一霍爾電流傳感器原理

　　霍爾電流傳感器基本原理是霍爾效應，霍爾效應從本質上講是運動的帶電粒子在磁場中受洛侖茲力作用而引起的偏轉，詳細請參見基礎知識“霍爾效應”。

二磁飽和現象

　　鐵磁性物質或亞鐵磁性物質處于磁極化強度或磁化強度不隨磁場強度的增加而顯著增大的狀態。
　　由于導磁材料物理結構的限制, 通過的磁通量是不可以無限增大. 不管你再增加電流或匝數, 通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數量將不再增加, 就達到磁飽和了。
　　假定有一個電磁鐵，通上一個單位電流的時候，產生的磁場強度是1，電流增加到2的時候，磁場強度會增加到2.3，電流是5的時候，磁場強度是7，但是電流到6的時候，磁場強度還是7，如果進一步增加電流，磁場強度都是7不再增加了，這時就說，電磁鐵產生了磁飽和。

三磁飽和危害

　　霍爾電流傳感器內部包括高導磁材料，高導磁材料磁飽和后，傳感器的二次電流（或電壓）不再按照一次電流的變化而變化，導致二次電路的測量錯誤或保護失效，長時間磁飽和還可能導致導磁材料過度發熱而損壞霍爾電流傳感器一次回路與二次回路之間的絕緣，危及設備及人身安全。

四霍爾電流傳感器磁飽和原理

　　霍爾電流傳感器包括開環式和閉環式兩種。

　　1、開環式霍爾電流傳感器也稱直放式霍爾電流傳感器，其工作原理如下圖：

　　當原邊電流I_P流過一根長導線時，在環形磁芯中產生一磁場，這一磁場的大小與流過導線的電流成正比，產生的磁場聚集在磁環內，通過磁環氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出，其輸出電壓V_S按比例的反映原邊電流I_P。

　　由于環形磁芯中的磁感應強度與原邊電流成正比，只要原邊電流足夠大，環形磁芯必然飽和。

　　2、閉環式霍爾電流傳感器也稱零磁通互感器或磁平衡電流傳感器，其工作原理如下圖：

　　原邊電流Ip在磁芯中所產生的磁場通過副邊補償線圈電流所產生的磁場進行補償，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態，其補償電流Is按比例的反映原邊電流Ip。 具體工作過程為：當主回路有一電流通過時，在導線上產生的磁場被磁芯聚集并感應到霍爾器件上，所產生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip與匝數相乘所產生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過Is來測試Ip。當Ip變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復上述過程重新達到平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出。經功率放大后，立即就有相應的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態平衡的過程。　　　　因此，從宏觀上看，次級的補償電流安匝數在任何時間都與初級被測電流的安匝數相等。

　　閉環式霍爾電流傳感器正常工作時，其一次繞組和二次繞組的磁通互相抵消，達到磁平衡，磁芯中的實際磁通為零。但是，這只是理想情況。實際的傳感器，由電子電路構成的二次繞組的輸出電流能力總是有限的，當一次過載時，若二次輸出受限，實際輸出電流比理論電流小，磁平衡被打破，只要一次電流繼續增大，鐵芯就會飽和。
　　不論是哪種霍爾電流傳感器，磁芯發生磁飽和后，可能導致剩磁，而霍爾傳感器的輸出與磁芯的磁通有關，因此，磁飽和后的霍爾電流傳感器，在一次沒有輸入的情況下，也會有一定直流信號的輸出。

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　　作者：AnyWay中國

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