闭环霍尔电流传感器的设计与测试

摘要

闭环霍尔电流传感器的发展在近十几年非常迅猛,广泛应用于汽车电子、工业控制、伺服电机、UPS电源、军事等领域。传统的分流器、互感器由于测量的精度低、可靠性差,所以设计与研究性能更好、可靠性更高、价格更低的闭环霍尔电流传感器是研究的热点。目前闭环霍尔电流传感器可靠性低、加工要求高、小规模生产成本高,因此,本文通过对霍尔电流传感器材料、器件的选择和加工工艺的改进,使闭环霍尔电流传感器在精度和可靠性方面具有显著的优势。
　　采用数值模拟和实验相结合的方法对闭环霍尔电流传感器进行了优化,研究了铁芯气隙的宽度、霍尔元件的大小、次级线圈的规格和PCB板焊接所出现的缺陷对闭环霍尔电流传感器灵敏度、线性度和精度的影响。气隙的宽度对电流传感器的灵敏度和精度影响较大,气隙的宽度为1.1mm时,铁芯所聚集的磁感应强度是最大的,漏磁是最小的,此时产品的灵敏度是最好的;霍尔元件的选择对灵敏度和线性度影响很大,选择HW302B时,由于其具有超高灵敏度、空间分辨率高,对提高整个产品的灵敏度和线性度是非常有利的;次级线圈选用0.8×1.5mm的扁平型漆包线,能提高绕制工艺的进度和产品的精度。在上述研究的基础上,对闭环电流传感器进行了优化和改进,对改进以后的产品的实验测试表明结果与理论研究是一致的。
　　数值模拟研究了磁感应强度随着气隙的宽度的变化情况,表明随着气隙宽度的增大,磁感应强度在减小,霍尔元件感应的信号会减弱,所发出的信号偏小会导致补偿电流减小,从而会导致闭环霍尔电流传感器精度变差。对次级线圈缠绕面积对磁感应强度的影响采用麦克斯韦方程进行模拟,随着次级线圈缠绕面积的增大,所产生的磁感应强度减小,导致铁芯中的剩磁增加。
　　研究了放大电路、反馈电路和温度补偿电路,重点分析了在工程应用中印刷电路板焊接时的主要缺陷,提出了检查缺陷的方法。

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1 绪 论

1.1课题研究背景和意义

1.2霍尔电流传感器国内外研究现状

1.3磁电流传感器的分类

1.4电流传感器性能比较

1.5 本文研究内容

2 闭环霍尔电流传感器的材料选择和仿真设计

2.1引言

2.2霍尔电流传感器材料的选择

2.3电流传感器的仿真

2.4本章小结

3 闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计

3.1闭环霍尔电流传感器电路结构

3.2 PCB板的制作

3.3本章小结

4 闭环霍尔电流传感器的实验测试和数据分析

4.1 闭环霍尔电流传感器的测试实验

4.2数据处理及误差分析

4.3不确定分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文