浅析霍尔电流传感器在电源系统中的应用

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伴随着城市人口和建设规模的扩大,各种用电设备的增多,用电量越来越大,城市的供电设备经常超负荷运转,用电环境变得越来越恶劣,对电源的来自电源。因此,电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角,资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视,电源技术遂发展成为一门崭新的技术。

而今,小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步,为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制,具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势。检测电流或电压的传感器,即霍尔电流传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐。

霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。它有两种工作方式,即开环(直放式)和闭环(磁平衡式)。直放式霍尔传感器的有点是电路形式简单,成本相对较低;其缺点是精度、线性度较差,响应时间较慢,温度漂移较大。为了克服它的不足,出现了闭环(磁平衡式)霍尔电流传感器。

闭环式霍尔电流传感器又称零磁通式霍尔电流传感器,如图1所示,它是由原边电路、聚磁环、霍尔元件次级线圈、放大器等组成。当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

安科瑞AHKC系列霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换,通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集,广泛应用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器,UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制,具有响应时间快,电流测量范围宽精度高,过载能力强,线性好,抗干扰能力强等优点。

Ø图2中①用于检测母线的直流电流,当检测出主回路中出现异常脉冲,或有效值超出标准时,迅速切断逆变触发电路的触发脉冲,保护逆变和整流模块;

Ø图2中②用于检测两桥臂的中的电流差,由于换相失败很容易使一相中上下两桥臂中的IBGT模块因过流而损坏,此时要求短路电流保护在短路检出后10us内切断门驱动电路,这种逆变器必须采用快速过电流保护装置,可以用霍尔电流传感器检测每个桥臂中的电流,若因换相失败造成上下桥臂同时导电,则相应的两个传感器同时检出电流信号,经与基准电压比较转换成方波后,通过门电路控制封锁所有的逆变触发脉冲,切断短路途径,保护昂贵的IBGT模块;

Ø图2中③用于检测输出电流的波形,接入逆变器的输出回路中,用来检测随频率变化的交流电流,可以更好地控制触发脉冲,也可以提供用电设备的过载信号

在城市用电设备增多,农村供电设备老化欠修的情况下,城乡各地经常会出现电压不稳、电路短路、过流等现象,结果造成人民生活不便和仪器损毁。在电源技术中使用传感检测功能可以使电源设备更加小型化、智能化和安全化。电源技术发展到今天,已融合了电子、功率集成、自动控制、材料、传感、计算机、电磁兼容、热工等诸多技术领域的精华,人们有理由相信,在21 世纪的电源技术中,传感器也发挥着至关重要的作用。

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女,(电话)本科,工作单位:江苏安科瑞电器制造有限公司,主要从事电力仪表类的研究,包括电力监控系统,电能管理系统,电气火灾监控系统,能耗管理云平台等等。

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