基于磁调制原理的高速电压传感器

磁平衡式霍尔传感器在现代工业的电压及及电流测量中得到广泛的运用。随着交流传动技术的发展，对电压采样要求也越来越高，普通磁平衡式霍尔电压传感器由于一次侧和二次侧线圈匝数较多，电感量大，导致输出响应时间较大（有的电压传感器的输出响应时间高达40μS），这样在测量高频或脉宽调制电压时会使输出的电压信号波形失真，不能真实地反映被测电压的特徽。因此在交流传动中，这种传感器已不能满足高质量电压采样及控制的要求。目前，南京中旭电子科技有限公司的基于磁调制原理的新型DCV系列高速电压传感器除了具有磁平衡式霍尔传感器所固有的优点外，还具有极快的输出响应时间，其响应时间小于4μS，能极好地满足高频电压采样的需要，特别在交流传动直接力矩控制中更具有特殊意义。
DCV系列高速电压传感器由高导磁环镍铁合金和电子电路构成。要了解该类传感器的工作原理，我们必须知道高导磁环形线圈在方波电压下的工作过程。（原理过程略，留给空间与对此感兴趣的网友共同探讨！）
根据上述高导磁铁心线圈在方波电压下的工作原理。我们用之作为基本单元构成了DCV系列高速电压传感器。（原理框图见下图）
其中，N1为方波发生器，N2为电流补偿环节，N3为放大器。R，C电路、铁心线圈L1和N1组成了传感器的自激振荡电路，通过N1产生正负半波对称的方波电压，该电压再作用于铁心I的线圈L1，每当铁心进入饱和，线圈电流iL1的尖峰值促使N1翻转，改变输出电压的极性。方波电压频率为f ≤U2/(4BmSn2)。N2补偿铁心线圈产生的尖峰电流和励磁电流，使iL2与in的合成电流更接近于i1。L2中流过的电流iL2与电流i1产生磁势方向相同，因此铁心II总处于饱和状态。b点接有电压钳位电路（图中未表示出），将该点钳位于二极管管压降电平，当方波电压改变极性时，它可降低峰值电流对输出电压的影响。
值得注意的是，该种传感器的一次侧和二次侧的匝数较少，仅有数百匝。它与磁平衡霍尔电压传感器相比，其线圈的电感量大为减少（霍尔电压传感器一次侧数千匝，有的上万匝，二次侧也有数千匝），这样就极大地提高了传感器输出信号的响应时间。同时由于一次侧线圈匝数少，线圈导线电阻也小，于是因温度变化而引起的传感器线性度变化亦大为降低。另外，还有磁平衡式霍尔电压传感器的输入电压漏电流一般要10mA之多，而新型DCV系列高速电压传感器的输入电压漏电流只要1~2mA。其性能从整体上优于霍尔型电压传感器。
由于新型DCV系列高速电压传感器的测量精度高，线性度好，体积小、功耗低，对被测信号有极快的响应时间，它在交流传动（地铁工程车及交流传动内燃机车的变流系统）中有着广泛的用途。
新型DCV系列高速电压传感器的主要技术参数（以DCV-2000V为例）
额定测量电压（r.m.s）:2000Vrms
过载能力：最大±3000V-10min/h
响应时间：≤4μS（输入最大测量电压的90%）
额定测量输出：0-5V或0-10V
准确度：±1%
非线性度：±0.5%（+25℃）
零点漂移：≤±30mV（+25℃）
电源电压：±15V±10%
一次侧内阻：1.6M
耐压：3KV/50HZ/1min