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用霍尔器件作为核心敏感元件、用于隔离检测电流的模块化产品，其工作原理是霍尔磁平衡式的(或称霍尔磁补偿式、霍尔零磁通式)。众所周知，当电流流过一根长的直导线时，在导线周围产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流的大小成正比，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性关系，因此，可以用测得的输出信号，直接反应导线中电流的大小，即 I∝B∝VH (2)

式中，I为通过导线中的电流；B为导线通电流后产生的磁感应强度；VH为霍尔器件在磁场中产生的霍尔电压。

选择适当的比例系数，上述关系可表示为等式。

对于霍尔输出电压VH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，人们最容易想到的是将霍尔元件的输出电压用运算放大器直接放大，得到所需要的信号电压，由此电压值来标定原边被测电流的大小，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；其缺点是精度和线性度较差，响应时间较慢，温度漂移较大。为克服开环传感器的缺点，20世纪80年代末期，国外出现了闭环霍尔电流传感器。1989年，北京701厂引进国外技术率先在国内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，这种传感器逐渐为国内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所示．即原边电流(IN)所产生的磁场通过一个副边线圈的电流(IM)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。式(3)成立。

N×IN =n×IM (3)

式中．IN为原边电流；N为原边线圈的匝；：IM为副边补偿电流；n为副边线圈的匝数。

由式(3)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IM的大小，即可推算匠边电流IN的值，从而实现原边电流的隔离测量。

3 闭环霍尔电流传感器的主要性能

闭环霍尔电流传感器是近十年来出现的高技术模块化产品，其性能大大优于开环霍尔电流传感器，同时，与传统的分流器或互感器的电流测量方法相比亦有许多优点。闭环霍尔电流传感器主要有以下特点：

1)可以同时测量任意波形的电流，如直流、交流、脉冲电流；

2)副边测量电流与原边被测电流之间完全电气隔离，绝缘电压一般为2kV～2kV；

3)电流测量范围宽(1 mA～50kA)；

4)跟踪速度(di/dt)高于50A／μs；

5)线性度优于0．1％IN；

6)响应时间小于1μs；

7)频率响应范围为0 kHz～100kHz。