《電子技術(shù)應(yīng)用》
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圓形陣列式霍爾電流傳感器抗磁干擾算法研究
電子技術(shù)應(yīng)用
權(quán)碩1，唐玥1,，2,，褚子揚1，沈悅1
1.南京信息工程大學(xué) 自動化學(xué)院,；2.無錫學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院
摘要： 陣列式霍爾電流傳感器是電力電子領(lǐng)域中的一個研究熱點,，特別是在直流電測量方面，它具有線性度高,、動態(tài)范圍大,、體積小、功耗低等優(yōu)點,，是對鐵磁磁芯的電流傳感器的改進,。然而，由于沒有鐵芯聚磁,，在汽車電子,、配電系統(tǒng)等場所內(nèi)，導(dǎo)體排布密集,，外部磁場很容易進入磁傳感器,，從而影響測量精度。因此,，提出了一種抗磁干擾算法來解決這一問題,，采用構(gòu)造超越方程的方法，不僅可以計算被測電流,，還可以計算任意位置的干擾電流,，并通過數(shù)值模擬、有限元分析和室內(nèi)實驗對該算法進行驗證,。實驗結(jié)果表明,，在受到強干擾電流的影響下，誤差在3.5%以內(nèi),，驗證了構(gòu)造的圓形傳感器陣列及抗磁干擾算法的有效性,。
中圖分類號：TM933.12 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245475
中文引用格式： 權(quán)碩，唐玥，褚子揚,，等. 圓形陣列式霍爾電流傳感器抗磁干擾算法研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,，2024，50(11)：59-65.
英文引用格式： Quan Shuo,，Tang Yue,，Chu Ziyang，et al. Research on anti-magnetic interference algorithm of Hall current sensor with circular array[J]. Application of Electronic Technique,，2024,，50(11)：59-65.
Research on anti-magnetic interference algorithm of Hall current sensor with circular array
Quan Shuo1，Tang Yue1,，2,，Chu Ziyang1，Shen Yue1
1.School of Automation,， Nanjing University of Information Science and Technology,； 2.School of Internet of Things Engineering， Wuxi University
Abstract： Hall array current sensor is a research hotspot in the field of power electronics,， especially in the measurement of direct current. It has the advantages of high linearity,， large dynamic range， small size and low power consumption,， which is an improvement of current sensor with ferromagnetic core. However,， due to the absence of core poly-magnetic， in automotive electronics,， distribution systems and other places,， the conductors are densely arranged， and the external magnetic field is easy to enter the magnetic sensor,， thus affecting the measurement accuracy. Therefore,， this paper proposes an antimagnetic interference algorithm to solve this problem， using the method of constructing transcendental equations,， which can calculate not only the measured current,， but also the interference current at any position. The method is verified by numerical simulation， finite element analysis and laboratory experiments. The experimental results show that the error is less than 3.5% under the influence of strong interference current,， which verifies the effectiveness of the circular sensor array and anti-magnetic interference algorithm.
Key words : circular array,；Hall current sensor；current measurement,；anti-magnetic interference algorithm

引言

非接觸式電流傳感器通過檢測導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通密度,，將對電流的測量轉(zhuǎn)化成對磁場的測量[1-5],。該傳感器具有損耗低,、量程大、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點,，廣泛應(yīng)用于配電,、電力電子、驅(qū)動技術(shù)等方面[6],。目前,，鐵芯在測量直流電的非接觸式電流傳感器中得到廣泛的運用。然而由于鐵磁性材料引起的磁飽和,、磁滯等問題,，其應(yīng)用受到了限制[7]。一種圓形陣列式霍爾電流傳感器可以避免這一缺陷,，該陣列在導(dǎo)線周圍均勻分布多個霍爾元件以測量霍爾電壓,，進而計算出待測電流[8]。在結(jié)構(gòu)上,，圓形陣列式電流傳感器無需鐵芯凝聚,，大大減輕了傳感器的體積和重量。

目前,，采用圓形陣列的電流傳感器一般用于測量單根導(dǎo)線,。但在實際應(yīng)用中，如果沒有鐵芯屏蔽外界磁場,，位于圓形陣列外的場源產(chǎn)生的干擾很容易影響目標電流的測量精度[9],。特別是與目標導(dǎo)體平行的干擾導(dǎo)體電流會產(chǎn)生一種干擾磁場，而這種情況下產(chǎn)生的誤差通常稱為串?dāng)_誤差[10],。

近年來,，國內(nèi)外學(xué)者對陣列式霍爾電流傳感抗磁干擾算法進行了深入的理論研究和實驗驗證。周秀等人[11]提出了一種雙層環(huán)形傳感器陣列拓撲結(jié)構(gòu),，該方案通過將芯片內(nèi)外層敏感軸反向放置來抵御干擾電流誤差,，從而抗干擾測量。但該方法只適用與干擾源較遠的情況,，當(dāng)近距離干擾源存在時,，該方法則大打折扣。Bazzocchi等人[12]提出了一種基于空間離散傅里葉變換的新算法,，該算法能夠計算出串?dāng)_磁場存在時被測電流的大小,，但只是在數(shù)值仿真方面得到了驗證，并沒有進行實驗,。Weiss等人[13]在文獻[12]的基礎(chǔ)上對干擾源位置做了進一步的討論,，并分析特定位置時干擾電流對估算結(jié)果的影響最小。Chan等人[14]使用了三傳感陣列算法測量電流,，但僅僅是概念描述及仿真測試,，并沒有做出樣機進行實驗驗證。

本文在前人的基礎(chǔ)上提出了一種直流大電流抗磁干擾的新算法，并通過數(shù)值模擬和有限元分析對該算法進行驗證,，通過構(gòu)建四個超越方程來計算被測電流,，并且該算法還可以計算任意位置下的干擾電流。結(jié)果表明,，當(dāng)目標電流為100 A,，干擾電流為900 A時，最大數(shù)值模擬誤差為2.74×10-7%,，有限元誤差為2.381%,。在實際測量過程中，測量誤差可以控制在3.5%以內(nèi),，驗證了本文算法的有效性,。


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http://forexkbc.com/resource/share/2000006211


作者信息：

權(quán)碩1，唐玥1,，2,，褚子揚1，沈悅1

（1.南京信息工程大學(xué) 自動化學(xué)院,，江蘇 南京 210044,；

2.無錫學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214105）


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