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蔣超萍
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【摘要】本文介紹閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理及在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對逆變焊機(jī)輸出電流的隔離測量、控制，解決了逆變焊機(jī)輸出電流的限流保護(hù)問題。
關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器 逆變焊機(jī) 閉環(huán) 霍爾效應(yīng)
1 問題的提出
逆變焊機(jī)（以下簡稱為焊機(jī)）的輸出電流的檢測與控制，直接決定了焊機(jī)工作的穩(wěn)定性 和可靠性。由于焊機(jī)的使用條件不同而導(dǎo)致負(fù)載變化較大，隨之焊機(jī)的輸出功率也將發(fā)生較大變化，若對焊機(jī)的輸出電流不加限制，會造成焊機(jī)因過載而發(fā)熱，影響其功率輸出，更嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致焊機(jī)失效。
閉環(huán)霍爾電流傳感器（以下簡稱傳感器）在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對焊機(jī)輸出電流的隔離測量，即霍爾電流傳感器的輸出信號與焊機(jī)的輸出電流電氣隔離，有利于霍爾電流傳感器輸出信號調(diào)整處理，通過調(diào)整、設(shè)定該信號并反饋控制焊機(jī)的輸出電流，當(dāng)焊機(jī)的輸出電流接近設(shè)計功率輸出時，輸出電流將不再增加，從而限制了焊機(jī)的輸出功率, 保護(hù)焊機(jī)不會因負(fù)載等外部因素的變化而損壞。
2 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理
1879年，美國物理學(xué)家EdwinHerhert Hal發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)以來，霍爾技術(shù)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著元器件工藝技術(shù)的發(fā)展，霍爾器件的性能大大提高，由霍爾器件應(yīng)用開發(fā)的霍爾電流傳感器的性能也有很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流傳感器的研制成功，大大擴(kuò)展了該項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾器件
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（見圖 l），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UH，這個電壓UH與磁感應(yīng)強(qiáng)度B及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算有如下等式關(guān)系：
UH =（RH /d）×B×IC
式中 :UH為霍爾電壓；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；IC為控制電流；RH為霍爾系數(shù)；d為半導(dǎo)體厚度。
上式中，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(qiáng)度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的lian系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制了用于測量磁場的半導(dǎo)體器件，即霍爾器件。
圖1 霍爾效應(yīng)原理
2.2 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理
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的(或稱霍爾磁補(bǔ)償式、霍爾零磁通式)。*，當(dāng)電流流過一根長的直導(dǎo)線時，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的測得的輸出信號,直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大小。
3 閉環(huán)霍爾電流傳感器的主要性能
閉環(huán)霍爾電流傳感器是近10年來出現(xiàn)的高技術(shù)模塊化產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的分流器或互感器的電流測量方法相比有許多優(yōu)點(diǎn)。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點(diǎn)：
（1）可以同時測量任意波形電流，如: 直流、交流、脈沖電流 ；
（2）二次(側(cè))測量電流與一次(側(cè))被測電流之間*電氣隔離，絕緣電壓一般為2-12kV ；
（3）電流測量范圍寬，可測量額定100A～2kA的電流 ；
（4）線性度:優(yōu)于 0.1% IN ；
（5）響應(yīng)時間:小于5us ；
（6）頻率響應(yīng):0-100k Hz 。
4 閉環(huán)霍爾電流傳感器在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用
4.1 閉環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用
閉環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用范圍很廣，目前已成功的應(yīng)用于各種電源、逆變焊機(jī)、發(fā)電及輸變電設(shè)備、電氣傳動、數(shù)控機(jī)床、jun用裝備等工業(yè)及jun用產(chǎn)品上。下面以額定電流為300A的CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器 (見下圖）為例，說明這種傳感器的應(yīng)用。
CHB-300S型閉環(huán)電流霍爾傳感器實物照片
CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器的額定電流為300A，輸出電流為150mA，下表給出了CHB-300S型傳感器的主要性能參數(shù):
CHB-300S型霍爾傳感器的主要性能參數(shù)
4.2 應(yīng)用效果
某型逆變焊機(jī)中設(shè)計選用了CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器作為系統(tǒng)電流檢測部件，傳感器的主要作用是隔離檢測焊機(jī)的輸出電流，通過對傳感器的輸出信號進(jìn)行處理，設(shè)定限流工作點(diǎn)，確保焊機(jī)的輸出功率不高于逆變焊機(jī)的額定功率。閉環(huán)霍爾電流傳感器CHB-300S的應(yīng)用，很好地實現(xiàn)了上述應(yīng)用目的。
CHB-300S傳感器的應(yīng)用
5.安科瑞霍爾傳感器介紹
5.1產(chǎn)品概述
AHBC-LTA系列電流傳感器的初、次級之間是絕緣的，可用于測量直流、交流和脈沖電流。
5.2. 技術(shù)參數(shù)及外形尺寸
額定輸入有效值電流 | 100 | 200 | 300 | A |
測量電流范圍 | 300（±18V，20Ω） | 600（±18V，30Ω） | 900（±18V，20Ω） | A |
匝 比 | 1:1000 | 1:2000 | 1:3000 |
|
測量電阻 ±12V | @±100Amax 80(max) | @±200Amax 80(max) | @±300Amax 76(max) | Ω |
| @±200Amax 25(max) | @±500Amax 20(max) | @±600Amax 22 (max) | Ω |
±15V | @±100Amax 110(max) | @±200Amax 120(max) | @±300Amax 100(max) | Ω |
| @±200Amax 40(max) | @±500Amax 30(max) | @±600Amax 36(max) | Ω |
額定輸出有效值電流Is | 50±0.5% | 100±0.5% | 100±0.5% | mA |
精度 | 0.5 | 級 | ||
電源電壓 | ±15 | V | ||
功耗電流 | 20+Is | mA | ||
零電流失調(diào) | ±0.2 | mA | ||
響應(yīng)時間 | ＜1 | µs | ||
線性度 | ≤0.05 | %FS | ||
絕緣電壓 | 3.5kV/50Hz/1min | kV | ||
頻寬 | 100 | kHz | ||
次級線圈電阻 | 26 | 26 | 56 | Ω |
工作溫度 | -40～85 | ℃ | ||
儲存溫度 | -40～85 | ℃ | ||
6 結(jié)語
經(jīng)過以上測試 ,該傳感器的性能能夠滿足逆變焊機(jī)對電流檢測的需要，該設(shè)計已在多套逆變焊機(jī)中應(yīng)用，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗測試，測試結(jié)果受到客戶的信任及肯定。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 王文生 李澤勇《閉環(huán)霍爾電流傳感器在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用》
[2] 安科瑞電量傳感器選型手冊[Z]. 2020.4.
