專利名稱：一種超大電流霍爾檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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方法及裝置。
背景技術(shù)：
霍爾效應(yīng)及霍爾器件霍爾效應(yīng)是此專利的理論基礎(chǔ)，當(dāng)通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場中時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓VH， VH與磁感應(yīng)
強度B及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算有式(1 )關(guān)系。
VH= (RH/d) XB XIC (1 )式中B為磁感應(yīng)強度；IC為控制電流；RH為霍爾系數(shù)；d為半導(dǎo)
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(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯(lián)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(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)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(tài)。磁平衡式電流傳感器的具體工作過程為當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚
集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動相應(yīng)的功率管并使
其導(dǎo)通,從而獲得一個補償電流Is.這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)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(dāng)與IP與匝數(shù)相乘所產(chǎn)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(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)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l y s,這是一個動態(tài)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lmA 50kA電流；
4 )跟蹤速度di/dt〉50A/us ;
5 )線性度優(yōu)于O. 1 %IN;
6 )響應(yīng)時間〈lUS ;
7 )頻率響應(yīng)O 100kH'z,
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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)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方法及裝置。 .
本發(fā)明的超大電流霍爾檢測方法是這樣實現(xiàn)的，將大電流通過由上到下依次帶有主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙的日字形軟磁體磁芯的十.面的窗口，位于檢測氣隙兩邊的磁芯上設(shè)置有補償線圈，在檢測氣隙中設(shè)置霍爾器件并將霍爾器件所檢測到的電壓通過帶有功率管的電路產(chǎn)生一補償電流作用在補償線圈使其所產(chǎn)生的磁通方向與被檢測電流在氣隙中產(chǎn)生的磁通方向相反，通過檢測位于襝測氣隙中的霍爾器件處于檢測零磁通時所需的補償電流來獲取計算大電流的電流值的信息，繼而獲得大電流的電流值。由于磁環(huán)上設(shè)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(yīng)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(jīng)過固定的數(shù)學(xué)關(guān)系的換算，就能準(zhǔn)確地換算出所檢測的大電流的電流值。
這里，為了保證組件工作在線性狀態(tài)，主氣隙間距si應(yīng)滿足以下條
件
B"HX uOXSl/S 1《B0
式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；
B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度；H為被檢測電流安匝數(shù)；Sl為主氣隙截面積；U0為空氣磁導(dǎo)率。流過檢測窗口的原邊電流II與補償線圈的電流12的關(guān)系如下式所
示
N1XI1)/(S3/S2) =N2XI2式中Nl為原邊線圈的匝數(shù)；
N2為補償線圈的匝數(shù)r
S3/S2為比例系數(shù)，S3為檢測氣隙間距，S2為分流氣隙間距。本發(fā)明的超大電流霍爾檢測裝置是這樣實現(xiàn)的，包括固定支架、由兩個相對設(shè)置在支架上的山字形軟磁體構(gòu)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(shè)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(jīng)過主氣隙、分流氣隙間的磁環(huán)窗口，當(dāng)檢測氣隙中的磁通不為零時，位于檢測氣隙內(nèi)的霍爾器件會產(chǎn)生一電信號，驅(qū)動電路部分的功率管輸出補償電流到補償線圈上產(chǎn)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(N1XI1)/( 5 3/ 5 2)=N2XI2就能獲得需要檢測的大電流的值，式中Nl為原邊線圈匝數(shù)(即為被檢測電流的匝數(shù)，通常為1); II為被檢測大電流；S3/S2為檢測氣隙與分流氣隙之比；N2為補償線圈匝數(shù)；12為補償電流(即輸出電流)。由于通過調(diào)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(shù)倍甚至拾數(shù)倍，這樣，就能大幅度地減少補償線圈匝數(shù)，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(biāo)準(zhǔn)電源電壓及小的功耗同體積下，使得本裝置能以標(biāo)準(zhǔn)的輸出電這里，為了保證工作在線性狀態(tài)，主氣隙間距6 1應(yīng)滿足以下條件 B"HX uOXS1/5 1《B0
式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；
B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度； H為被檢測電流安匝數(shù)； Sl為主氣隙截面積； UO為空氣磁導(dǎo)率。 本發(fā)明與已有技術(shù)相比，由于采用了磁分流的技術(shù)，因此，具有能檢 測大電流的且線性度高、檢測精度高的優(yōu)點。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為電路控制圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述
本發(fā)明的超大電流霍爾檢測方法是這樣實現(xiàn)的，將大電流通過由上到 下依次帶有主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙的日字形軟磁體磁芯的上面的窗 口，位于檢測氣隙兩邊的磁芯上設(shè)置有補償線圈，在檢測氣隙中設(shè)置霍爾 器件并將霍爾器件所檢測到的電壓通過帶有功率管的電路產(chǎn)生一補償電 流作用在補償線圈使其所產(chǎn)生的磁通方向與被檢測電流在氣隙中產(chǎn)生的 磁通方向相反，通過檢測位于檢測氣隙中的霍爾器件處于檢測零磁通時所 需的補償電流來獲取計算大電流的電流值的信息，繼而獲得大電流的電流 值。作在線性狀態(tài)，主氣隙間距si應(yīng)滿足以下條
B"HX uOXSl/S 1《B0
式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；
B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度； H為被檢測電流安匝數(shù)； Sl為主氣隙截面積； UO為空氣磁導(dǎo)率。 如圖所示，本發(fā)明的超大電流霍爾檢測裝置是這樣實現(xiàn)的，包括支架
1、由兩個相對設(shè)置在支架1上的山字形軟磁體2構(gòu)成的口字形軟磁體磁 芯3、補償線圈4、霍爾器件5、包括帶有毫伏電壓放大及電流信號輸出的 電路部分6，相對的兩個山字形軟磁體2的由上往下正對著的端頭間的間 隙依次是組件氣隙S1、分流氣隙S2、聚集氣隙S3，兩補償線圈4設(shè)置 在聚集氣隙S 3兩邊的軟磁體2a上，霍爾器件5設(shè)置在聚集氣隙S 3中， 霍爾器件5的控制信號輸出與電路部分6的控制信號輸入相連，電路部分 6的電流輸出與兩補償線圈4的電流輸入相連。
主氣隙間距S 1應(yīng)滿足以F條件
B"HX uOXSl/S KBO
式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；
B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度；
H為被檢測電流安匝數(shù)；
Sl為主氣隙截面積yo為空氣磁導(dǎo)率。
權(quán)利要求
1、一種超大電流霍爾檢測方法，其特征在于將大電流通過由上到下依次帶有主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙的日字形軟磁體磁芯的上面的窗口，位于檢測氣隙兩邊的磁芯上設(shè)置有補償線圈，在檢測氣隙中設(shè)置霍爾器件并將霍爾器件所檢測到的電壓通過帶有功率管的電路產(chǎn)生一補償電流作用在補償線圈使其所產(chǎn)生的磁通方向與被檢測電流在氣隙中產(chǎn)生的磁通方向相反，通過檢測位于檢測氣隙中的霍爾器件處于檢測零磁通時所需的補償電流來獲取計算大電流的電流值的信息，繼而獲得大電流的電流值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大電流霍爾檢測方法，其特征在于主氣隙間距S1應(yīng)滿足以下條件B"HX uOXSl/S 1《B0 式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度； H為被檢測電流安匝數(shù)； Sl為主氣隙截面積； y 0為空氣磁導(dǎo)率。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超大電流霍爾檢測方法，其特征在于流過檢測窗口的原邊電流II與補償線圈的電流12的關(guān)系如下式所示(N1XI1)/(S3/S2)=N2XI2 式中Nl為原邊線圈的匝數(shù)；N2為補償線圈的匝數(shù)；S3/S2為比例系數(shù)，S3為檢測氣隙間距，S2為分流氣隙間距。
4、 一種超大電流霍爾檢測裝置，其特征在于包括固定支架、由兩個相對設(shè)置在支架上的山字形軟磁體構(gòu)成的日卞形軟磁體磁芯、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(shè)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。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超大電流霍爾檢測裝置，其特征在于主氣隙間距S1應(yīng)滿足以卜條件B^HX uOXSl/S KBO式中B為組件主磁路磁感應(yīng)強度；B0為霍爾元件最大線性磁感應(yīng)強度；H為被檢測電流安匝數(shù)；Sl為主氣隙截面積；PO為空氣磁導(dǎo)率。
全文摘要
一種超大電流霍爾檢測方法及裝置，其特征在于將大電流通過由上到下依次帶有主氣隙、分流氣隙、檢測氣隙的日字形軟磁體磁芯的上面的窗口，位于檢測氣隙兩邊的磁芯上設(shè)置有補償線圈，在檢測氣隙中設(shè)置霍爾器件并將霍爾器件所檢測到的電壓通過帶有功率管的電路產(chǎn)生一補償電流作用在補償線圈使其所產(chǎn)生的磁通方向與被檢測電流在氣隙中產(chǎn)生的磁通方向相反，通過檢測位于檢測氣隙中的霍爾器件處于檢測零磁通時所需的補償電流來獲取計算大電流的電流值的信息，繼而獲得大電流的電流值。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有能檢測大電流的且線性度高、檢測精度高的優(yōu)點。
文檔編號G01R19/00GK101634666SQ200910040750
公開日2010年1月27日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者波 祝 申請人:波 祝