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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(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變焊機(jī)輸出電流的隔離測(cè)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(jiǎn)稱為焊機(jī)）的輸出電流的檢測(cè)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(duì)焊機(jī)的輸出電流不加限制，會(huì)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(huì)導(dǎo)致焊機(jī)失效。
閉環(huán)霍爾電流傳感器（以下簡(jiǎn)稱傳感器）在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊機(jī)輸出電流的隔離測(cè)量，即霍爾電流傳感器的輸出信號(hào)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(hào)調(diào)整處理，通過調(diào)整、設(shè)定該信號(hào)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(jì)功率輸出時(shí)，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(huì)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(guó)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(gè)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(xiàng)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(chǎng)中時(shí)（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(shì)差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓UH，這個(gè)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(cè)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(chǎng)與電壓信號(hào)的lian系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制了用于測(cè)量磁場(chǎng)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(cè)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(zhǎng)的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比, 這磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集,然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè),由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線形關(guān)系,因此可利用霍爾器件的測(cè)得的輸出信號(hào),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(cè)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(shí)測(cè)量任意波形電流，如: 直流、交流、脈沖電流 ；
（2）二次(側(cè))測(cè)量電流與一次(側(cè))被測(cè)電流之間*電氣隔離，絕緣電壓一般為2-12kV ；
（3）電流測(cè)量范圍寬，可測(cè)量額定100A～2kA的電流 ；
（4）線性度:優(yōu)于 0.1% IN ；
（5）響應(yīng)時(shí)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(dòng)、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(shí)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(jì)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(cè)部件，傳感器的主要作用是隔離檢測(cè)焊機(jī)的輸出電流，通過對(duì)傳感器的輸出信號(hào)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(shí)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(jí)之間是絕緣的，可用于測(cè)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(cè)量電流范圍 | 300（±18V，20Ω） | 600（±18V，30Ω） | 900（±18V，20Ω） | A |
匝 比 | 1:1000 | 1:2000 | 1:3000 |
|
測(cè)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(jí) | ||
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(shí)間 | ＜1 | µs | ||
線性度 | ≤0.05 | %FS | ||
絕緣電壓 | 3.5kV/50Hz/1min | kV | ||
頻寬 | 100 | kHz | ||
次級(jí)線圈電阻 | 26 | 26 | 56 | Ω |
工作溫度 | -40～85 | ℃ | ||
儲(chǔ)存溫度 | -40～85 | ℃ | ||
6 結(jié)語
經(jīng)過以上測(cè)試 ,該傳感器的性能能夠滿足逆變焊機(jī)對(duì)電流檢測(cè)的需要，該設(shè)計(jì)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(yàn)測(cè)試，測(cè)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(cè)[Z]. 2020.4.
