地面車用電源系統(以下簡稱電源系統)的輸出電流的撿測與控制直接決定了電源系統工阼的穩定性和可靠性，影響車輛用電負載的運行；狀況及車輛的可操作性，由于車用電源的負載常常因為車輛的復雜使用條件而導致負載變化較大，電源的輸出功率也將發生較大變化，若對電源的輸出電流不加限制．會造成電源因過載而發熱，影響其功率輸出，嚴重情況下會導致電源的永久失效。

閉環霍爾電流傳感器(以下簡稱傳感器)在車用電源系統中的應用實現了對電源系統輸出電流的隔離測量．即傳感器的輸出信號與電源的輸出電流完全電氣隔離，有利于傳感器輸出信號的調整處理，通過調整和設定該信號，反饋控制電源系統的輸出電流，當電源的輸出電流接近電源系統的設計功率輸出時，電源輸出電流將不再增加，從而限制了電源系統的輸出功率，保護電源系統不會圍用電負載的變化而損壞。

2 閉環霍爾傳感器的工作原理

1879年，美國物理學家Edwim Herbert Hall發現了霍爾效應，此后，霍爾技術越來越多地應用于工業控制的各個領域。進入20世紀80年代，隨著電子元器件制造技術的發展，霍爾電流／電壓傳感器的'眭能有很大提高，特別是閉環霍爾電流／電壓傳感器的研制成功，大大擴展了該產品的應用領域。

2．1 霍爾效應與霍爾器件

霍爾效應是霍爾器件的理論基礎。如圖1所示，當把通有小電流的半導體薄片置于磁場中時，半導體內的載流子受洛倫茲力的作用而發生偏轉，使半導體兩側產生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，這個VH電壓與磁感應強度B及控制電流IC成正比，經過理論推算得到如下等式關系：

VH=（RH/d）×B×IC (1)

式中，VH為霍爾電壓；B為磁感應強度；IC為控制電流；RH為霍爾系數：d為半導體片的厚度。

在式(1)中：若保持控制電流IC不變，在一定條件下。可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯系；根據這一關系式。人們研制了用于測量磁場的半導體器件即霍爾器件。

2．2 閉環霍爾電流傳感器的工作原理

閉環霍爾電流傳感器是用霍爾器件作為核心敏感元件、用于隔離檢測電流的模塊化產品，其工作原理是霍爾磁平衡式的(或稱霍爾磁補償式、霍爾零磁通式)。眾所周知，當電流流過一根長的直導線時，在導線周圍產生磁場，磁場的大小與流過導線的電流的大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢測，由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線性關系，因此，可以用測得的輸出信號，直接反應導線中電流的大小，即 I∝B∝VH (2)

式中，I為通過導線中的電流；B為導線通電流后產生的磁感應強度；VH為霍爾器件在磁場中產生的霍爾電壓。

選擇適當的比例系數，上述關系可表示為等式。

對于霍爾輸出電壓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。

針對霍爾傳感器的電路形式，人們最容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運算放大器直接放大，得到所需要的信號電壓，由此電壓值來標定原邊被測電流的大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環霍爾電流傳感器。開環霍爾傳感器的優點是電路形式簡單、成本相對較低；其缺點是精度和線性度較差，響應時間較慢，溫度漂移較大。為克服開環傳感器的缺點，20世紀80年代末期，國外出現了閉環霍爾電流傳感器。1989年，北京701廠引進國外技術率先在國內開展閉環霍爾電流傳感器的研制和生產。經過十幾年的努力，這種傳感器逐漸為國內廣大用戶了解和應用。

閉環霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的．如圖2所示．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．使霍爾器件始終處于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。式(3)成立。

N×IN =n×IM (3)

式中．IN為原邊電流；N為原邊線圈的匝；：IM為副邊補償電流；n為副邊線圈的匝數。

由式(3)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，即可推算匠邊電流IN的值，從而實現原邊電流的隔離測量。

3 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十年來出現的高技術模塊化產品，其性能大大優于開環霍爾電流傳感器，同時，與傳統的分流器或互感器的電流測量方法相比亦有許多優點。閉環霍爾電流傳感器主要有以下特點：

1)可以同時測量任意波形的電流，如直流、交流、脈沖電流；

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～2kV；

3)電流測量范圍寬(1 mA～50kA)；

4)跟蹤速度(di/dt)高于50A／μs；

5)線性度優于0．1％IN；

6)響應時間小于1μs；

7)頻率響應范圍為0 kHz～100kHz。

4 在車用電源系統中的應用

閉環霍爾電流傳感器的應用范圍很廣。目前，已成功地應用于逆變焊機、發電及輸變電設備、電氣傳動、數控機床等。下面以額定電流為300A的CHB-300S型霍爾電流傳感器為例說明這種傳感器的應用。

CHB-300S型閉環霍爾電流傳感器的額定電流為300 A，輸出電流為150mA，表1給出CHB-300S型傳感器的主要性能參數。

在某型號地面車輛中裝備了一套獨立的大功率發電系統，在滾車輛的發電系統中選用了CHB-300S型閉環霍爾電流傳感器作為系統電流檢測部件，傳感器的主要作用是隔離檢測發電系統的輸出電流，通過對傳感器的輸出信號進行處理，設定限流工作點，確保發電系統的輸出功率不高于發電機的額定功率。應用閉環霍爾電流傳感器CHB-300S很好地實現了上述應用目的。如圖3所示，發電機D1輸出正端母線電流排穿過CHB-300S／SP1的原邊電流穿孔，由傳感器CHB-300S／SPl檢測發電機D1的輸出電流，傳感器的輸出端IM1與發電機控制盒相連，它們的輸出信號電流為150mA，對應300 A原邊額定輸入電流，依據此信號，由發電機控制盒設定發電機的輸出電流控制點，實現對發電機D1的輸出電流的檢測。通過設置CHB-300S／SP1的輸出信號，對發電機D1的輸出電流加以限制，避免發電機的輸出功率過高而發生故障或損壞，保證發電系統的正常工作。

經過測試證明，該傳感器的性能能夠滿足車用發電系統對電流檢測的需要，該產品已在多套地面車輛的發電系統中應用，并按相關標準進行了實驗測試，測試結果受到專家的肯定。