【導(dǎo)讀】工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中，大電流、高電壓的檢測(cè)往往是一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如何解決大電流、高電壓的信號(hào)檢測(cè)以及傳輸是一個(gè)系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定可靠性工作的關(guān)鍵。本文主要介紹隔離變送器模塊在新型霍爾傳感器中信號(hào)處理的解決方案。
一、引言
近年來(lái)，新一代功率半導(dǎo)體器件大量進(jìn)入電力電子、交流變頻調(diào)速、直流變頻以及逆變裝置等領(lǐng)域。原有的電壓、電流檢測(cè)器件已不適合此應(yīng)用場(chǎng)合，如分流器無(wú)法進(jìn)行隔離測(cè)量，互感器只適合于測(cè)量交流場(chǎng)合，并且有精度、帶寬不高等原因?；魻栯娏麟妷鹤兯推髂K，是近十幾年逐漸發(fā)展起來(lái)的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器，彌補(bǔ)直流高壓大電流以及瞬變電流電壓等需求的高性能電檢測(cè)元件的空白。
二、霍爾變送器的構(gòu)成
霍爾傳感器是利用霍爾原理制作出的傳感器件，即利用原邊電流Ip產(chǎn)生的磁通量聚集在磁路中，由霍爾器件檢測(cè)出霍爾電壓信號(hào)，放大器將此信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的電壓信號(hào)可以精確地反映出原邊電流的大小。
閉環(huán)式霍爾電流變送器是在直測(cè)式霍爾電流傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、次級(jí)線圈和放大電路、采樣電路、調(diào)零電路以及隔離變送模塊組成，如圖1。主回路電流IP 在聚磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。流經(jīng)次級(jí)線圈的電流Is經(jīng)過(guò)精密電阻RL進(jìn)行采樣，為了減小恒流源的負(fù)載能力，此精密電阻RL的阻值較小。精密電阻將電流信號(hào)變換成mV的電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器的濾波作用后直接接入金升陽(yáng)TM系列信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行信號(hào)隔離放大變換，變換換成工業(yè)需要的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如4－20mA、0－20mA、 l－5V、0－5V等標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，供給智能儀表顯示或者直接供給現(xiàn)場(chǎng)PLC或DCS系統(tǒng)使用。如果原邊電流Ip發(fā)生變化，則Ip產(chǎn)生的磁通發(fā)生變化，則在霍爾元件的兩表面產(chǎn)生電勢(shì)差，此電勢(shì)差經(jīng)過(guò)運(yùn)放的放大作用，直接控制Is補(bǔ)償電流的大小，此補(bǔ)償電流恰好與被測(cè)電流的方向相反，從而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)，使得霍爾器件處于零磁通的狀態(tài)中。所以Is的電流可以真實(shí)地反映出原邊Ip的電流的變化，反應(yīng)速度快。
圖1：閉環(huán)霍爾電流變送器
閉環(huán)式霍爾電壓變送器與閉環(huán)式霍爾電流變送器的原理相似，需要從母線上引入一電流，串聯(lián)一電阻是必要的，此電阻的功率、耐壓需滿足要求，甚至需要加散熱器，來(lái)減小此功率電阻的溫升以減小因溫度上升而帶來(lái)的溫漂問(wèn)題，并且此電阻的精度必須保證，否則會(huì)引入測(cè)量誤差，一般需要10mA左右的原邊電流。
圖2：閉環(huán)霍爾電壓變送器
三、TM系列信號(hào)調(diào)理模塊的應(yīng)用
針對(duì)霍爾傳感器的mV級(jí)輸入信號(hào)的調(diào)制設(shè)計(jì)，廣州金升陽(yáng)科技有限公司專門推出了TM_P系列的解決方案。該系列產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：
● 三隔離(輸入、輸出、電源相互隔離)
● 輸入信號(hào)：0～10/20/30/50/75/100mV；
● 輸出信號(hào)：0/4～20 mA ,0～5V/10V
● 高精度等級(jí)(0.1% F.S.)
● 高精度等級(jí)(0.1% F.S.)
● 高線性度(0.1% F.S.)
● 電源具有防反接保護(hù)
● 電源具有防反接保護(hù)
● 極低溫漂(50PPM/℃)
● 工業(yè)級(jí)(工作溫度范圍: -25℃～71℃)
● 高隔離電壓（2.5KVAC）
產(chǎn)品內(nèi)部自帶隔離電源，無(wú)需外部DC/DC隔離電源，但是需要獨(dú)立的輸入電源供電，產(chǎn)品的供電端與信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端三端隔離，具有很低的零點(diǎn)偏置，精度為0.1%FS，高線性度，精度為0.1%FS；采用小體積封裝（31.80mm*20.30mm*9.50mm）以應(yīng)對(duì)越來(lái)越苛刻的占板PCB要求；采用獨(dú)特的電磁隔離技術(shù)以應(yīng)對(duì)光耦隔離技術(shù)的長(zhǎng)久運(yùn)行而帶來(lái)的光衰而造成精度失真的問(wèn)題；采用雙列直插的引腳排布方式，以應(yīng)對(duì)振動(dòng)強(qiáng)烈場(chǎng)合，增加焊接的可靠性；可以為客戶的實(shí)際量程定制相應(yīng)的輸入輸出量程范圍，可以提供常規(guī)的24V、15V、12V、5V等多種電源輸入的產(chǎn)品。
小結(jié)
高精度的采樣技術(shù)是保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全運(yùn)行的保證，信號(hào)調(diào)理模塊的使用可以大大縮短前端采樣信號(hào)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)間。
