閉環霍爾電流傳感器的工作原理

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

關鍵詞：閉環；霍爾電流傳感器；車用電源；應用

1 引言

地面車用電源系統（以下簡稱電源系統）輸出電流的檢測與控制，直接關系著電源系統工作的穩定性和可靠性，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熱，影響其功率輸出，嚴重情況下會導致電源永久失效。

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

2 閉環霍爾傳感器的工作原理

自1879年美國物理學家Edwin Herbert Hall發現霍爾效應以來，霍爾技術被越來越多地應用于工業控制的各個領域。隨著元器件工藝技術的發展，由霍爾器件應用開發的霍爾電流、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