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(bǔ)償式、霍爾零磁通式）。當(dāng)電流流過根長(zhǎng)的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流的大小成正比，這磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線關(guān)系，因此，可以用測(cè)得的輸出信號(hào)，直接反應(yīng)導(dǎo)線中電流的大小。
       考慮到系統(tǒng)對(duì)霍爾電流傳感器的要求，因此選擇傳感器時(shí)著重考慮閉環(huán)類型的霍爾電流傳感器，經(jīng)過反復(fù)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(jià)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(cè)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(cè)量電阻RM：0～73歐姆（±15供電）
    總：±0.5％
    線度：小于0.1％
    反應(yīng)時(shí)間：小于500ns
    響應(yīng)時(shí)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(fù)（-）、測(cè)量端（M）及地（0）四個(gè)管腳， 本設(shè)計(jì)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(yīng)用計(jì)算公式如下： 
NP×IP = NS×IS  計(jì)算原邊或副邊電流；VM = RM×I 計(jì)算測(cè)量電壓；（RM為采樣電阻）
VS = RS×IS 計(jì)算副邊電壓；
VA = ?E + VS + VM 計(jì)算供電電壓。
本設(shè)計(jì)中，在給定供電電壓VA的情況下，計(jì)算測(cè)量電壓VM和測(cè)量電阻RM： 
假設(shè)：供電電壓VA=±15V 
根據(jù)上述公式得： 
測(cè)量電壓VM=5V；
測(cè)量電阻RM=VM/IS  =50Ω； 
副邊電流IS=0.1A。
   所以當(dāng)我們選用50Ω的精密測(cè)量電阻時(shí)（注意：測(cè)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(cè)量電流值達(dá)到額定電流200A時(shí)，其輸出電流信號(hào)為100mA  ，測(cè)量電壓為5V。  因?yàn)橄到y(tǒng)中采用16位富士通單片機(jī)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(jì)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(jì)。
  為提采樣，安裝霍爾傳感器時(shí)我們著重注意了以下四點(diǎn)：
1、原邊導(dǎo)線應(yīng)放置于傳感器內(nèi)孔中心，盡可能不要放偏；
2、原邊導(dǎo)線盡可能填滿傳感器內(nèi)孔，盡量不要留有空隙； 
3、需要測(cè)量的電流對(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)波形是由泰克的TDS5054B示波器（帶寬1GHz）測(cè)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(shí)萊姆霍爾電流采樣不但能即時(shí)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(fù)載范圍中輸出電流變化大范圍變化時(shí)，萊姆霍爾電流采樣能即時(shí)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(fù)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(shí)恒定負(fù)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(jì)要求。
本設(shè)計(jì)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(shì)，設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)在中靈活可變，使得電源在負(fù)載區(qū)間內(nèi)均能獲得良好的能。數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了焊接過程信息實(shí)時(shí)提取處理，而且對(duì)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化的PWM，還可以實(shí)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(kuò)元器件的數(shù)量，同時(shí)也使得系統(tǒng)的得以提。
    但是，從設(shè)計(jì)中也發(fā)現(xiàn)數(shù)字式PWM也存在不足，即數(shù)字式PWM以計(jì)數(shù)器當(dāng)定時(shí)器，因此存在分辨率的問題，數(shù)字式PWM的定時(shí)器采用數(shù)字計(jì)數(shù)器，即若數(shù)字計(jì)數(shù)器的位數(shù)為N（即計(jì)數(shù)值周期為N+1；計(jì)數(shù)值周期不含時(shí)間概念，只有數(shù)值概念），則計(jì)數(shù)脈沖時(shí)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(jì)數(shù)器的計(jì)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(shí)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(yǔ)
　　在本系統(tǒng)應(yīng)用中，霍爾電流傳感器能正確響應(yīng)被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輸出量，對(duì)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(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用于電流、電壓測(cè)量。電量傳感器是安裝在系統(tǒng)內(nèi)部的核心部件，對(duì)整個(gè)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(duì)其產(chǎn)品提供5年質(zhì)保，這舉措充分彰顯了LEM對(duì)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。