閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

介紹了閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理及在地面車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車用電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測(cè)量、控制，解決了地面車輛的大功率發(fā)電系統(tǒng)的限流保護(hù)問題。

關(guān)鍵詞：閉環(huán)；霍爾電流傳感器；車用電源；應(yīng)用

1 引言

地面車用電源系統(tǒng)（以下簡稱電源系統(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（以下簡稱傳感器）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。

2 閉環(huán)霍爾傳感器的工作原理

自1879年美國物理學(xué)家Edwin Herbert Hall發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)以來，霍爾技術(shù)被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。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。

2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾器件

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)（如圖1），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V_H，V_H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B及控制電流I_C成正比，經(jīng)過理論推算有式（1）關(guān)系。

V_H=（R_H/d）×B×I_C（1）

式中：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；

I_C為控制電流；

R_H為霍爾系數(shù)；

d為半導(dǎo)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(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。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制出了用于測(cè)量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件，即霍爾器件。

圖1 霍爾效應(yīng)原理