專利名稱：一種超大電流霍爾檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種檢測電流的方法及裝置，特別是一種電流霍爾檢 測裝置。
技術(shù)背景
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)，當通有小電流的 半導體薄片置于磁場中時，半導體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏 轉(zhuǎn)，使半導體兩側(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 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
工作過程為當主回路有一電流通過時，在導線上產(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
其導通 3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1 u 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〈lH S ;
7 )頻率響應(yīng)O 100kHz.
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
本實用新型的發(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裝置。
本實用新型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)/( S 3/ 5 2)=N2XI2就能獲得需要檢測的大電流的 值，式中N1為原邊線圈匝數(shù)(即為被檢測電流的匝數(shù)，通常為l); II為 被檢測大電流；S 3/ S 2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 而保證在標準電源電壓及小的功耗同體積下，使得本裝置能以標準的輸出 電流檢測到超大的電流。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 通時所需要的用于祗消檢測氣隙中磁場 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)學關(guān)系的換算，就能準確地換算出所檢測的大電流的電流值。
這里，為了保證工作在線性狀態(tài)，主氣隙間距S1應(yīng)滿足以l;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； liO為空氣磁導率。 本實用新型與已有技術(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2為電路控制圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述 如圖所示，本實用新型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)成的日字形軟磁 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Si、分流氣隙S2、聚集氣隙§3，兩補償線圈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 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5 1應(yīng)滿足以F條件-B^HX uOXSl/S KB0
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為空氣磁導率。
權(quán)利要求1、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。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1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； WO為空氣磁導率。
專利摘要一種超大電流霍爾檢測裝置，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。本實用新型與已有技術(shù)相比，具有能檢測大電流且線性度高、檢測精度高的優(yōu)點。
文檔編號G01R19/00GK201429644SQ200920059579
公開日2010年3月24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