20KA閉環(huán)霍爾電流傳感器在核聚變裝置供電電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

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（或稱霍爾磁補償式、霍爾零磁通式）。眾所周知，當(dāng)電流流過一根長的直導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行檢測，由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線形關(guān)系，因

此可利用霍爾器件的測得的輸出信號，直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大小，即：

I ∝ B ∝ V_H （2）

式中：I為通過導(dǎo)線中的電流；B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度；V_H為霍爾器件在磁場B中產(chǎn)生的霍爾電壓。

當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可以表示為等式。

對于霍爾輸出電壓信號V_H的處理，人們設(shè)計了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一類為開環(huán)（或稱直測式、直檢式）霍爾電流傳感器；另一類為閉環(huán)（或稱零磁通式、磁平衡式）霍爾電流傳感器。

針對霍爾傳感器的電路形式而言，人們最容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運算放大器直接信號放大，得到所需要的信號電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊被測電流大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點是電路形式簡單、成本相對較低；其缺點是精度、線性度較差；響應(yīng)時間較慢；溫度漂移較大。為了克服開環(huán)傳感器存在的不足，八十年代末期，國外出現(xiàn)了閉環(huán)霍爾電流傳感器。1989年，北京七O一廠引進國外技術(shù)在國內(nèi)率先開展閉環(huán)霍爾電流傳感器的研制、生產(chǎn)。經(jīng)過十幾年的努力，這種傳感器在國內(nèi)逐漸為廣大用戶了解和應(yīng)用。

圖3 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的（如圖3），即原邊電流（I_N）所產(chǎn)生的磁場，通過一個副邊線圈的電流（I_M）所產(chǎn)生的磁場進行補償，使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補償電流產(chǎn)生的磁場在磁芯中達到平衡時，即有如下等式：

N×I_N= n×I_M（3）

式中：I_N為原邊電流；N為原邊線圈的匝數(shù)；I_M為副邊補償電流；n為副邊線圈的匝數(shù)。

由上式看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝

數(shù)時，通過測量副邊補償電流I_M的大小，即可推算出原邊電流I_N的值，從而實現(xiàn)了原邊電流的隔離測量。

3閉環(huán)霍爾電流傳感器的主要性能

圖4 CHB-20KA閉環(huán)霍爾電流傳感器