[實用新型]一種超大電流霍爾檢測裝置

無效

• 申請號: 200920059579.3
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN201429644Y
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 祝波
• 申請（專利權）人: 祝波
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 佛山市永裕信專利代理有限公司
• 代理人: 楊啟成

技術領域：

本實用新型涉及一種檢測電流的方法及裝置，特別是一種電流霍爾檢測裝置。

背景技術：

霍爾效應及霍爾器件霍爾效應是此專利的理論基礎，當通有小電流的半導體薄片置于磁場中時，半導體內的載流子受洛倫茲力的作用發生偏轉，使半導體兩側產生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH，VH與磁感應強度B及控制電流IC成正比，經過理論推算有式(1)關系。

VH＝(RH/d)×B×IC(1)

式中：B為磁感應強度；IC為控制電流；RH為霍爾系數；d為半導體厚度。由式(1)可以看出，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強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯系。

磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即主回路被測電流Ip在聚磁環處所產生的磁場通過一個次級線圈電流所產生的磁場進行補償，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態。磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為：當主回路有一電流通過時，在導線上產生的磁場被聚磁環聚集并感應到霍爾器件上，所產生的信號輸出用于驅動相應的功率管并使其導通，從而獲得一個補償電流Is.這一電流再通過多匝繞組產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小.當與Ip與匝數相乘所產生的磁場相等時，Is不再增加，這時的霍爾器件起指示零磁通的作用，此時可以通過Is來平衡.被測電流的任何變化都會破壞這一平衡.一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出.經功率放大后，立即就有相應的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償.從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到1μs，這是一個動態平衡的過程.

磁平衡式電流傳感器主要有以下特點：

1)可以同時測量任意波形電流，如：直流、交流、脈沖電流；

2)補償測量電流與原邊被測電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為2kV～12kV；

3)電流測量范圍寬，可測量額定1mA～50kA電流；

4)跟蹤速度di/dt＞50A/μs；

5)線性度優于0.1％IN；

6)響應時間＜1μs；

7)頻率響應0～100kHz.

目前，公知的霍爾傳感器在檢測電流中有這樣的不足：精度低、線性度不夠好，或被檢測電流小、從而無法滿足一些高要求大電流檢測場合。

發明內容：

本實用新型的發明目的在于提供一種能檢測大電流的且線性度高的、精度高的超大電流霍爾檢測裝置。

本實用新型的超大電流霍爾檢測裝置是這樣實現的，包括固定支架、由兩個相對設置在支架上的山字形軟磁體構成的日字形軟磁體磁芯、補償線圈、霍爾器件、包括帶有毫伏電壓放大及電流信號輸出的電路部分，相對的兩個山字形軟磁體的由上往下正對著的端頭間的間隙依次是主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙，兩補償線圈設置在檢測氣隙兩邊的軟磁體上，霍爾器件的控制信號輸出與電路部分的控制信號輸入相連，電路部分的電流輸出與兩補償線圈的電流輸入相連。工作時，使需要檢測的大電流經過主氣隙、分流氣隙間的磁環窗口，當檢測氣隙中的磁通不為零時，位于檢測氣隙內的霍爾器件會產生一電信號，驅動電路部分的功率管輸出補償電流到補償線圈上產生一與檢測氣隙中的磁通相反的磁通，直至檢測氣隙中的磁通為零，此時，通過電路部分的電流信號輸出就能獲得補償電流的值，然后通過公式(N1×I1)/(δ3/δ2)＝N2×I2就能獲得需要檢測的大電流的值，式中N1為原邊線圈匝數(即為被檢測電流的匝數，通常為1)；I1為被檢測大電流；δ3/δ2為檢測氣隙與分流氣隙之比；N2為補償線圈匝數；I2為補償電流(即輸出電流)。由于通過調整檢測氣隙與分流氣隙，使檢測氣隙與分流氣隙之比達到數倍甚至拾數倍，這樣，就能大幅度地減少補償線圈匝數，在相同線徑的情況下就能大幅度地降低補償線圈的電阻，從而保證在標準電源電壓及小的功耗同體積下，使得本裝置能以標準的輸出電流檢測到超大的電流。由于磁環上設置主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙，通過分流氣隙的分流，大電流所感應的磁場分流到檢測氣隙中已是比較小，這樣，霍爾器件處于檢測零磁通時所需要的用于抵消檢測氣隙中磁場的作用于補償線圈上的電流就不需要很大，使得超大電流檢測成為可能，經過固定的數學關系的換算，就能準確地換算出所檢測的大電流的電流值。

這里，為了保證工作在線性狀態，主氣隙間距δ1應滿足以下條件：

B≈H×μ0×S1/δ1≤B0

式中：B為組件主磁路磁感應強度；