表2 LEM系列電流傳感器選型
名稱額定
電流
A副邊
輸出總體
類型
LT208-S7200100mA0.5閉環(huán)
LA200-P200100mA0.4~1.5閉環(huán)
LA205-S200100mA0.4~1.5閉環(huán)
BLF200-S72004V見
線度表開環(huán)
開環(huán)電流霍爾傳感器
圖7閉環(huán)與開環(huán)電流霍爾傳感器原理圖
如圖7所示，閉環(huán)霍爾電流傳感器是用霍爾器件作為核心敏感元件、用于電流的模塊化產(chǎn)品，其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）。當電流流過根長的直導線時，在導線周圍產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導線的電流的大小成正比，這磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進行，由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線關(guān)系，因此，可以用測得的輸出信號，直接反應導線中電流的大小。
考慮到系統(tǒng)對霍爾電流傳感器的要求，因此選擇傳感器時著重考慮閉環(huán)類型的霍爾電流傳感器，經(jīng)過反復比較適用的余下幾款傳感器參數(shù)，以及咨詢LEM公司的，在能和價比之間做了*的折中，zui終選定LT208-S7型的霍爾電流傳感器。其具體能參數(shù)如下：
原邊額定電流值IPN：200A
原邊電流測量范圍IP：0～±300A
副邊額定值電流為IS ：100mA
轉(zhuǎn)換率KN＝NP ：NS為：1：2000
測量電阻RM：0～73歐姆（±15供電）
總：±0.5％
線度：小于0.1％
反應時間：小于500ns
響應時間：小于1us
di/dt跟隨：大于100A/us
如常規(guī)電流傳感器樣，該傳感器都有正（+）、負（-）、測量端（M）及地（0）四個管腳， 本設(shè)計中通過四芯插座接線至PCB板。
圖8 系統(tǒng)中霍爾傳感器接線圖
電流傳感器的應用計算公式如下：
NP×IP = NS×IS 計算原邊或副邊電流；VM = RM×I 計算測量電壓；（RM為采樣電阻）
VS = RS×IS 計算副邊電壓；
VA = ?E + VS + VM 計算供電電壓。
本設(shè)計中，在給定供電電壓VA的情況下，計算測量電壓VM和測量電阻RM：
假設(shè)：供電電壓VA=±15V
根據(jù)上述公式得：
測量電壓VM=5V；
測量電阻RM=VM/IS =50Ω；
副邊電流IS=0.1A。
所以當我們選用50Ω的精密測量電阻時（注意：測量電阻選擇要考慮其溫度系數(shù)，盡量選擇溫漂小、的電阻），在傳感器測量電流值達到額定電流200A時，其輸出電流信號為100mA ，測量電壓為5V。 因為系統(tǒng)中采用16位富士通單片機自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器，其采樣范圍在0～5V之間，本系統(tǒng)設(shè)計的zui大輸出電流為200A，因此選用50歐姆采樣電阻適宜于本設(shè)計。
為提采樣，安裝霍爾傳感器時我們著重注意了以下四點：
1、原邊導線應放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；
2、原邊導線盡可能填滿傳感器內(nèi)孔，盡量不要留有空隙；
3、需要測量的電流對應于傳感器的額定值；
4、為防止干擾，在霍爾傳感器的供電電源端和地端單并接只0.1uF的退耦濾波電容。
5 總結(jié)
本系統(tǒng)實驗波形是由泰克的TDS5054B示波器（帶寬1GHz）測量的，如下圖9、10、11所示：其中，圖9中通道1波形為輸出電流波形曲線，通道2波形為萊姆霍爾電流反饋采樣電阻上的電壓波形曲線。通道1每格為50安培，通道2每格為5伏；由圖9可以看出，在輸出電流變化時萊姆霍爾電流采樣不但能即時跟隨輸出變化，而且采樣。在圖10中，同樣通道1波形為輸出電流波形曲線，通道2波形為霍爾電流反饋采樣電阻上的電壓波形曲線。通道1每格為50安培，而通道2每格為1伏；由圖10可以看出，通過在寬負載范圍中輸出電流變化大范圍變化時，萊姆霍爾電流采樣能即時跟隨輸出變化，具有很好的線度。
圖9 霍爾反饋跟隨輸出電流變換特
圖10 寬負載范圍內(nèi)霍爾反饋跟隨輸出特
圖11 輸出電流波形與霍爾反饋采樣值
在圖11中，通道1波形同樣為輸出電流波形曲線，通道2波形為霍爾電流反饋采樣電阻上的電壓波形曲線。通道1每格為50安培，而通道2每格為5伏；而由圖11可以看出，在正常焊接時恒定負載，霍爾電流采樣值基本恒定，從而輸出的波形逆變電源恒流特的輸出設(shè)計要求。
本設(shè)計采用數(shù)字化的PI和數(shù)字化的PWM調(diào)制。充分利用數(shù)字化PI的優(yōu)勢，設(shè)計的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)在中靈活可變，使得電源在負載區(qū)間內(nèi)均能獲得良好的能。數(shù)字化實現(xiàn)了焊接過程信息實時提取處理，而且對電流輸出波形有很好的，減少飛濺，提、焊接質(zhì)量和速度。
在數(shù)字化的主控系統(tǒng)中配合數(shù)字化的PWM，就避免了D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，也提了。另外，采用FPGA不可以實現(xiàn)數(shù)字化的PWM，還可以實現(xiàn)般的數(shù)字電路功能，這就大大減小了板的面積和外擴元器件的數(shù)量，同時也使得系統(tǒng)的得以提。
但是，從設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)數(shù)字式PWM也存在不足，即數(shù)字式PWM以計數(shù)器當定時器，因此存在分辨率的問題，數(shù)字式PWM的定時器采用數(shù)字計數(shù)器，即若數(shù)字計數(shù)器的位數(shù)為N（即計數(shù)值周期為N+1；計數(shù)值周期不含時間概念，只有數(shù)值概念），則計數(shù)脈沖時鐘的頻率即為數(shù)字PWM的分辨率，而數(shù)字式PWM的分辨率就是其占空比可變化的zui小值。用公式表示為：若計數(shù)器的計數(shù)值周期為N+1，則數(shù)字PWM的分辨率為：D=1/（N+1）。模擬式時的PWM理論上可以為占空比區(qū)間內(nèi)的任意值，不存在分辨率的問題，而數(shù)字式的PWM占空比為離散化的。
6結(jié)束語
在本系統(tǒng)應用中，霍爾電流傳感器能正確響應被測量并轉(zhuǎn)換成相應輸出量，對系統(tǒng)的質(zhì)量起決定作用。電量傳感器（包括電流和電壓傳感器等），在各個領(lǐng)域被應用于電流、電壓測量。電量傳感器是安裝在系統(tǒng)內(nèi)部的核心部件，對整個系統(tǒng)和設(shè)備的能與起著至關(guān)重要的作用。
源自瑞士的LEM以電流電壓傳感器行業(yè)*及革新者在業(yè)界著稱，LEM于2006年1月開始對其產(chǎn)品提供5年質(zhì)保，這舉措充分彰顯了LEM對其產(chǎn)品品質(zhì)的信心。
在本系統(tǒng)研發(fā)的過程中，萊姆（LEM）公司周到的服務(wù)和完善的售后，以及其快捷的供貨和的產(chǎn)品能都給我們留下了深刻的印象，讓我們深深領(lǐng)略了的魅力。
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