TM系列信號調理模塊在閉環霍爾變送器中的應用

    摘 要：工業生產過程自動化系統中，大電流、高電壓的檢測往往是一個系統設計的關鍵，如何解決大電流、高電壓的信號檢測以及傳輸是一個系統能否正常穩定可靠性工作的關鍵。本文主要介紹隔離變送器模塊在新型霍爾傳感器中信號處理的解決方案。

    一、引言

    近年來，新一代功率半導體器件大量進入電力電子、交流變頻調速、直流變頻以及逆變裝置等領域。原有的電壓、電流檢測器件已不適合此應用場合，如分流器無法進行隔離測量，互感器只適合于測量交流場合，并且有精度、帶寬不高等原因。霍爾電流電壓變送器模塊，是近十幾年逐漸發展起來的測量控制電流、電壓的新一代工業用電量傳感器，彌補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元件的空白。

    二、霍爾變送器的構成

    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產生的磁通量聚集在磁路中，由霍爾器件檢測出霍爾電壓信號，放大器將此信號進行放大，放大后的電壓信號可以精確地反映出原邊電流的大小。

    閉環式霍爾電流變送器是在直測式霍爾電流傳感器的基礎上發展起來的，主要由原邊電路、聚磁環、霍爾器件、次級線圈和放大電路、采樣電路、調零電路以及隔離變送模塊組成，如圖1。主回路電流IP 在聚磁環所產生的磁場，通過一個次級線圈的電流產生的磁場進行補償，使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態。流經次級線圈的電流Is經過精密電阻RL進行采樣，為了減小恒流源的負載能力，此精密電阻RL的阻值較小。精密電阻將電流信號變換成mV的電壓信號，此信號經過濾波器的濾波作用后直接接入金升陽TM系列信號調理模塊進行信號隔離放大變換，變換換成工業需要的標準信號，如4－20mA、0－20mA、 l－5V、0－5V等標準直流信號，供給智能儀表顯示或者直接供給現場PLC或DCS系統使用。如果原邊電流Ip發生變化，則Ip產生的磁通發生變化，則在霍爾元件的兩表面產生電勢差，此電勢差經過運放的放大作用，直接控制Is補償電流的大小，此補償電流恰好與被測電流的方向相反，從而補償了原來的磁場，使得霍爾器件處于零磁通的狀態中。所以Is的電流可以真實地反映出原邊Ip的電流的變化，反應速度快。

    閉環式霍爾電壓變送器與閉環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，來減小此功率電阻的溫升以減小因溫度上升而帶來的溫漂問題，并且此電阻的精度必須保證，否則會引入測量誤差，一般需要10mA左右的原邊電流。

    三、TM系列信號調理模塊的應用

    針對霍爾傳感器的mV級輸入信號的調制設計，廣州金升陽科技有限公司專門推出了TM_P系列的解決方案。該系列產品具有以下特點：

    ● 三隔離(輸入、輸出、電源相互隔離)

    ● 輸入信號：0～10/20/30/50/75/100mV；　　

    ● 輸出信號：0/4～20 mA ,0～5V/10V

    ● 高精度等級(0.1% F.S.)

    ● 高線性度(0.1% F.S.)

    ● 電源具有防反接保護

    ● 極低溫漂(50PPM/℃)

    ● 工業級(工作溫度范圍: -25℃～71℃)

    ● 高隔離電壓（2.5KVAC）

    產品內部自帶隔離電源，無需外部DC/DC隔離電源，但是需要獨立的輸入電源供電，產品的供電端與信號輸入端、信號輸出端三端隔離，具有很低的零點偏置，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）以應對越來越苛刻的占板PCB要求；采用獨特的電磁隔離技術以應對光耦隔離技術的長久運行而帶來的光衰而造成精度失真的問題；采用雙列直插的引腳排布方式，以應對振動強烈場合，增加焊接的可靠性；可以為客戶的實際量程定制相應的輸入輸出量程范圍，可以提供常規的24V、15V、12V、5V等多種電源輸入的產品。

    小結

    高精度的采樣技術是保證系統設計安全運行的保證，信號調理模塊的使用可以大大縮短前端采樣信號電路的設計與調試時間。<