作为工业应用中常见的测量器件，电量传感器在很多场合都扮演着重要的角，而霍尔原理传感器基于其运行的稳定性和较高的性价比为大家所熟知。在使用霍尔传感器的过程中，不少客户对于其频率响应都有一些疑问，诸如传感器的标称带宽与额定电流的关系、在哪些条件下需要考虑频率衰减以及不同频率对传感器的影响等等。本文针对霍尔电流传感器在使用过程中对于被测信号的频率特性以及传感器的相关响应进行浅显的阐述，以期能够解答一些用户关于传感器使用在不同频率下的情况的疑问。 一、何为霍尔电流传感器的频带宽度？
首先，我们需要知道何为被测电流的频率？众所周知，交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。日常生活中的工频交流电的频率一般为50Hz（或60Hz），而在电力电子应用中整流或逆变电路的开关频率可以达几十kHz。随着新半导体材料的开关器件（碳化硅，氮化镓等）的出现，开关频率可以达到MHz以上。在高频电源、焊接系统、拉弧检测、无线电系统等工业应用中，电流的频率一般在MHz以上甚至更高。
那么，电流传感器规格书中所标注的带宽，是指被测信号的频率吗？很显然，二者之间有关联，但是不能说被测信号的频率是传感器的带宽。
电流传感器的带宽（Frequency bandwidth）是一个频率区间，可称为频带宽度或频率范围。随着被测电流频率不断上升或下降，电流传感器的输出信号会出现衰减，当输出信号衰减到某一定值（参考下面-3dB定义）时的频率即为上限频率和下限频率。而上下限频率之差即为该电流传感器的带宽。但对于霍
尔原理的电流传感器而言，下限大多都是0Hz，即为直流。所以一般霍尔电流传感器的上限频率即为其带宽。
以LEM的闭环传感器LF 210-S为例，频带范围值为：0-100kHz，（-
3dB,Rm=50Ω，25℃）。
该参数的物理定义即为，当该传感器在室温25℃，输出端采样电阻为
陶瓷添加剂R=50Ω时，被测信号衰减-3dB（半功率点，可理解为峰值信号功率的一半）时的截止频率，即上限频率为100kHz，则带宽为100kHz。
这里对几个相关概念做一下解释
1、关于-3dB带宽概念。
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参考模拟电路中对于频带的定义，一般指的是输出信号幅值衰减到被测信号幅（≈0.707，即70%）时的截止频率。有时也会用-1dB带宽，即输出信号值的√2
2
衰减到被测信号幅值的0.891倍约为90%时的截止频率。
2、关于测试信号。
在频响曲线中也会提到测试信号，这个测试信号大小并不是指传感器的额定工作电流，这是尤其要注意的。一般情况下，在对传感器带宽进行测试时需要用到扫频设备，而现有的宽频带扫频设备的额定电流一般都较小，很难实现几十A甚至上百A的高频电流标定。基于实验设备的限制，一般都按照小信号进行测试。以LEM公司的霍尔电流传感器为例，一般情况下会以额定电流的1%、0.5%或其他指定小信号作为带宽测试信号。
3、关于采样电阻。
采样电阻指传感器的负载电阻，在实验室测试时接在传感器的输出测，通过监测采样电阻两端的电压来衡量传感器的工作情况。
4、关于下限频率。
对于霍尔电流传感器而言，直流、交流、脉冲或者其他不规则波形等信号都是可以测量的，下限频率值通常为DC。但是也有一些例外情况，比如LEM开环霍尔电流传感器DHR 100 C420，其频率范围是DC 20…6000Hz（±1dB）。看上去似乎不合理，实际上这是因为这款传感器是标准模拟量4-20mA输出，内置的真有效值转换芯片使得传感器的响应速度变慢，在超低频信号下其响应时间明显延长，所以据此要求其频率设置一定的下限。但是如果被测信号是直流，输出仍是直流且不受影响，所以DC仍然可以。
二、为何关注传感器频带宽度？
带宽与传感器的关系有几种情况：
1、如果被测信号的频率超过了传感器带宽的限值，但信号幅值很小（比如为额定信号的1%左右），此时传感器的二次侧输出将会超出衰减范围，以-3dB 带宽为例，传感器输出会衰减加剧，降至实际输
出值的70%以下甚至更小。但一般不会对传感器本身造成很大影响。
2、如果被测信号的频率没有超出传感器带宽范围，信号幅值较大但仍在传感器测量范围之内，此时传感器有可能正常工作，也有可能因为发热导致其失效，具体的情况要参考该传感器的频率对电流的衰减曲线来决定。
3、如果被测信号的频率超出带宽范围，而信号幅值也超出传感器的测量范围，那么传感器是肯定不能正常工作的，短时间内传感器的磁芯会饱和且削顶
输出，长时间会导致传感器发热甚至烧毁。
为何被测信号的幅值较大时，传感器会迅速发热，极端情况下甚至导致传感器烧毁呢？频率与传感器发热之间有何关联呢？下面我们来解释为什么会出现这种现象。
对霍尔电流传感器而言，发热的主要原因：一是高频下磁芯的涡流和磁滞损耗（相当于铁损），二是传感器二次线圈的损耗（相当于铜损）。对于开环传感器主要是第一种，闭环传感器则需要考虑以上两种损耗的共同作用。
（1）磁芯带来的损耗
对于软磁材料，高频率大信号产生的高磁通下的单位体积损耗
钛雷P = Ph + Pe + Pr，（Ph为磁滞损耗、Pe为涡流损耗、Pr为剩余损耗）。
磁滞损耗是外部磁场为了实现磁化并以热能的方式表现出来的损耗，其经验公式P h=K1Bηm f，其中，K1为常数，η为施泰因梅茨常数，Bm为磁滞回线上磁感应强度的最大值，f为信号频率。由此可知，信号频率和幅值与磁滞损耗正相关，频率越高磁损越大。
涡流损耗的原因是由于磁路内的磁通变化时在磁性材料中感应出电压，磁性材料本身的电阻造成的发热，产生了涡流损耗。涡流损耗与磁场频率f、磁芯厚度d和最大磁感应强度Bm的平方成正比，与材料的电阻率ρ成反比。该损耗也随着频率和幅值的提升而增大。在传感器的实际设计中，通常会通过减小磁材的厚度（包括采用叠片形式的磁芯）和采用一些大电阻率的磁材等。
对于剩余损耗通常情况下分量较小，一般可以忽略。
从以上分析可以看出磁滞损耗和涡流损耗都与磁感应强度最大值和频率值正相关，被测信号的幅值和频率都超出允许值时，二者的同时作用会使得磁芯
压电陶瓷换能器在短时间内损耗急剧上升，导致发热严重。
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（2）霍尔闭环电流传感器的二次线圈还存在着负载损耗。该损耗主要取决于被测信号的有效值，所以在低频大电流的情况下在损耗中占有较大比重。三、传感器的频带宽度在选型过程中如何参考？
在选择传感器时，是必须考虑频率宽度参数的。
首先，确认标定带宽范围。比如50kHz（-3dB）。那么如果被测信号带宽超过或等于50kHz，那么对于该型号传感器是一定无法适用的。
其次，确认信号有效值和幅值范围。
因为被测信号大小和频率是同时作用，不仅仅对于传感器的发热有关，还能使得传感器磁芯饱和从而削顶输出，所以对于信号大小和频率都在标定以内的情况，需要根据实际条件参考频率与信号的衰减曲线进行选择。
吸音降噪以上提到的都是常规情况。在实际中，不同的传感器，由于不同的原理、不同的磁芯材质、不同的结构，适用的信号幅值和频率范围都有所不同，在使用时要区别对待。在通用原则上而言，开环产品的工作频率宽度普遍低于闭环产品的频率宽度。实际应用中，必须综合考虑被测信号的大小和频率，才能选择到正确的传感器，以避免发生选型失误造成传感器损坏甚至导致更大的损失。
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