一种超大电流霍尔检测装置的制作方法

文档序号:5848524
专利名称:一种超大电流霍尔检测装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种检测电流的方法及装置,特别是一种电流霍尔检 测装置。
技术背景
霍尔效应及霍尔器件霍尔效应是此专利的理论基础,当通有小电流的 半导体薄片置于磁场中时,半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏 转,使半导体两侧产生电势差,该电势差即为霍尔电压VH, VH与磁感应
强度B及控制电流IC成正比,经过理论推算有式(1 )关系。
VH= (RH/d) XB XIC (1 ) 式中B为磁感应强度;IC为控制电流;RH为霍尔系数;d为半导 体厚度。由式(1)可以看出,若保持控制电流IC不变,在一定条件下, 可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小,由此建立了磁场与电压信 号的联系。
磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚 磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿,从 而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。磁平衡式电流传感器的具体
工作过程为当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环聚
集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使
其导通 3该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔 器件的输出逐渐减小.当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时,Is不再 增加,这时的霍尔器件起指示零磁通的作用,此时可以通过IS来平衡.被 测电流的任何变化都会破坏这一平衡. 一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有 信号输出.经功率放大后,立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的
磁场进行补偿.从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1 u s,这是
一个动态平衡的过程.
磁平衡式电流传感器主要有以下特点-
1 )可以同时测量任意波形电流,如直流、交流、脉冲电流;
2 )补偿测量电流与原边被测电流之间完全电气隔离,绝缘电压一般
为2kV 12kV;
3 )电流测量范围宽,可测量额定lmA 50kA电流;
4 )跟踪速度di/dt〉50A/us ;
5 )线性度优于O. 1 %IN;
6 )响应时间〈lH S ;
7 )频率响应O 100kHz.
目前,公知的霍尔传感器在检测电流中有这样的不足精度低、线性
度不够好,或被检测电流小、从而无法满足一些高要求大电流检测场合。
发明内容
本实用新型的发明目的在于提供一种能检测大电流的且线性度高的、 精度高的超大电流霍尔检测装置。
本实用新型的超大电流霍尔检测装置是这样实现的,包括固定支架、由两个相对设置在支架上的山字形软磁体构成的日字形软磁体磁芯、补偿 线圈、霍尔器件、包括带有毫伏电压放大及电流信号输出的电路部分,相 对的两个山字形软磁体的由上往下正对着的端头间的间隙依次是主气隙、 分流气隙、检测气隙,两补偿线圈设置在检测气隙两边的软磁体上,霍尔 器件的控制信号输出与电路部分的控制信号输入相连,电路部分的电流输 出与两补偿线圈的电流输入相连。工作时,使需要检测的大电流经过主气 隙、分流气隙间的磁环窗口,当检测气隙中的磁通不为零时,位于检测气 隙内的霍尔器件会产生一电信号,驱动电路部分的功率管输出补偿电流到 补偿线圈上产生一与检测气隙中的磁通相反的磁通,直至检测气隙中的磁 通为零,此时,通过电路部分的电流信号输出就能获得补偿电流的值,然
后通过公式(N1XI1)/( S 3/ 5 2)=N2XI2就能获得需要检测的大电流的 值,式中N1为原边线圈匝数(即为被检测电流的匝数,通常为l); II为 被检测大电流;S 3/ S 2为检测气隙与分流气隙之比;N2为补偿线圈匝数; 12为补偿电流(即输出电流)。由于通过调整检测气隙与分流气隙,使检 测气隙与分流气隙之比达到数倍甚至拾数倍,这样,就能大幅度地减少补 偿线圈匝数,在相同线径的情况下就能大幅度地降低补偿线圈的电阻,从 而保证在标准电源电压及小的功耗同体积下,使得本装置能以标准的输出 电流检测到超大的电流。由于磁环上设置主气隙、分流气隙、检测气隙, 通过分流气隙的分流,大电流所感应的磁场分流到检测气隙中已是比较 小,这样,霍尔器件处于检测 通时所需要的用于祗消检测气隙中磁场 的作用于补偿线圈上的电流就不需要很大,使得超大电流检测成为可能, 经过固定的数学关系的换算,就能准确地换算出所检测的大电流的电流值。
这里,为了保证工作在线性状态,主气隙间距S1应满足以l;条件
B"HX uOXSl/S KBO
式中B为组件主磁路磁感应强度;
B0为霍尔元件最大线性磁感应强度; H为被检测电流安匝数; Sl为主气隙截面积; liO为空气磁导率。 本实用新型与已有技术相比,由于采用了磁分流的技术,因此,具有 能检测大电流的且线性度高、检测精度高的优点。


图l为本发明的结构示意图2为电路控制图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述 如图所示,本实用新型的超大电流霍尔检测装置是这样实现的,包括 支架1、由两个相对设置在支架1上的山字形软磁体2构成的日字形软磁 体磁芯3、补偿线圈4、霍尔器件5、包括带有毫伏电压放大及电流信号输 出的电路部分6,相对的两个山字形软磁体2的由上往下正对着的端头间 的间隙依次是组件气隙Si、分流气隙S2、聚集气隙§3,两补偿线圈4 设置在聚集气隙S 3两边的软磁体2a上,霍尔器件5设置在聚集气隙S 3 中,霍尔器件5的控制信号输出与电路部分6 控制信号输入相连,电路部分6的电流输出与两补偿线圈4的电流输入相连。 主气隙间距5 1应满足以F条件-B^HX uOXSl/S KB0
式中B为组件主磁路磁感应强度;
B0为霍尔元件最大线性磁感应强度; H为被检测电流安匝数; Sl为主气隙截面积; UO为空气磁导率。
权利要求1、一种超大电流霍尔检测装置,其特征在于包括固定支架、由两个相对设置在支架上的山字形软磁体构成的日字形软磁体磁芯、补偿线圈、霍尔器件、包括带有毫伏电压放大及电流信号输出的电路部分,相对的两个山字形软磁体的由上往下正对着的端头间的间隙依次是主气隙、分流气隙、检测气隙,两补偿线圈设置在检测气隙两边的软磁体上,霍尔器件的控制信号输出与电路部分的控制信号输入相连,电路部分的电流输出与两补偿线圈的电流输入相连。
2、 根据权利要求1所述的超大电流霍尔检测装置,其特征在于主气隙间距S1应满足以下条件B"HX uOXSl/S 1《B0式中B为组件主磁路磁感应强度;B0为霍尔元件最大线性磁感应强度; H为被检测电流安匝数; Sl为主气隙截面积; WO为空气磁导率。
专利摘要一种超大电流霍尔检测装置,其特征在于将大电流通过由上到下依次带有主气隙、分流气隙、检测气隙的日字形软磁体磁芯的上面的窗口,位于检测气隙两边的磁芯上设置有补偿线圈,在检测气隙中设置霍尔器件并将霍尔器件所检测到的电压通过带有功率管的电路产生一补偿电流作用在补偿线圈,使其所产生的磁通方向与被检测电流在气隙中产生的磁通方向相反,通过检测位于检测气隙中的霍尔器件处于检测零磁通时所需的补偿电流来获取计算大电流的电流值的信息,继而获得大电流的电流值。本实用新型与已有技术相比,具有能检测大电流且线性度高、检测精度高的优点。
文档编号G01R19/00GK201429644SQ200920059579
公开日2010年3月24日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者波 祝 申请人:波 祝
再多了解一些
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