中文引用格式： 權(quán)碩，唐玥，褚子揚(yáng)，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.
引言
非接觸式電流傳感器通過(guò)檢測(cè)導(dǎo)體產(chǎn)生的磁通密度，將對(duì)電流的測(cè)量轉(zhuǎn)化成對(duì)磁場(chǎng)的測(cè)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于配電、電力電子、驅(qū)動(dòng)技術(shù)等方面[6]。目前，鐵芯在測(cè)量直流電的非接觸式電流傳感器中得到廣泛的運(yùn)用。然而由于鐵磁性材料引起的磁飽和、磁滯等問(wèn)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(gè)霍爾元件以測(cè)量霍爾電壓，進(jìn)而計(jì)算出待測(cè)電流[8]。在結(jié)構(gòu)上，圓形陣列式電流傳感器無(wú)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(cè)量單根導(dǎo)線。但在實(shí)際應(yīng)用中，如果沒(méi)有鐵芯屏蔽外界磁場(chǎng)，位于圓形陣列外的場(chǎng)源產(chǎn)生的干擾很容易影響目標(biāo)電流的測(cè)量精度[9]。特別是與目標(biāo)導(dǎo)體平行的干擾導(dǎo)體電流會(huì)產(chǎn)生一種干擾磁場(chǎng)，而這種情況下產(chǎn)生的誤差通常稱為串?dāng)_誤差[10]。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)陣列式霍爾電流傳感抗磁干擾算法進(jìn)行了深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。周秀等人[11]提出了一種雙層環(huán)形傳感器陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該方案通過(guò)將芯片內(nèi)外層敏感軸反向放置來(lái)抵御干擾電流誤差，從而抗干擾測(cè)量。但該方法只適用與干擾源較遠(yuǎn)的情況，當(dāng)近距離干擾源存在時(shí)，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(jì)算出串?dāng)_磁場(chǎng)存在時(shí)被測(cè)電流的大小，但只是在數(shù)值仿真方面得到了驗(yàn)證，并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Weiss等人[13]在文獻(xiàn)[12]的基礎(chǔ)上對(duì)干擾源位置做了進(jìn)一步的討論，并分析特定位置時(shí)干擾電流對(duì)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(cè)量電流，但僅僅是概念描述及仿真測(cè)試，并沒(méi)有做出樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guò)數(shù)值模擬和有限元分析對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)構(gòu)建四個(gè)超越方程來(lái)計(jì)算被測(cè)電流，并且該算法還可以計(jì)算任意位置下的干擾電流。結(jié)果表明，當(dāng)目標(biāo)電流為100 A，干擾電流為900 A時(shí)，最大數(shù)值模擬誤差為2.74×10-7%，有限元誤差為2.381%。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量誤差可以控制在3.5%以內(nèi)，驗(yàn)證了本文算法的有效性。
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作者信息：
權(quán)碩1，唐玥1，2，褚子揚(yáng)1，沈悅1
（1.南京信息工程大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210044；
2.無(wú)錫學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214105）
