一种阵列式霍尔电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种阵列式霍尔电流传感器，包括：霍尔阵列和信号处理电路，其中：霍尔阵列包括4个霍尔元件，4个霍尔元件均匀分布在环形电路板上，环形电路板中央为被测载流导线通道，通过4个霍尔元件产生霍尔电势；4个霍尔元件输出霍尔电势至信号处理电路；信号处理电路包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路；加权增益电路，用于对霍尔电势进行加权增益调整，包括4个运算放大器和1个加法器；移相电路，用于对经过加权增益后的霍尔电势进行移相，移相电路包括滞后移相和超前移相两级电路；功率放大电路用于将移相后的霍尔电势进行功率放大，功率放大电路包括功率放大器，运算放大器，功放调零电路和运放调零电阻。

An array Holzer current sensor

The invention discloses an array type current sensor including: Holzer, Holzer and array signal processing circuit, including: Holzer Holzer array consists of 4 elements, 4 Holzer components are uniformly distributed in the circuit boards, circuit boards central for the measured current carrying wire channel, the Holzer potential through 4 Holzer components Holzer Holzer; 4 element output potential to the signal processing circuit; the signal processing circuit comprises a weight gain adjustment circuit, phase shift circuit and power amplifier circuit; circuit for weight gain, weight gain adjustment to the Holzer potential, including 4 operational amplifiers and 1 adder; phase shift circuit, for potential weighted by Holzer gain after the phase shifting circuit, including the lag phase and advanced phase shift two level circuit; power amplifier circuit for phase shift after Holzer Power amplifier, power amplifier circuit including power amplifier, operational amplifier, power amplifier zero circuit and operation amplifier zero resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式霍尔电流传感器
本专利技术涉及电力的计量领域，更具体地，涉及一种阵列式霍尔电流传感器。
技术介绍
电流的准确测量对于电气测量、控制、保护和计量功能都至关重要。常用的电流测量方法有直接接触式测量和非接触式测量。在实际测量使用中，这两种方法在可靠性、稳定性、抗电磁干扰能力和输出功率需求等方面都存在着各自的不足。直接接触式测量基于欧姆定律用分流器获取电流，但这种测量方式需要断开一次导线，而且将增加运行过程中的额外损耗。非接触式测量不需断开一次导线，包括基于法拉第电磁感应定律的电磁式传感器、基于法拉第磁光效应的磁光式传感器和基于霍尔效应的霍尔传感器等。其中，由于电磁式传感器固有的磁饱和缺陷，它不适合用于测量直流和交流大电流；而磁光式传感器易受温度、震动等的影响，其测量稳定度低；而霍尔传感器由于其电气隔离性能好、测量范围大、精度高、性价比优异等优势得到了广泛的研究和采用。常用的的霍尔电流传感器有开环式和闭环式两种结构，然而，目前大多数霍尔传感器的集磁环采用铁磁性材料，但是利用铁磁性材料仍存在磁饱和问题，易引入电磁干扰，且其输出形式均为电压输出，输出功率低，无法直接和具有大功率输入要求的继电保护装置或者测控装置连接。因此，需要一种技术，以解决电力系统电流测量过程中的电磁干扰问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种阵列式霍尔电流传感器，以解决如何对电流进行准确测量问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种阵列式霍尔电流传感器，所述传感器包括：霍尔阵列和信号处理电路，其中：所述霍尔阵列包括4个霍尔元件，所述4个霍尔元件均匀分布在环形电路板上，所述环形电路板中央为被测载流导线通道，通过所述4个霍尔元件产生霍尔电势；所述4个霍尔元件输出霍尔电势至所述信号处理电路；所述信号处理电路包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路；所述加权增益电路，用于对所述霍尔电势进行加权增益调整，包括4个运算放大器和1个加法器；所述移相电路，用于对所述经过加权增益后的霍尔电势进行移相，所述移相电路包括滞后移相和超前移相两级电路；所述功率放大电路用于将所述移相后的霍尔电势进行功率放大，所述功率放大电路包括功率放大器，运算放大器，功放调零电路和运放调零电阻。优选地，所述霍尔元件的半导体薄膜与所述霍尔阵列的中心轴平行。优选地，所述加权增益电路的运算放大器的放大增益为Ai，Ai＝R/Ri＝K/Ki(i＝1,2,3,4)；其中，Ki为第i个霍尔元件的霍尔系数，K为统一后的霍尔系数；所述运算放大器的输出霍尔电势由所述加法器相加，得到总霍尔电势Vi，计算公式如下：其中μ0为真空磁导率，N为霍尔元件个数，iM为被测载流导线的电流。优选地，所述移相电路由滞后移相和超前移相两级电路组成，其传递函数为其中Vi为所述加权增益电路输出的总霍尔电势，j为虚部单位，ω为角频率，c1为接地电容，c2为输入电容，电阻18R18为输入电阻，电阻21R21为接地电阻,通过调整电阻21R21的阻值改变移相的角度，输出为Vi’。优选地，所述功放调零电路包括电阻25R25，可变电阻26R26和电阻30R30；所述运放调零电阻为电阻27R27。优选地，包括：所述功率放大器同向输入端通过电阻23R23与所述移相电路相连接，反向输入端通过电阻24R24和电阻29R29与所述功放调零电路和功率放大电路的输出端相连接，所述输出端通过电阻24R24连接至所述运算放大器的同相输入端；所述运算放大器的输出端与反向输入端短接构成电压跟随器，所述输出端通过电阻31R31与所述功率放大器同向输入端连接。优选地，所述功率放大电路中的参数满足以下公式：所述功率放大电路的输出电流IO的计算公式为其中V1为功率放大器第3端口和第4端口电压,V2为功率放大器第1端口和第2端口电压,V3为运算放大电路输出端口电压,Vi'为所述移相电路输出电势。本专利技术技术方案提出的一种阵列式霍尔电流传感，霍尔阵列不包括铁芯，其抗电磁干扰能力强，且输出功率大，可以直接和具有大功率输入要求的继电保护装置或测控装置连接。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式：图1为根据本专利技术一实施方式的一种阵列式霍尔电流传感器结构图；图2为根据本专利技术一实施方式的信号处理电路连接示意图；图3为根据本专利技术一实施方式的加权增益调整电路连接示意图；图4为根据本专利技术一实施方式的移相电路连接示意图；图5为根据本专利技术一实施方式的功率放大电路连接示意图；以及图6-a,6-b,6-c为根据本专利技术一实施方式的测试实验数据图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。图1为根据本专利技术一实施方式的一种阵列式霍尔电流传感器结构图。本专利技术实施方式提供一种阵列式霍尔电流传感器包括信号处理电路以及霍尔阵列，其中，霍尔阵列含有1块印刷电路板和4个霍尔元件，印刷电路板的外形为圆环；霍尔元件均匀对称地成圆周固定在印刷电路板上，其半导体薄膜表面与霍尔阵列的中心轴平行，且每个霍尔元件处有对应的输出口，将各霍尔电势输出至后续信号处理电路，信号处理电路用于信号的加权增益调整、移相和功率放大处理，包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路。本专利技术实施方式提出的一种阵列式霍尔电流传感器，精度高，由于霍尔阵列不含有铁芯，故不易磁饱和且抗电磁干扰能力强，互感器具有高可靠性。本专利技术实施方式提出的一种阵列式霍尔电流传感器，功耗小，信号处理电路对输出信号起到了功率放大作用，输出功率大，可以直接和具有大功率输入要求的继电保护装置或者测控装置连接。如图1所，传感器包括：传感器包括：霍尔阵列和信号处理电路，其中：霍尔阵列包括4个霍尔元件2，4个霍尔元件2均匀分布在环形电路板1上，环形电路板中央为被测载流导线通道4，通过4个霍尔元件产生霍尔电势；4个霍尔元件2通过霍尔电势输出口3输出霍尔电势至信号处理电路6；信号处理电路6包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路；加权增益电路，用于对霍尔电势进行加权增益调整，包括4个运算放大器和1个加法器；移相电路，用于对经过加权增益后的霍尔电势进行移相，移相电路包括滞后移相和超前移相两级电路；功率放大电路用于将移相后的霍尔电势进行功率放大，功率放大电路包括功率放大器，运算放大器，功放调零电路和运放调零电阻。优选地，运算放大器为OPA277。优选地，功率放大器为功率放大器OPA549。优选地，霍尔元件2的半导体薄膜与霍尔阵列的中心轴平行。优选地，加权增益电路的运算放大器的放大增益为Ai，Ai＝R/Ri＝K/Ki(i＝1,2,3,4)；其中，Ki为第i个霍尔元件的霍尔系数，K为统一后的霍尔系数，统一后的霍尔系数是指每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列式霍尔电流传感器，所述传感器包括：霍尔阵列和信号处理电路，其中：所述霍尔阵列包括4个霍尔元件，所述4个霍尔元件均匀分布在环形电路板上，所述环形电路板中央为被测载流导线通道，通过所述4个霍尔元件产生霍尔电势；所述4个霍尔元件输出霍尔电势至所述信号处理电路；所述信号处理电路包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路；所述加权增益电路，用于对所述霍尔电势进行加权增益调整，包括4个运算放大器和1个加法器；所述移相电路，用于对所述经过加权增益后的霍尔电势进行移相，所述移相电路包括滞后移相和超前移相两级电路；所述功率放大电路用于将所述移相后的霍尔电势进行功率放大，所述功率放大电路包括功率放大器，运算放大器，功放调零电路和运放调零电阻。

【技术特征摘要】
1.一种阵列式霍尔电流传感器，所述传感器包括：霍尔阵列和信号处理电路，其中：所述霍尔阵列包括4个霍尔元件，所述4个霍尔元件均匀分布在环形电路板上，所述环形电路板中央为被测载流导线通道，通过所述4个霍尔元件产生霍尔电势；所述4个霍尔元件输出霍尔电势至所述信号处理电路；所述信号处理电路包括依次连接的加权增益调整电路、移相电路和功率放大电路；所述加权增益电路，用于对所述霍尔电势进行加权增益调整，包括4个运算放大器和1个加法器；所述移相电路，用于对所述经过加权增益后的霍尔电势进行移相，所述移相电路包括滞后移相和超前移相两级电路；所述功率放大电路用于将所述移相后的霍尔电势进行功率放大，所述功率放大电路包括功率放大器，运算放大器，功放调零电路和运放调零电阻。2.根据权利要求1所述的互感器，所述霍尔元件的半导体薄膜与所述霍尔阵列的中心轴平行。3.根据权利要求1所述的互感器，所述加权增益电路的运算放大器的放大增益为Ai，Ai＝R/Ri＝K/Ki(i＝1,2,3,4)；其中，Ki为第i个霍尔元件的霍尔系数，K为统一后的霍尔系数；所述运算放大器的输出霍尔电势由所述加法器相加，得到总霍尔电势Vi，计算公式如下：其中μ0为真空磁导率，N为霍尔元件个数，iM为被测载流导线的电流。4.根据权利要求1所述的互感器，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳长喜，项琼，李红斌，王欢，龚慧，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11