1、閉環(huán)霍爾傳感器的工作原理
閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元件用于隔離檢測(cè)電流的模塊化產(chǎn)品，它的工作原理是霍爾磁平衡式的（或稱霍爾磁補(bǔ)償式、霍爾零磁通式）。眾所周知，當(dāng)電流流過一根的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線形關(guān)系，因此可利用霍爾器件的測(cè)得的輸出信號(hào)，直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大小，即：
I∝B∝VH（2）
式中：I為通過導(dǎo)線中的電流；B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；VH為霍爾器件在磁場(chǎng)B中產(chǎn)生的霍爾電壓。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可以表示為等式。對(duì)于霍爾輸出電壓信號(hào)VH的處理，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一類為開環(huán)（或稱直測(cè)式、直檢式）霍爾電流傳感器；另一類為閉環(huán)（或稱零磁通式、磁平衡式）霍爾電流傳感器。
針對(duì)霍爾傳感器的電路形式而言，人們*容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運(yùn)算放大器直接信號(hào)放大，得到所需要的信號(hào)電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊被測(cè)電流大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低；其缺點(diǎn)是精度、線性度較差；響應(yīng)時(shí)間較慢；溫度漂移較大。為了克服開環(huán)傳感器存在的不足，八十年代末期，國(guó)外出現(xiàn)了閉環(huán)霍爾電流傳感器。
閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流（IN）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過一個(gè)副邊線圈的電流（IM）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中達(dá)到平衡時(shí)，即有如下等式：
N×IN=n×IM（3）
式中：IN為原邊電流；N為原邊線圈的匝數(shù)；IM為副邊補(bǔ)償電流；n為副邊線圈的匝數(shù)。由上式看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過測(cè)量副邊補(bǔ)償電流IM的大小，即可推算出原邊電流IN的值，從而實(shí)現(xiàn)了原邊電流的隔離測(cè)量。
圖1 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理
2、閉環(huán)霍爾電流傳感器的主要性能
閉環(huán)霍爾電流傳感器是近十年來出現(xiàn)的高技術(shù)模塊化產(chǎn)品，其性能要大大的優(yōu)于開環(huán)霍爾電流傳感器，同時(shí)與傳統(tǒng)的分流器或互感器的電流測(cè)量方法相比亦有許多優(yōu)點(diǎn)。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點(diǎn)：
1)可以同時(shí)測(cè)量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流； 2)副邊測(cè)量電流與原邊被測(cè)電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為2KV~12KV； 3)電流測(cè)量范圍寬，可測(cè)量額定1mA~50KA電流； 4)跟蹤速度didt：高于50Aus； 5)線性度：優(yōu)于0.1%IN； 6)響應(yīng)時(shí)間：小于1us； 7)頻率響應(yīng)：0~100KHz。
3、傳感器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用
閉環(huán)霍爾電流傳感器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍很廣，目前已成功的應(yīng)用于各種電源、逆變焊機(jī)、發(fā)電及輸變電設(shè)備、電氣傳動(dòng)、數(shù)控機(jī)床、**裝備等工業(yè)及**產(chǎn)品上。下面以額定電流為300A的HCS-LTB-300A型霍爾電流傳感器為例說明這種傳感器的應(yīng)用。
HCS-LTB-300A型閉環(huán)霍爾電流傳感器的額定電流為300A，輸出電流為150mA，表1給出了HCS-LTB-300A型傳感器的主要性能參數(shù)。
表1 HCS-LTB-300A型霍爾傳感器的電參數(shù)
某型地面車輛裝備了一套獨(dú)立的大功率發(fā)電系統(tǒng)，在該車輛發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)計(jì)選用了HCS-LTB-300A型閉環(huán)霍爾電流傳感器作為系統(tǒng)電流檢測(cè)部件，傳感器的主要作用是隔離檢測(cè)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流，通過對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，設(shè)定限流工作點(diǎn)，確保發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不高于發(fā)電機(jī)的額定功率。閉環(huán)霍爾電流傳感器HCS-LTB-300A的應(yīng)用，很好的實(shí)現(xiàn)了上述應(yīng)用目的。通過設(shè)置傳感器HCS-LTB-300A的輸出信號(hào)，對(duì)發(fā)電機(jī)D1的輸出電流加以限制，避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)的輸出功率過高而發(fā)生故障或損壞，保證發(fā)電系統(tǒng)的正常工作。
圖2 HCS-LTB-300A型傳感器的應(yīng)用
經(jīng)過測(cè)試，該傳感器的性能能夠滿足車用發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電流檢測(cè)的需要，該設(shè)計(jì)已在多套地面車輛的發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果受到專家的肯定。