一、霍尔电流传感器原理

　　霍尔电流传感器基本原理是霍尔效应，霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转，详细请参见基础知识“霍尔效应”。

二、磁饱和现象

　　铁磁性物质或亚铁磁性物质处于磁极化强度或磁化强度不随磁场强度的增加而显著增大的状态。
　　由于导磁材料物理结构的限制, 通过的磁通量是不可以无限增大. 不管你再增加电流或匝数, 通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加, 就达到磁饱和了。
　　假定有一个电磁铁，通上一个单位电流的时候，产生的磁场强度是1，电流增加到2的时候，磁场强度会增加到2.3，电流是5的时候，磁场强度是7，但是电流到6的时候，磁场强度还是7，如果进一步增加电流，磁场强度都是7不再增加了，这时就说，电磁铁产生了磁饱和。

三、磁饱和危害

　　霍尔电流传感器内部包括高导磁材料，高导磁材料磁饱和后，传感器的二次电流（或电压）不再按照一次电流的变化而变化，导致二次电路的测量错误或保护失效，长时间磁饱和还可能导致导磁材料过度发热而损坏霍尔电流传感器一次回路与二次回路之间的绝缘，危及设备及人身安全。

四、霍尔电流传感器磁饱和原理

　　霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种。

　　1、开环式霍尔电流传感器也称直放式霍尔电流传感器，其工作原理如下图：

　　当原边电流I_P流过一根长导线时，在环形磁芯中产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V_S按比例的反映原边电流I_P。

　　由于环形磁芯中的磁感应强度与原边电流成正比，只要原边电流足够大，环形磁芯必然饱和。

　　2、闭环式霍尔电流传感器也称零磁通互感器或磁平衡电流传感器，其工作原理如下图：

　　原边电流Ip在磁芯中所产生的磁场通过副边补偿线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态，其补偿电流Is按比例的反映原边电流Ip。 具体工作过程为：当主回路有一电流通过时，在导线上产生的磁场被磁芯聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时，Is不再增加，这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用，此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时，平衡受到破坏，霍尔器件有信号输出，即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出。经功率放大后，立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1μs，这是一个动态平衡的过程。　　　　因此，从宏观上看，次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

　　闭环式霍尔电流传感器正常工作时，其一次绕组和二次绕组的磁通互相抵消，达到磁平衡，磁芯中的实际磁通为零。但是，这只是理想情况。实际的传感器，由电子电路构成的二次绕组的输出电流能力总是有限的，当一次过载时，若二次输出受限，实际输出电流比理论电流小，磁平衡被打破，只要一次电流继续增大，铁芯就会饱和。
　　不论是哪种霍尔电流传感器，磁芯发生磁饱和后，可能导致剩磁，而霍尔传感器的输出与磁芯的磁通有关，因此，磁饱和后的霍尔电流传感器，在一次没有输入的情况下，也会有一定直流信号的输出。

扩展阅读：

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　　作者：AnyWay中国

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