閉環霍爾電流傳感器（以下簡稱傳感器）zaicheyongdianyuanxitongzhongdeyingyong

，shixianleduidianyuanxitongshuchudianliudegeliceliang，bingtongguofankuikongzhidianyuanxitongdeshuchudianliu。dangdianyuandeshuchudianliujiejindianyuanxitongdeshejigonglvshuchushi
，dianyuanshuchudianliujiangbuzaizengjia，congerxianzhiledianyuanxitongdeshuchugonglv，baohuledianyuanxitongbuhuiyinyongdianfuzaidebianhuaersunhuai。

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於工業控製的各個領域。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、電壓傳感器的研製成功，大大地擴展了該項技術的應用領域。

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於磁場中時（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VH，VH與磁感應強度B及控製電流IC成正比

，經過理論推算有式（1）關係。
VH=（RH/d）×B×IC（1）
式中：B為磁感應強度；
 IC為控製電流
；
 RH為霍爾係數
；
d為半導體厚度。

式（1）中，若保持控製電流IC不(bu)變(bian)，在(zai)一(yi)定(ding)條(tiao)件(jian)下(xia)
，可(ke)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)霍(huo)爾(er)電(dian)壓(ya)推(tui)算(suan)出(chu)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)的(de)大(da)小(xiao)，由(you)此(ci)建(jian)立(li)了(le)磁(ci)場(chang)與(yu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)的(de)聯(lian)係(xi)。根(gen)據(ju)這(zhe)一(yi)關(guan)係(xi)式(shi)
，人(ren)們(men)研(yan)製(zhi)出(chu)了(le)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)磁(ci)場(chang)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)，即(ji)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)。

圖1：霍爾效應原理

閉環霍爾電流傳感器的工作原理
   
閉環霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元件用於隔離檢測電流的模塊化產品，它的工作原理是霍爾磁平衡式（或稱霍爾磁補償式、霍爾零磁通式）。眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)，當(dang)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)一(yi)根(gen)導(dao)線(xian)時(shi)
，將(jiang)在(zai)導(dao)線(xian)周(zhou)圍(wei)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)
，磁(ci)場(chang)的(de)大(da)小(xiao)與(yu)流(liu)過(guo)導(dao)線(xian)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)成(cheng)正(zheng)比(bi)，這(zhe)一(yi)磁(ci)場(chang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)軟(ruan)磁(ci)材(cai)料(liao)來(lai)聚(ju)集(ji)
，然(ran)後(hou)用(yong)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)
，由(you)於(yu)磁(ci)場(chang)的(de)變(bian)化(hua)與(yu)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)有(you)良(liang)好(hao)的(de)線(xian)形(xing)關(guan)係(xi)，因(yin)此(ci)，可(ke)利(li)用(yong)霍(huo)爾(er)器(qi)件(jian)測(ce)得(de)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)，直(zhi)接(jie)反(fan)映(ying)出(chu)導(dao)線(xian)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)，即(ji)
 I∝B∝VH（2）
式中：I為通過導線的電流；
B為導線通電流後產生的磁感應強度。
當選擇適當的比例係數後
，上述關係可以表示為等式。
   
對於霍爾輸出電壓信號VH的處理，人們設計了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一類為開環（或稱直測式、直檢式）霍爾電流傳感器；另一類為閉環（或稱零磁通式

、磁平衡式）霍爾電流傳感器。
   
zhenduihuoerchuanganqidedianluxingshieryan，renmenzuirongyixiangdaodeshijianghuoerqijiandeshuchudianyayongyunsuanfangdaqizhijiejinxingxinhaofangda，dedaosuoxuyaodexinhaodianya
，youcidianyazhilaibiaodingyuanbianbeicedianliudaxiao
，zhezhongxingshidehuoerchuanganqitongchangchengweikaihuanhuoerdianliuchuanganqi。kaihuanhuoerchuanganqideyoudianshidianluxingshijiandan，chengbenxiangduijiaodi；其缺點是其精度
、線性度較差，響應時間較慢，溫度漂移較大。為了克服開環傳感器的不足，上世紀80年代末期
，國外出現了閉環霍爾電流傳感器。1989年，北京七○一(yi)廠(chang)引(yin)進(jin)國(guo)外(wai)技(ji)術(shu)在(zai)國(guo)內(nei)率(lv)先(xian)開(kai)展(zhan)閉(bi)環(huan)霍(huo)爾(er)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)研(yan)製(zhi)和(he)生(sheng)產(chan)。經(jing)過(guo)十(shi)幾(ji)年(nian)的(de)努(nu)力(li)，這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)國(guo)內(nei)逐(zhu)漸(jian)為(wei)廣(guang)大(da)用(yong)戶(hu)了(le)解(jie)和(he)應(ying)用(yong)。
   
閉環霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的（如圖2）
，即原邊電流（IN）所產生的磁場
，通過一個副邊線圈的電流（IM）所產生的磁場進行補償，使霍爾器件始終處於檢測零磁通的工作狀態。當原副邊補償電流產生的磁場在磁芯中達到平衡時，即
N1×IN=N2×IM（3）
式中：N1為原邊線圈的匝數；
 N2為副邊線圈的匝數。
   
由式（3）可以看出，當已知傳感器原邊和副邊線圈匝數時，通過測量副邊補償電流IM的大小
，即可推算出原邊電流IN的值
，從而實現了原邊電流的隔離測量。

圖2：閉環霍爾電流傳感器的工作原理

閉環霍爾電流傳感器的主要性能
   
閉環霍爾電流傳感器是近10年(nian)來(lai)出(chu)現(xian)的(de)高(gao)技(ji)術(shu)模(mo)塊(kuai)化(hua)產(chan)品(pin)，其(qi)性(xing)能(neng)大(da)大(da)優(you)於(yu)開(kai)環(huan)霍(huo)爾(er)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，同(tong)時(shi)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)分(fen)流(liu)器(qi)或(huo)互(hu)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)亦(yi)有(you)許(xu)多(duo)優(you)點(dian)。閉(bi)環(huan)霍(huo)爾(er)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)主(zhu)要(yao)有(you)以(yi)下(xia)特(te)點(dian)：
   
1）可以同時測量任意波形電流，如：直流、交流
、脈衝電流
；
2）副邊測量電流與原邊被測電流之間完全電氣隔離
，絕緣電壓一般為2kV～12kV；
3）電流測量範圍寬
，可測量額定1mA～50kA電流；
4）跟蹤速度di/dt>50A/μs；
5）線性度優於0.1％IN；
6）響應時間<1μs；
7）頻率響應0～100kHz。

傳感器在車用電源係統中的應用
   
閉環霍爾電流傳感器的應用範圍很廣，目前已成功地應用於逆變焊機，發電及輸變電設備，電氣傳動，數控機床等工業產品上。表1以額定電流為300A的CHB－300S型霍爾電流傳感器為例，說明這種傳感器的應用。

表1：CHB－300S型霍爾傳感器的主要性能參數

   
在某型地麵車輛上裝備了一套獨立的大功率發電係統
，該發電係統設計選用了CHB－300S型xing閉bi環huan霍huo爾er電dian流liu傳chuan感gan器qi作zuo為wei係xi統tong電dian流liu檢jian測ce部bu件jian，通tong過guo對dui傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu信xin號hao進jin行xing處chu理li

，設she定ding限xian流liu工gong作zuo點dian

，確que保bao發fa電dian係xi統tong的de輸shu出chu功gong率lv不bu高gao於yu發fa電dian機ji的de額e定ding功gong率lv。閉bi環huan霍huo爾er電dian流liu傳chuan感gan器qiCHB－300S的應用
，很好地實現了上述應用目的。如圖3所示，發電機G輸出正端彙流母線穿過CHB－300S/SP1的原邊電流穿孔
，由傳感器CHB－300S/SP1檢測發電機的輸出電流，傳感器的輸出IM與(yu)發(fa)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)盒(he)相(xiang)連(lian)
，由(you)發(fa)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)盒(he)設(she)定(ding)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)點(dian)，依(yi)據(ju)此(ci)信(xin)號(hao)，對(dui)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)加(jia)以(yi)限(xian)製(zhi)，避(bi)免(mian)發(fa)電(dian)機(ji)因(yin)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)過(guo)高(gao)而(er)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)或(huo)損(sun)壞(huai)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

圖3：CHB－300S傳感器的應用