[發(fā)明專利]一種閉環(huán)霍爾效應電流傳感器仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811211444.4
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109459715B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)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

本發(fā)明涉及一種閉環(huán)霍爾效應電流傳感器仿真方法，計算結構矩陣C、K、D和梯度矩陣G這些閉環(huán)霍爾效應傳感器磁芯相關矩陣系數(shù)，建立閉環(huán)霍爾效應電流傳感器的磁芯電路模型，并獲取閉環(huán)霍爾效應電流傳感器的磁芯網表文件，通過線路網表轉換器產生閉環(huán)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(huán)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(huán)霍爾效應電流傳感器。本發(fā)明的閉環(huán)霍爾效應電流傳感器仿真方法，更準確綜合反映磁芯結構、氣隙位置等因素的影響，未知量少，仿真過程更容易收斂。

技術領域

本發(fā)明涉及電流傳感器技術領域，特別涉及一種霍爾效應電流傳感器仿真方法。

背景技術

軌道交通檢測領域需要用到大量的閉環(huán)霍爾效應電流傳感器。閉環(huán)霍爾效應電流傳感器主要包括磁芯和電路兩部分，磁芯產生的信號作為電路的輸入，電路的輸出再反饋給磁芯的輸入，這兩部分相互作用。即使在沒有干擾的情況下，傳感器在工作時也會出現(xiàn)雜亂紋波、輸入與輸出差別大的現(xiàn)象。為更好地設計霍爾效應電流傳感器，需要對閉環(huán)霍爾效應電流傳感器進行仿真。由于其電路和磁芯相互影響，這就需要對其電路和磁芯作為一個整體進行仿真。

現(xiàn)有技術中，采用Maxwell軟件和Simplorer軟件進行磁路和電路聯(lián)合仿真，但該方法自身磁路模型未知參數(shù)多，仿真速度慢，與電路模型聯(lián)合仿時，對于閉環(huán)系統(tǒng)，迭代計算不易收斂，不利于整體系統(tǒng)級的變參數(shù)的設計和優(yōu)化。而且電磁軟件自身攜帶的電路模型不夠準確，造成仿真結果誤差較大。另外通過建立磁部件等效電路模型，也可以在統(tǒng)一電路仿真軟件平臺上仿真包括磁芯和電路的整體系統(tǒng)。該方法中建立宏模型需要磁部件被磁化的磁路解析表達式。對于霍爾效應電流傳感器磁部件，磁部件結構復雜多變，氣隙個數(shù)、氣隙位置、線圈位置等都會影響磁芯磁化，難以用簡單磁路解析式表述復雜多變的磁部件結構。因此在建立磁部件等效電路模型需要對磁路做很多近似，只能粗略分析磁芯。粗略分析磁路難以得到磁場分布云圖和準確的計算結果，磁芯作為閉環(huán)霍爾效應電流傳感器的重要組成部分，是閉環(huán)霍爾效應電流傳感器的重點優(yōu)化設計對象，用這種方法不能對磁芯結構進行分析優(yōu)化。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術提供一種不僅實現(xiàn)了電路和磁路聯(lián)合仿真，而且能夠準確綜合反映磁部件結構、氣隙位置這些因素對磁芯影響的閉環(huán)霍爾效應電流傳感器仿真方法。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一種閉環(huán)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(huán)霍爾效應傳感器磁芯相關矩陣系數(shù)；

根據(jù)矩量法，磁芯及氣隙區(qū)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(jù)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(qū)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(shù)，i＝1,2...n，ne為離散后的單元個數(shù)，n為離散后的節(jié)點個數(shù)；