霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾 元件平面的法線方向上施加磁場(chǎng) 強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于 電流和磁場(chǎng)方向（即霍爾輸出端 之間），將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)VH，稱 其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控 制電流I。與磁場(chǎng)強(qiáng)度B的乘積。 即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定;I。為控制電流;B為磁場(chǎng)強(qiáng)度; VH為霍爾電勢(shì)。

霍爾電流傳感器的原理

霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過(guò)該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)VH。霍爾電勢(shì)VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ。霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成，對(duì)安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來(lái)測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。通過(guò)測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過(guò)了電－磁－電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。

霍爾電流傳感器磁飽和原理

霍爾電流傳感器包括開(kāi)環(huán)式和閉環(huán)式兩種。

1、開(kāi)環(huán)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(dāng)原邊電流IP流過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在環(huán)形磁芯中產(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測(cè)量并放大輸出，其輸出電壓VS按比例的反映原邊電流IP。

由于環(huán)形磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與原邊電流成正比，只要原邊電流足夠大，環(huán)形磁芯必然飽和。

2、閉環(huán)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(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)副邊補(bǔ)償線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)，其補(bǔ)償電流Is按比例的反映原邊電流Ip。 具體工作過(guò)程為：當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁芯聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)測(cè)試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1μs，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。

因此，從宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。

正常工作時(shí)，其一次繞組和二次繞組的磁通互相抵消，達(dá)到磁平衡，磁芯中的實(shí)際磁通為零。但是，這只是理想情況。實(shí)際的傳感器，由電子電路構(gòu)成的二次繞組的輸出電流能力總是有限的，當(dāng)一次過(guò)載時(shí)，若二次輸出受限，實(shí)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(xù)增大，鐵芯就會(huì)飽和。

不論是哪種霍爾電流傳感器，磁芯發(fā)生磁飽和后，可能導(dǎo)致剩磁，而霍爾傳感器的輸出與磁芯的磁通有關(guān)，因此，磁飽和后的霍爾電流傳感器，在一次沒(méi)有輸入的情況下，也會(huì)有一定直流信號(hào)的輸出。