应电流传感器
电流互感器
原理
霍尔效应（磁场测量）
变压器（磁通耦合）
测量能力
直流和交流
仅交流
尺寸
最小：SOIC-8（5 mm x 6 mm x 1.8 mm）
最小：EE5（7.7 mm x 6.9 mm x 5.4 mm）
精度
高 – 可达1%
低 – 取决于许多因素
应用
DC/AC电流检测，PFC电流控制，逆变器电流控制
峰值电流控制，过流保护
表1：霍尔效应电流传感器与电流互感器的比较
在将霍尔效应电流传感器应用于电信电源或服务器PSU时，需要评估电流的检测范围、连续电流耐受能力、响应速度（/带宽）和电压隔离等级。在某些情况下，电信电源或服务器电源可能还需要向上位机汇报当前的运行功率，此时高精度的霍尔电流传感器（如TI的TMCS1100）可帮助系统实现≥1％的电流检测精度。
图1展示了，在分别使用3.3 V和5 V供电情况下，霍尔效应电流传感器的典型应用电路。与使用3.3 V电源供电相比，使用5 V供电可用拓宽霍尔传感器的电流检测范围。以TMCS1100A1为例，霍尔传感器的灵敏度为50 mV/A：如果使用3.3V电源，则电流检测范围为-33 A?+ 33 A（双向）；而使用5.0V电源时，电流检测范围可以扩展到-50 A?+ 50A。另外，在设计中应当注意，除了电流检测范围之外，还需要考虑传感器的连续电流耐受能力，当电流耐受力不足时，可以通过改善传感器的散热来优化。
图1：霍尔效应电流传感器的常见应用：采用3.3 V电源的霍尔效应电流传感器（a）；采用5 V电源的霍尔效应电流传感器（b）
在使用霍尔效应电流传感器的电路板布局中，要注意以下因素：
l 散热：尽量增大一次侧电流导线的覆铜面积，可以提高霍尔电流传感器的散热能力，从而增加传感器的最大平均电流耐受能力。另外，还可以使用更厚铜箔的PCB，或者在初级走线上放置一些散热过孔，或者把霍尔电流传感器和PCB走线放置在风道内，都可以改善霍尔电流传感器的平均电流耐受能力。
l 一次侧电流磁场：布局时，应尽量避免大电流的走线靠近霍尔电流传感器。
l 隔离要求：从系统整体考虑爬电距离和电气间隙，当霍尔电流传感器无法满足所需的PCB爬电距离时，可以在电路板上挖槽以达到系统级的隔离要求。
总结，在电信整流器和服务器PSU中，CT更适合于峰值电流控制和过流保护，但它体积较大且精度不高。霍尔效应电流传感器体积小，精度高，使用简单方便，并且更适合检测交流线路电流。希望本文介绍的关于霍尔电流传感器的一些用法对大家有所帮助。
