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航智霍爾替代型電流傳感器系列新品全面上線

2020-03-16   

中國電源產業網

導語:一場突如其來的疫情,似乎一切都被按了暫停鍵。但是,烏云遮不住升起的太陽,疫情擋不住春天的來臨。春天的腳步已準時走來,春回大地,陽光普照,蟄伏了一冬的萬物開始新生。航智也迎來了蟄伏后的蓄勢而發。經過不斷的積極探索和改進,航智的2020年新品—HIT系列霍爾替代型電流傳感器整裝完畢,全面上線。

一場突如其來的疫情,似乎一切都被按了暫停鍵。但是烏云遮不住升起的太陽,疫情擋不住春天的來臨。春天的腳步已準時走來,春回大地,陽光普照,蟄伏了一冬的萬物開始新生。航智也迎來了蟄伏后的蓄勢而發。經過不斷的積極探索和改進,航智的2020年新品—HIT系列霍爾替代型電流傳感器整裝完畢,全面上線。

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市場上電流傳感器有多種類型,如霍爾傳感器、電子式互感器等。目前電流傳感器多是以電磁耦合為基本工作原理的,采用霍爾元件為核心的檢測原理,而我司推出的霍爾替代型磁通門電流傳感器以磁通門技術為基本原理,加上閉環控制在電子電路中的應用,其測量精度遠高于霍爾電流傳感器。

以下從原理和結構兩個方面對航智HIT系列霍爾替代型電流傳感器和霍爾電流傳感器進行分析。

image.png 霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器分為開環式霍爾電流傳感器和閉環式霍爾電流傳感器。

image.png 開環式霍爾電流傳感器工作原理

開環式霍爾電流傳感器也稱直放式霍爾電流傳感器、直檢式霍爾電流傳感器。

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如上圖,開環式霍爾電流傳感器由磁芯、霍爾元件和放大電路構成。磁芯有一開口氣隙,霍爾元件放置于氣隙處。當原邊導體流過電流時,在導體周圍產生磁場強度與電流大小成正比的磁場,磁芯將磁力線集聚至氣隙處,霍爾元件輸出與氣隙處磁感應強度成正比的電壓信號,放大電路將該信號放大輸出,該類傳感器通常輸出±10V左右的電壓信號,也有部分傳感器為了增強電磁兼容性,變換為電流信號輸出。

image.png 閉環式霍爾電流傳感器工作原理

閉環式霍爾電流傳感器也稱零磁通霍爾電流傳感器、零磁通互感器、磁平衡式霍爾電流傳感器。

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如上圖所示,閉環式霍爾電流傳感器包括磁芯、霍爾元件、放大電路和副邊補償繞組。與開環式霍爾電流傳感器相比,閉環式霍爾電流傳感器多了副邊補償繞組,正是副邊補償繞組,將閉環式霍爾電流傳感器的性能進行了大幅度提升。放大電路接受霍爾元件的輸出,并放大為電流信號提供給副邊補償繞組,副邊補償繞組在磁芯中產生的磁場與原邊電流產生的磁場在氣隙處大小相等,方向相反,抵消原邊磁場,形成負反饋閉環控制電路。若副邊電流過小,產生的磁場不足以抵消原邊磁場,放大電路將輸出更大的電流,反之,放大電路輸出電流減小,從而維持氣隙處的磁場平衡。

若原邊電流發生變化,氣隙處磁場平衡被破壞,負反饋閉環控制電路同樣會調節副邊輸出電路,使磁場重新達到平衡。宏觀上講,氣隙處將一直維持零磁通,保持磁平衡,這也是零磁通互感器及磁平衡霍爾電流傳感器名稱的來由。

image.png HIT系列霍爾替代型電流傳感器

HIT系列霍爾替代型電流傳感器是磁通門原理電流傳感器,磁通門電流傳感器是利用被測磁場中高導磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下,其磁感應強度與磁場強度的非線性關系來測量弱磁場的。這種物理現象對被測環境磁場來說好像是一道“門”,通過這道“門”,相應的磁通量即被調制,并產生感應電動勢。利用這種現象來測量電流所產生的磁場,從而間接的達到測量電流的目的。

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電流傳感器的系統如上圖所示。電流所產生的磁場在磁通門探頭內經激勵信號調制后,通過峰值檢波和積分濾波電路產生有用的電壓信號,然后經過反饋,使電流傳感器工作在零磁通狀態。

當磁通門式電流傳感器工作時,激勵線圈中加載一固定頻率、固定波形的交變電流進行激勵,使磁芯往復磁化達到飽和。在不存在外在電流所產生的被測磁場時,檢測線圈輸出的感應電動勢只含有激勵波形的奇次諧波,波形正負上下對稱。當存在直流外在被測磁場時,磁芯中同時存在直流磁場和激勵交變磁場,直流被測磁場在前半周期內促使激勵場使磁芯提前達到飽和,而在另外半個周期內使磁芯延遲飽和。因此,造成激勵周期內正負半周不對稱,從而使輸出電壓曲線中出現振幅差。該振幅差與被測電流所產生的磁場成正比,因此可以利用振幅差來檢測磁環中所通過的電流。

磁通門電流傳感器與霍爾電流傳感器的主要區

image.png磁通門電流傳感器與霍爾電流傳感器的主要區別

帶寬區別:微觀上講,磁通門測量磁場的門始終處在零磁通附近變化,加之多閉環控制電路,磁場變化幅度非常小,變化的頻率可以更快,因此,磁通門電流傳感器具有很快的響應時間。實際的磁通門電流傳感器帶寬通常可以達到500kHz以上。而開環式霍爾電流傳感器的帶寬通常較窄,在3kHz左右。閉環霍爾電流傳感器也只能達到100kHz。

精度區別:開環式霍爾電流傳感器副邊輸出與磁芯氣隙處的磁感應強度成正比,而磁芯由高導磁材料制作而成,非線性和磁滯效應是所有高導磁材料的固有特點,因此,開環式霍爾電流傳感器一般線性度較差,且原邊信號在上升和下降過程中副邊輸出會有不同。開環式霍爾電流傳感器精度通常低于1%。閉環式霍爾電流傳感器由于工作在零磁通狀態,磁芯的非線性及磁滯效應不對輸出造成影響,可以獲得較好的線性度和較高的精度。閉環式霍爾電流傳感器精度最高可達0.2%。而航智推出的霍爾替代型磁通門電流傳感器,采用我司自主知識產權的三大核心關鍵技術可以達到0.05%的精度。

零漂溫漂及抗干擾能力區別:在測量磁場的各種元器件中,霍爾元件不夠敏感,而且由于霍爾器件的安裝位置是在磁芯氣隙中,需要斷開磁芯,因而靈敏度和解析度更大大降低,導致零漂和溫漂比較大,抗干擾能力比較差。而航智推出的霍爾替代型磁通門電流傳感器,采用完整的磁芯結構,不存在磁芯的切口,無氣隙,因而抗干擾能力強,其敏感性也遠高于霍爾效應,有極低的零漂和溫漂。

HIT系列霍爾替代型電流傳感器三大核心技術

1、采用激磁閉環控制技術,與傳統方案比省去了復雜的磁屏蔽系統設計。

2、采用自激退磁技術,零漂小,拓展了量程寬度,原來用兩個傳感器解決的問題,現在只需要一個傳感器。

3、采用多閉環控制方法,實現對激勵磁通、直流磁通、交流磁通的零磁通閉環控制,并通過構建高頻紋波感應通道實現對高頻紋波的檢測,從而使傳感器在全帶寬范圍內擁有很高的增益和測量精度。

全新HIT系列磁通門電流傳感器,是航智推出的霍爾替代型磁通門電流傳感器。該系列產品對標閉環霍爾電流傳感器,在性能上完美PK霍爾電流傳感器。HIT系列傳感器精度可達0.05%,而閉環霍爾效應電流傳感器只有0.2%;帶寬方面,HIT系列傳感器可達500kHz以上,比閉環霍爾電流傳感器提高了至少5倍。該系列產品型號有:HIT50、HIT100、HIT200、HIT300、HIT500、HIT600,可對50A到600A的DC、AC和脈沖電流進行測量。

簡而言之,HIT系列傳感器是霍爾效應電流傳感器的絕佳替代,是追求高性價比的最佳選擇,同時,也是加速“高精度直流傳感器普及時代”的最強助力。

來源:《電源工業》

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