闭环霍尔电流传感器的工作原理

2.2 闭环霍尔电流传感器的工作原理

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（或称霍尔磁补偿式、霍尔零磁通式）。众所周知，当电流流过一根导线时，将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，可利用霍尔器件测得的输出信号，直接反映出导线中的电流大小，即

I∝B∝V_H（2）

式中：I为通过导线的电流；

B为导线通电流后产生的磁感应强度。

当选择适当的比例系数后，上述关系可以表示为等式。

对于霍尔输出电压信号V_H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，人们最容易想到的是将霍尔器件的输出电压用运算放大器直接进行信号放大，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；其缺点是其精度、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的不足，上世纪80年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。1989年，北京七○一厂引进国外技术在国内率先开展闭环霍尔电流传感器的研制和生产。经过十几年的努力，这种传感器在国内逐渐为广大用户了解和应用。

闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的（如图2），即原边电流（I_N）所产生的磁场，通过一个副边线圈的电流（I_M）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

N₁×I_N=N₂×I_M（3）

式中：N₁为原边线圈的匝数；

N₂为副边线圈的匝数。

由式（3）可以看出，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I_M的大小，即可推算出原边电流I_N的值，从而实现了原边电流的隔离测量。

图2 闭环霍尔电流传感器的工作原理