闭环霍尔电流传感器的工作原理

　介绍了闭环的工作原理及在地面车用系统中的应用，实现了对车用系统输出电流的隔离测量、控制，解决了地面车辆的大功率发电系统的限流保护问题。

　　关键词：闭环；霍尔电流传感器；车用电源；应用

　　1    引言  

    地面车用电源系统（以下简称电源系统）输出电流的检测与控制，直接关系着电源系统工作的稳定性和可靠性，并影响车辆的运行状况及车辆的可操作性。由于车辆复杂的使用条件导致车用电源的变化较大，随之电源的输出功率也将发生较大变化，若对电源的输出电流不加限制，会造成电源因过载而发热，影响其功率输出，严重情况下会导致电源永久失效。

    闭环霍尔电流传感器（以下简称传感器）在车用电源系统中的应用，实现了对电源系统输出电流的隔离测量，并通过反馈控制电源系统的输出电流。当电源的输出电流接近电源系统的设计功率输出时，电源输出电流将不再增加，从而限制了电源系统的输出功率，保护了电源系统不会因用电负载的变化而损坏。

　　2    闭环霍尔传感器的工作原理

    自1879年美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，霍尔技术被越来越多地应用于工业控制的各个领域。随着元器件工艺技术的发展，由应用开发的霍尔电流、传感器的性能也有了很大提高，特别是闭环霍尔电流、电压传感器的研制成功，大大地扩展了该项技术的应用领域。

　　2.1    霍尔效应及霍尔器件

    霍尔效应是霍尔技术应用的理论基础，当通有小电流的半导体薄片置于磁场中时（如图1），半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压V_H，V_H与磁感应强度B及控制电流I_C成正比，经过理论推算有式（1）关系。

    V_H=（R_H/d）×B×I_C（1）

式中：B为磁感应强度；

      I_C为控制电流；

      R_H为霍尔系数；

      d为半导体厚度。

    式（1）中，若保持控制电流I_C不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小，由此建立了磁场与电压信号的联系。根据这一关系式，人们研制出了用于测量磁场的半导体器件，即霍尔器件。

图1    霍尔效应原理