閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

介紹了閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理及在地面車用電源系統(tǒng)中的應用，實現(xiàn)了對車用電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測量、控制，解決了地面車輛的大功率發(fā)電系統(tǒng)的限流保護問題。

關鍵詞：閉環(huán)；霍爾電流傳感器；車用電源；應用

1 引言

地面車用電源系統(tǒng)（以下簡稱電源系統(tǒng)）輸出電流的檢測與控制，直接關系著電源系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，并影響車輛的運行狀況及車輛的可操作性。由于車輛復雜的使用條件導致車用電源的負載變化較大，隨之電源的輸出功率也將發(fā)生較大變化，若對電源的輸出電流不加限制，會造成電源因過載而發(fā)熱，影響其功率輸出，嚴重情況下會導致電源永久失效。

閉環(huán)霍爾電流傳感器（以下簡稱傳感器）在車用電源系統(tǒng)中的應用，實現(xiàn)了對電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測量，并通過反饋控制電源系統(tǒng)的輸出電流。當電源的輸出電流接近電源系統(tǒng)的設計功率輸出時，電源輸出電流將不再增加，從而限制了電源系統(tǒng)的輸出功率，保護了電源系統(tǒng)不會因用電負載的變化而損壞。

2 閉環(huán)霍爾傳感器的工作原理

自1879年美國物理學家Edwin Herbert Hall發(fā)現(xiàn)霍爾效應以來，霍爾技術被越來越多地應用于工業(yè)控制的各個領域。隨著元器件工藝技術的發(fā)展，由霍爾器件應用開發(fā)的霍爾電流、電壓傳感器的性能也有了很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流、電壓傳感器的研制成功，大大地擴展了該項技術的應用領域。

2.1 霍爾效應及霍爾器件

霍爾效應是霍爾技術應用的理論基礎，當通有小電流的半導體薄片置于磁場中時（如圖1），半導體內的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉，使半導體兩側產生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓V_H，V_H與磁感應強度B及控制電流I_C成正比，經過理論推算有式（1）關系。

V_H=（R_H/d）×B×I_C（1）

式中：B為磁感應強度；

I_C為控制電流；

R_H為霍爾系數；

d為半導體厚度。

式（1）中，若保持控制電流I_C不變，在一定條件下，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯(lián)系。根據這一關系式，人們研制出了用于測量磁場的半導體器件，即霍爾器件。

圖1 霍爾效應原理