車用電源系統(tǒng)的工作原理分析

地面車用電源系統(tǒng)輸出電流的檢測(cè)與控制，直接關(guān)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(yùn)行狀況及車輛的可操作性。由于車輛復(fù)雜的使用條件導(dǎo)致車用電源的負(fù)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(duì)電源的輸出電流不加限制，會(huì)造成電源因過載而發(fā)熱，影響其功率輸出，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致電源永久失效。

　　 閉環(huán)霍爾電流傳感器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測(cè)量，并通過反饋控制電源系統(tǒng)的輸出電流。當(dāng)電源的輸出電流接近電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率輸出時(shí)，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(hù)了電源系統(tǒng)不會(huì)因用電負(fù)載的變化而損壞。

　　 隨著元器件工藝技術(shù)的發(fā)展，由霍爾器件應(yīng)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?cái)U(kuò)展了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　霍爾效應(yīng)是霍爾技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，當(dāng)通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強(qiáng)度及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算出以下公式：

　　 VH=（RH/d）×B×IC

式中：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；

　　 IC為控制電流；

　　 RH為霍爾系數(shù)；

　　 d為半導(dǎo)體厚度。

　　 式中，若保持控制電流IC不變，在一定條件下，可通過測(cè)量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系。

　　 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。眾所周知，當(dāng)電流流過一根導(dǎo)線時(shí)，將在導(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，可利用霍爾器件測(cè)得的輸出信號(hào)，直接反映出導(dǎo)線中的電流大小，其公式如下：

　　 I∝B∝VH

式中：I為通過導(dǎo)線的電流；

　　B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

　　 當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)后，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，設(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，最容易想到的是將霍爾器件的輸出電壓用運(yùn)算放大器直接進(jìn)行信號(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)是其精度、線性度較差，響應(yīng)時(shí)間較慢，溫度漂移較大。

　　 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)，其公式如下：

　　 N1×IN=N2×IM

式中：N1為原邊線圈的匝數(shù)；

　　 N2為副邊線圈的匝數(shù)。

　　 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。