[發明專利]一種閉環霍爾效應電流傳感器仿真方法

有效

• 申請號: 201811211444.4
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109459715B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李菊萍;呂陽;鄭良廣;趙呈銳;侯曉偉
• 申請（專利權）人: 寧波中車時代傳感技術有限公司
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 張一平;王瑩

1.一種閉環霍爾效應電流傳感器仿真方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、計算閉環霍爾效應傳感器磁芯相關矩陣系數；

根據矩量法，磁芯及氣隙區域可描述為：

其中為總磁勢，為鐵芯內磁矩產生的磁勢，為被測電流和螺線管電流的磁勢，和分別為被測電流和螺線管電流產生的磁場，表示從零點到場點的路徑積分微元；

根據畢奧薩伐爾定律，求出被測電流和螺線管電流產生的磁場，可得：

其中I_p為被測電流，I_s為反饋電流，為被測電流的方向，為螺線管電流的方向，dV'為電流線圈的體積微元，V_s/R_s為反饋電流，V_s為反饋線圈電阻R_s的電壓,S_p為被測電流導線截面積，S_s為反饋電流區域與電流方向垂直的截面積；

剖分磁芯，離散公式(1)，可得如下矩陣方程：

其中i為正整數，i＝1,2...n，ne為離散后的單元個數，n為離散后的節點個數；

各個矩陣的矩陣元素可以表示如下：

任意點磁標勢由單元形函數α和節點磁勢近似描述，對磁勢微分，可得j單元的平均磁場

其中α_k為單元的形函數，Ve表示第j個單元體積，ek表示第j個單元上的節點，

霍爾元件電壓經過處理電路，最終輸出電壓V_f驅動反饋螺線管線圈和測量電阻Rm，因此，

其中Rs為反饋螺線管線圈電阻，φ為線圈磁通，N_s線圈匝數；

螺線管線圈磁通與螺線管線圈內部的磁感應強度B成正比，對螺線管線圈內磁芯單元磁感應強度相加，因此公式(11)的離散表示為：

其中，l為螺線管線圈長度，V_i為螺線管內磁芯單元體積，為螺線管線圈切向方向矢量；

根據公式(6)-(11)和磁芯材料曲線M(H)，可知C、K只與磁芯結構和四面體離散狀況、線圈位置有關，D矩陣只與磁芯結構和四面體離散狀況有關，G矩陣是對基函數進行梯度運算的梯度矩陣，T為只與磁芯結構相關的系數；

在磁芯與電路的聯合仿真中，隨著電流的變化，結構矩陣C、K、D和梯度矩陣G不變，結構矩陣C、K、D和梯度矩陣G只與磁芯結構有關，結構矩陣C、K、D和梯度矩陣G只需計算一次；

S2、根據S1中的公式建立閉環霍爾效應電流傳感器的磁芯電路模型；

S3、建立閉環霍爾效應電流傳感器的電路與S2中生成的磁芯電路模型進行閉環霍爾效應電流傳感器的電路和磁路聯合仿真分析。

2.根據權利要求1所述的閉環霍爾效應電流傳感器仿真方法，其特征在于：S2中，建立閉環霍爾效應電流傳感器的磁芯電路模型的方法為：

a、用電壓控制的電壓源模擬磁芯節點的磁勢，利用C++軟件中的循環語句以及文本輸出語句對所有磁芯單元進行循環計算，進而輸出公式(6)中一個子方程對應的網表，再對所有節點進行循環計算，進而輸出公式(6)中所有方程對應的網表；

b、用電壓控制電壓源模擬每個單元磁場；利用C++軟件中的循環語句以及文本，對所有單元進行循環計算，進而輸出公式(10)中每個單元對應的網表；

c、利用C++軟件中的循環語句以及文本，循環ne次調用磁芯材料模塊，進而輸出調用磁芯材料模塊對應的網表文件；

通過步驟a至步驟c獲取閉環霍爾效應電流傳感器的磁芯網表文件；

S3中，通過線路網表轉換器產生閉環霍爾效應電流傳感器的電路網表文件，進而在HSPICE軟件中輸入閉環霍爾效應電流傳感器的磁芯網表文件和電路網表文件并進行運算，仿真分析閉環霍爾效應電流傳感器。