車用電源系統(tǒng)的工作原理分析

地面車用電源系統(tǒng)輸出電流的檢測與控制，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，若對電源的輸出電流不加限制，會造成電源因過載而發(fā)熱，影響其功率輸出，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致電源永久失效。

　　 閉環(huán)霍爾電流傳感器在車用電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對電源系統(tǒng)輸出電流的隔離測量，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(tǒng)的輸出功率，保護(hù)了電源系統(tǒng)不會因用電負(fù)載的變化而損壞。

　　 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，大大地擴(kuò)展了該項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　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)體薄片置于磁場中時，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)生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應(yīng)強度及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算出以下公式：

　　 VH=（RH/d）×B×IC

式中：B為磁感應(yīng)強度；

　　 IC為控制電流；

　　 RH為霍爾系數(shù)；

　　 d為半導(dǎo)體厚度。

　　 式中，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(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯(lián)系。

　　 閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元件用于隔離檢測電流的模塊化產(chǎn)品，它的工作原理是霍爾磁平衡式。眾所周知，當(dāng)電流流過一根導(dǎo)線時，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)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形關(guān)系，因此，可利用霍爾器件測得的輸出信號，直接反映出導(dǎo)線中的電流大小，其公式如下：

　　 I∝B∝VH

式中：I為通過導(dǎo)線的電流；

　　B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度。

　　 當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)后，上述關(guān)系可以表示為等式。

　　對于霍爾輸出電壓信號VH的處理，設(shè)計了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一類為開環(huán)（或稱直測式、直檢式）霍爾電流傳感器；另一類為閉環(huán)（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而言，最容易想到的是將霍爾器件的輸出電壓用運算放大器直接進(jìn)行信號放大，得到所需要的信號電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊被測電流大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點是電路形式簡單，成本相對較低；其缺點是其精度、線性度較差，響應(yīng)時間較慢，溫度漂移較大。

　　 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流（IN）所產(chǎn)生的磁場，通過一個副邊線圈的電流（IM）所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補償，使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補償電流產(chǎn)生的磁場在磁芯中達(dá)到平衡時，其公式如下：

　　 N1×IN=N2×IM

式中：N1為原邊線圈的匝數(shù)；

　　 N2為副邊線圈的匝數(shù)。

　　 當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時，通過測量副邊補償電流IM的大小，即可推算出原邊電流IN的值，從而實現(xiàn)了原邊電流的隔離測量。