闭环霍尔电流传感器在车用电源系统中的应用
2、闭环霍尔传感器的工作原理
闭环霍尔电流传感器是利用霍尔器件为核心敏感元件用于隔离检测电流的模块化产品，它的工作原理是霍尔磁平衡式的（或称霍尔磁补偿式、霍尔零磁通式）。众所周知，当电流流过一根的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流大小成正比，这一磁场可以通过软磁材料来聚集，然后用霍尔器件进行检测，由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线形关系，因此可利用霍尔器件的测得的输出信号，直接反应出导线中的电流大小，即：
I∝B∝VH（2）
式中：I为通过导线中的电流；B为导线通电流后产生的磁感应强度；VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。当选择适当的比例系数，上述关系可以表示为等式。对于霍尔输出电压信号VH的处理，人们设计了许多种电路，但总体来讲可分为两类，一类为开环（或称直测式、直检式）霍尔电流传感器；另一类为闭环（或称零磁通式、磁平衡式）霍尔电流传感器。
针对霍尔传感器的电路形式而言，人们*容易想到的是将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接信号放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边被测电流大小，这种形式的霍尔传感器通常称为开环霍尔电流传感器。开环霍尔传感器的优点是电路形式简单、成本相对较低；其缺点是精度、线性度较差；响应时间较慢；温度漂移较大。为了克服开环传感器存在的不足，八十年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。
闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的，即原边电流（IN）所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流（IM）所产生的磁场进行补偿，使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在磁芯中达到平衡时，即有如下等式：
N×IN=n×IM（3）
式中：IN为原边电流；N为原边线圈的匝数；IM为副边补偿电流；n为副边线圈的匝数。由上式看出，当已知传感器原边和副边线圈匝数时，通过测量副边补偿电流IM的大小，即可推算出原边电流IN的值，从而实现了原边电流的隔离测量。
图1 闭环霍尔电流传感器的工作原理
3、闭环霍尔电流传感器的主要性能
闭环霍尔电流传感器是近十年来出现的高技术模块化产品，其性能要大大的优于开环霍尔电流传感器，同时与传统的分流器或互感器的电流测量方法相比亦有许多优点。闭环霍尔电流传感器主要有以下特点：
1)可以同时测量任意波形电流，如：直流、交流、脉冲电流； 2)副边测量电流与原边被测电流之间完全电气隔离，绝缘电压一般为2KV~12KV； 3)电流测量范围宽，可测量额定1mA~50KA电流； 4)跟踪速度didt：高于50Aus； 5)线性度：优于0.1%IN； 6)响应时间：小于1us； 7)频率响应：0~100KHz。
4、传感器在车用电源系统中的应用
闭环霍尔电流传感器的应用范围很广，目前已成功的应用于各种电源、逆变焊机、发电及输变电设备、电气传动、数控机床、装备等工业及产品上。下面以额定电流为300A的HCS-LTB-300A型霍尔电流传感器为例说明这种传感器的应用。
HCS-LTB-300A型闭环霍尔电流传感器的额定电流为300A，输出电流为150mA，表1给出了HCS-LTB-300A型传感器的主要性能参数。
表1 HCS-LTB-300A型霍尔传感器的电参数
某型地面车辆装备了一套独立的大功率发电系统，在该车辆发电系统中设计选用了HCS-LTB-300A型闭环霍尔电流传感器作为系统电流检测部件，传感器的主要作用是隔离检测发电系统的输出电流，通过对传感器的输出信号进行处理，设定限流工作点，确保发电系统的输出功率不高于发电机的额定功率。闭环霍尔电流传感器HCS-LTB-300A的应用，很好的实现了上述应用目的。通过设置传感器HCS-LTB-300A的输出信号，对发电机D1的输出电流加以限制，避免出现发电机的输出功率过高而发生故障或损坏，保证发电系统的正常工作。
图2 HCS-LTB-300A型传感器的应用
经过测试，该传感器的性能能够满足车用发电系统对电流检测的需要，该设计已在多套地面车辆的发电系统中应用，并按相关标准进行了实验测试，测试结果受到专家的肯定。
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2006-06-30
