關(guan)鍵詞(ci)：霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)；逆(ni)變；弧(hu)焊電(dian)源(yuan)；數字化(hua)；脈寬調制

　　中圖分類(lei)號(hao)：TM382、TG444  文獻標(biao)識(shi)碼(ma)：B         文章編(bian)號(hao)：
The Application of LEM Hall Current Transducer in Digital Welding InverterZHU Wei-jian¹, LIU Lian-hua²
（1.Shanghai University，Shanghai，200072；2.Shanghai WTL Welding Equipment Manufacture CO.，LTD，Shanghai，201204）

　　Abstract：This paper presents the design of WS-200 digital arc welding power supply. The proposed control scheme uses a new type of LEM hall current transducer LT208-S7 to sample the output current. Based on this, the output current waveform is optimized. The digital PID control of output current feedback is easy to give attention to staticdynamic performance of the power supply. The experimental results show this power supply has perfect performancestability in this paper.

　　Key words: Hall Current Transducer; Inverter; Arc Welding Supply; Digital Control; Pulse Width Modulator （PWM）
　　1引言(yan)

　　金(jin)屬(shu)焊接(jie)是(shi)指通(tong)過(guo)適當的手段(duan)，使(shi)兩個分離(li)的金屬(shu)物體(ti)產生原子或(huo)分子(zi)間結合而連接成體(ti)的連接方法(fa)。焊接(jie)是(shi)金屬(shu)加(jia)工(gong)和(he)制(zhi)造業(ye)的重要(yao)加(jia)工(gong)工藝(yi)，它(ta)是(shi)種(zhong)、可靠(kao)、低成(cheng)本*連接材料的方法(fa)。焊接(jie)方(fang)法(fa)種(zhong)類(lei)繁多，但(dan)應用zui的仍(reng)為電弧(hu)焊。

　　我(wo)國電焊機行業生產的逆(ni)變焊機已(yi)基(ji)本成(cheng)熟，產品的質量(liang)和(he)已(yi)基(ji)本用(yong)戶(hu)需求，逆(ni)變正迅(xun)速進(jin)入焊接(jie)產品的各個(ge)領(ling)域，可以(yi)說逆(ni)變焊機是電焊機的發展(zhan)主(zhu)要(yao)方(fang)向(xiang)。1993年(nian)在(zai)德(de)國埃(ai)森(sen)焊接(jie)展(zhan)覽會(hui)上，芬蘭(lan)的KEMPPI（肯(ken)比）公(gong)司(si)發布了(le)上*款(kuan)數字的焊接(jie)系統(tong)—Kemppi PRO，從(cong)此數字化(hua)焊機的發展(zhan)引起了(le)的關(guan)註(zhu)。而奧(ao)地(di)利(li)Fronius（福(fu)尼(ni)斯(si)）公司(si)於(yu)1998年推出(chu)上*批(pi)數字MIG焊機標誌著數字化(hua)焊機的實用(yong)化(hua)。

　　目前，我(wo)國數字化(hua)焊接(jie)電(dian)源的研究(jiu)還處於(yu)起步階段(duan)，有(you)待(dai)於(yu)深層(ceng)次的開發和(he)研(yan)究(jiu)，有(you)著的研究(jiu)空(kong)間。根據中國電器(qi)工業(ye)電(dian)焊機分會(hui)的電焊機行業“十(shi)五(wu)”規(gui)劃：“我國的電焊機行業任(ren)重而道(dao)遠，需盡快(kuai)調整(zheng)產品結(jie)構(gou)、提(ti)產品檔(dang)次(ci)、順應市場(chang)要(yao)求(qiu)；盡快(kuai)完(wan)善(shan)並采(cai)用(yong)數字化(hua)逆(ni)變電源(yuan)和(he)氣體(ti)保護(hu)焊機。大(da)力(li)發展(zhan)氣體(ti)保護(hu)焊、大(da)力(li)推進(jin)運用逆(ni)變焊接(jie)電(dian)源是今(jin)後(hou)5年(nian)的工作方向(xiang)。國產數字化(hua)焊機將達到國外(wai)20世(shi)紀(ji)90年代水(shui)平(ping)。逆(ni)變焊機將向(xiang)數字化(hua)、輕巧化(hua)、化(hua)、化(hua)方(fang)向(xiang)發展(zhan)……”。

　　在(zai)現(xian)代(dai)焊接(jie)領(ling)域，弧(hu)焊逆(ni)變電源(yuan)的數字化(hua)為焊接(jie)設(she)備(bei)的發展(zhan)開(kai)拓(tuo)出(chu)了(le)個(ge)新(xin)的發展(zhan)空(kong)間，具有(you)，焊縫(feng)成(cheng)型(xing)致(zhi)好、擴展(zhan)強(qiang)、操作方便(bian)、便(bian)於(yu)生產自動(dong)化(hua)等(deng)優點(dian)，主要(yao)用(yong)於(yu)大(da)型(xing)設(she)備(bei)制造、鋼(gang)結構(gou)、汽(qi)車業(ye)、薄板焊接(jie)、壓(ya)力(li)容(rong)器(qi)制造、軌(gui)道(dao)及(ji)車輛(liang)業制(zhi)造及(ji)修補、自動化(hua)設(she)備(bei)制造、管(guan)道(dao)、造船業以(yi)及家(jia)用(yong)設(she)備(bei)制造等(deng)眾(zhong)多(duo)行(xing)業(ye)。數字化(hua)焊接(jie)作為焊接(jie)產業新(xin)的發展(zhan)方(fang)向(xiang)有(you)著原有(you)模(mo)擬設(she)備(bei)不(bu)可比(bi)擬的*。

　　目前我(wo)國在數字化(hua)焊機方面的研究(jiu)遠遠落(luo)後(hou)於(yu)國外(wai)發達(da)國家，國外(wai)的數字化(hua)焊機在占據了(le)很(hen)大(da)的份額，而且(qie)國外(wai)數字化(hua)焊機價格昂貴(gui)。數字化(hua)焊接(jie)電(dian)源的研究(jiu)不(bu)可以(yi)降低應用焊機的行業(ye)的生產成本，而且(qie)可以(yi)以低成(cheng)本、、的優勢大(da)量(liang)銷(xiao)往國外(wai)，為國家出(chu)口(kou)創(chuang)匯。

　　在電(dian)弧(hu)焊接(jie)領(ling)域，隨(sui)著逆(ni)變的發展(zhan)和(he)數字化(hua)的應用，逐(zhu)漸形(xing)成(cheng)了(le)由(you)逆(ni)變主電(dian)路代(dai)替傳(chuan)統(tong)的主電(dian)路(lu)和(he)由(you)數字代替模(mo)擬的趨(qu)勢。焊機的數字化(hua)包(bao)括兩方面(mian)的內容(rong)即(ji)主電路(lu)的數字化(hua)和(he)電(dian)路的數字化(hua)。在(zai)主電路方(fang)面(mian)焊接(jie)電(dian)源從(cong)模(mo)擬式(shi)焊機發展(zhan)到逆(ni)變式(shi)焊機，實際(ji)上是(shi)完(wan)成(cheng)了(le)主(zhu)電(dian)路(lu)從(cong)模(mo)擬到數字化(hua)的跨越。因(yin)此對(dui)於(yu)所謂(wei)的數字化(hua)逆(ni)變弧(hu)焊電(dian)源(yuan)來(lai)講(jiang)，般也(ye)就是針對(dui)電(dian)路(lu)部(bu)分來(lai)講(jiang)的。
 

圖1 逆(ni)變焊接(jie)電(dian)源主回路(lu)原理圖

　　如圖1所示(shi)，逆(ni)變焊機電源大(da)都(dou)采(cai)用(yong)交(jiao)流(liu)-直(zhi)流-交(jiao)流(liu)-直(zhi)流（AC-DC-AC-DC）變換的方法(fa)即：50Hz交(jiao)流(liu)電(dian)經橋(qiao)整(zheng)流(liu)變成直(zhi)流，IGBT組(zu)成的PWM頻變換部(bu)分將直流(liu)電(dian)逆(ni)變成幾(ji)十(shi)K至(zhi)上百(bai)K的頻脈沖(chong)波(bo)形(xing)，經(jing)頻(pin)變壓器(qi)耦合，整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)後(hou)提(ti)供穩(wen)定的直流(liu)電(dian)，供電(dian)弧(hu)使(shi)用(yong)。

   

 

  圖2 四種(zhong)直(zhi)流(liu)輸出(chu)外(wai)特(te)曲(qu)線

　　圖2所示(shi)為弧(hu)焊逆(ni)變電源(yuan)的輸出(chu)外(wai)特(te)伏安(an)曲線(xian)，可以(yi)看(kan)出(chu)總(zong)體(ti)上可分為兩種(zhong)即(ji)恒壓特(te)曲(qu)線（平特(te)）和(he)恒流特(te)曲(qu)線（包(bao)括緩(huan)降特(te)、陡(dou)降特(te)、垂(chui)特(te)等(deng)等）。以上輸出(chu)特(te)是(shi)根據焊接(jie)方(fang)法(fa)的要(yao)求(qiu)不(bu)同(tong)而輸出(chu)特(te)也(ye)不(bu)同(tong)。本系統(tong)設(she)計(ji)的是款(kuan)WS系列（即手工(gong)焊氬弧(hu)焊機）的弧(hu)焊逆(ni)變電源(yuan)，考慮焊接(jie)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)，輸出(chu)特(te)為陡降(jiang)的恒流伏安(an)特(te)（如圖3所示(shi)）。
   

圖3 WS系列弧(hu)焊電(dian)源(yuan)負載(zai)特(te)曲(qu)線

   氬弧(hu)焊的約(yue)定負(fu)載(zai)電壓(ya)U2與(yu)約(yue)定焊接(jie)電(dian)流I2之間的關(guan)系式(shi)如下：

U₂＝10＋0.04 I₂（V）

   本設(she)計(ji)為款(kuan)型(xing)號(hao)為WS-200的逆(ni)變弧(hu)焊電(dian)源(yuan)，其設(she)計(ji)參數如下：

表1 參數列表

　　由(you)於(yu)逆(ni)變焊接(jie)電(dian)源的負載(zai)是電(dian)弧(hu)，是種(zhong)特(te)殊的非(fei)線(xian)負載(zai)，給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)與(yu)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)的時間差難以(yi)，且(qie)負載(zai)的變化(hua)範(fan)圍較(jiao)大(da)，使(shi)得整(zheng)個(ge)系統(tong)的模(mo)型(xing)成(cheng)為階，復(fu)雜(za)顯著(zhu)增加(jia)。焊接(jie)過(guo)程是個(ge)時變、非(fei)線(xian)並有(you)幹擾(rao)的過程，要(yao)對(dui)焊接(jie)電(dian)壓、焊接(jie)電(dian)流進(jin)行實時(shi)監(jian)測和(he)，系統(tong)的響(xiang)應速度(du)必(bi)須足夠(gou)快(kuai)，好。因此選用算法(fa)簡(jian)單(dan)的PID參數整(zheng)定(ding)（如圖4所示(shi)），由(you)於(yu)調節(jie)器(qi)中積(ji)分器(qi)的存在可以(yi)消(xiao)除(chu)系統(tong)的穩(wen)態(tai)誤(wu)差，且調(tiao)節(jie)器(qi)結構(gou)簡(jian)單(dan)，參數調整(zheng)且(qie)經長期工業中的應用思(si)想加(jia)完(wan)善(shan)。
   

 

圖4 PWM系統(tong)設(she)計(ji)

　　可從(cong)上圖中看(kan)出(chu)，本系統(tong)是個(ge)閉環(huan)系統(tong)，其思(si)想是由(you)用(yong)戶(hu)接口(kou)即面板得到參數給(gei)定(ding)，通(tong)過(guo)該給(gei)定(ding)與(yu)反(fan)饋(kui)采(cai)樣輸出(chu)信(xin)號(hao)比(bi)較(jiao)運(yun)算，通過(guo)PID參數整(zheng)定(ding)生成PWM波形(xing)，主(zhu)回路(lu)的功率(lv)開關(guan)管動(dong)作從(cong)而實現(xian)輸出(chu)特(te)跟(gen)隨(sui)輸入。PID以(yi)其簡(jian)單(dan)、參數易(yi)於(yu)整(zheng)定(ding)、發展(zhan)成(cheng)熟的特(te)點(dian)，應用於(yu)工程實踐之中。早(zao)期的逆(ni)變焊機采(cai)用(yong)的多為模(mo)擬PID，但(dan)單(dan)純(chun)利(li)用(yong)輸出(chu)電(dian)壓(ya)直(zhi)反(fan)饋(kui)或輸出(chu)電(dian)壓(ya)瞬時值(zhi)反(fan)饋(kui)進(jin)行模(mo)擬PID調節(jie)，其電源(yuan)能(neng)尤其(qi)是動態(tai)能(neng)不(bu)太理(li)想(xiang)，若(ruo)引入電流(liu)電(dian)壓(ya)環(huan)雙(shuang)環(huan)則(ze)可使(shi)逆(ni)變焊接(jie)電(dian)源的輸出(chu)特(te)得到很(hen)大(da)改(gai)善(shan)。在此系統(tong)中，微分環(huan)節(jie)的加(jia)入(ru)對(dui)於(yu)改(gai)善(shan)系統(tong)的動態(tai)能(neng)有(you)好處，但(dan)是由(you)於(yu)微分環(huan)節(jie)對(dui)於(yu)穩(wen)態(tai)能(neng)的提產生了(le)負(fu)面(mian)作用，因此實際(ji)中，只在(zai)反(fan)饋(kui)值(zhi)與(yu)輸入給(gei)定(ding)之(zhi)間的偏差才加(jia)入(ru)微分算法(fa)，而通(tong)常(chang)情況下(xia)算法(fa)中摒棄微分環(huan)節(jie)，因此圖4中未(wei)標識(shi)PID調節(jie)，而以(yi)PI調(tiao)節(jie)作為圖示(shi)。

　　本系統(tong)部分構(gou)成(cheng)為：富士(shi)通的16位(wei)單(dan)片(pian)機構(gou)成(cheng)面板參數給(gei)定(ding)和(he)A/D系統(tong)數據采(cai)集(ji)、焊接(jie)即(ji)時狀(zhuang)態(tai)顯示(shi)。而PWM脈沖(chong)生(sheng)成部(bu)分由(you)FPGA芯(xin)片(pian)通過(guo)與(yu)單(dan)片(pian)機接口(kou)采(cai)樣A/D轉換的信(xin)號(hao)，並(bing)根(gen)據此數值(zhi)與(yu)給(gei)定(ding)參數比較(jiao)的差值(zhi)進(jin)行PID參數整(zheng)定(ding)，生成占空(kong)比(bi)可變的脈沖(chong)功(gong)率(lv)開關(guan)管。如下圖5所示(shi)：
    

圖5 數字系統(tong)組(zu)成

　　在(zai)PWM反(fan)饋(kui)模(mo)式(shi)的基(ji)本工(gong)作原理是(shi)在(zai)輸入電(dian)壓、內(nei)部(bu)參數或外(wai)接(jie)負(fu)載(zai)變化(hua)的情況下(xia)，電路(lu)通(tong)過(guo)被(bei)信(xin)號(hao)與(yu)基(ji)準信(xin)號(hao)的差值(zhi)進(jin)行閉環(huan)反(fan)饋(kui)，調節(jie)主電路(lu)開(kai)關(guan)器(qi)件的導(dao)通(tong)脈沖(chong)寬度，使(shi)得逆(ni)變電源(yuan)的輸出(chu)電(dian)流(liu)恒定。在此系統(tong)應用中PWM的開關(guan)頻率(lv)為恒定值(zhi)，采(cai)樣信(xin)號(hao)有(you)輸出(chu)電(dian)壓(ya)、輸出(chu)電(dian)流(liu)等(deng)等(deng)。

　　本系統(tong)采(cai)用(yong)瞬時值(zhi)反(fan)饋(kui)的數字PID，算法(fa)簡(jian)單(dan)可靠(kao)，系統(tong)的魯棒(bang)好，輸出(chu)波(bo)形(xing)既(ji)能(neng)動(dong)態(tai)能(neng)又可以(yi)兼顧(gu)穩(wen)態(tai)能(neng)。本系統(tong)的參數為輸出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)，的好壞以及(ji)輸出(chu)特(te)的與(yu)否(fou)在很(hen)大(da)程度上取(qu)決於(yu)輸出(chu)反(fan)饋(kui)參數的，傳感(gan)器(qi)在主(zhu)回路(lu)中安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)如圖6所示(shi)：
  

 

圖6 傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)

　　本系統(tong)要(yao)實現(xian)恒流特(te)，需要(yao)進(jin)行恒值(zhi)來(lai)實現(xian)，因而必(bi)須(xu)設(she)計(ji)好、采(cai)樣速度快(kuai)的恒值(zhi)反(fan)饋(kui)采(cai)樣電路，尤其(qi)是選用(yong)以(yi)及(ji)穩(wen)定很(hen)的電流(liu)傳(chuan)感器(qi)。而霍爾(er)傳感(gan)器(qi)則是(shi)這種(zhong)需求的*選擇(ze)。線(xian)霍爾(er)傳感(gan)器(qi)般由(you)霍爾(er)元件、差分放大(da)器(qi)和(he)射(she)跟(gen)隨(sui)器(qi)組(zu)成，其(qi)體(ti)積(ji)小(xiao)、外(wai)圍(wei)電(dian)路簡(jian)單(dan)、頻(pin)帶(dai)寬、動態(tai)特(te)好、壽(shou)命(ming)長有(you)很(hen)的靈敏(min)度和(he)的線度(du)，並(bing)具有(you)電磁(ci)的功能(neng)而被(bei)應用於(yu)逆(ni)變弧(hu)焊電(dian)源(yuan)中。

　　在(zai)電量(liang)參數測量(liang)領(ling)域內(nei)，作為的萊姆(mu)（LEM）公司(si)的霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)由(you)於(yu)其穩(wen)定可靠(kao)的產品能(neng)成(cheng)為本系統(tong)設(she)計(ji)的。（註(zhu)：此外(wai)由(you)於(yu)本款(kuan)焊接(jie)電(dian)源用於(yu)出(chu)口(kou)德(de)國，德(de)國廠商特(te)別(bie)優先選用LEM傳感(gan)器(qi)）

　　LEM的產品線(xian)豐富，對(dui)於(yu)本設(she)計(ji)zui大(da)輸出(chu)電(dian)流(liu)為200安培，因此在本設(she)計(ji)中可選(xuan)的霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)有(you)如下幾(ji)款(kuan)：

表2 LEM系列電流傳感器(qi)選型(xing)

 

 

圖7閉環(huan)與(yu)開環(huan)電(dian)流(liu)霍爾(er)傳感(gan)器(qi)原理圖

       如圖7所示(shi)，閉環(huan)霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)是用(yong)霍爾(er)器(qi)件作為核心(xin)敏(min)感元件、用於(yu)電流(liu)的模(mo)塊化(hua)產品，其(qi)工(gong)作原理是(shi)霍爾(er)磁(ci)平(ping)衡(heng)式(shi)的（或稱(cheng)霍爾(er)磁(ci)補償式(shi)、霍爾(er)零(ling)磁(ci)通(tong)式(shi)）。當電流流過根(gen)長的直導(dao)線(xian)時，在導(dao)線(xian)周(zhou)圍(wei)產生磁(ci)場(chang)，磁(ci)場(chang)的大(da)小(xiao)與(yu)流過(guo)導(dao)線(xian)的電流(liu)的大(da)小(xiao)成正(zheng)比，這磁(ci)場(chang)可以(yi)通過軟(ruan)磁(ci)材(cai)料來(lai)聚(ju)集(ji)，然(ran)後(hou)用(yong)霍爾(er)器(qi)件進(jin)行，由(you)於(yu)磁(ci)場(chang)的變化(hua)與(yu)霍爾(er)器(qi)件的輸出(chu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)有(you)良(liang)好的線關(guan)系，因此，可以(yi)用測得的輸出(chu)信(xin)號(hao)，直(zhi)接(jie)反(fan)應導(dao)線(xian)中電流(liu)的大(da)小(xiao)。

       考慮到系統(tong)對(dui)霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)的要(yao)求(qiu)，因(yin)此選擇傳感(gan)器(qi)時著(zhe)重(zhong)考(kao)慮閉環(huan)類(lei)型(xing)的霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)，經過(guo)反(fan)復比較(jiao)適用的余下幾款(kuan)傳(chuan)感器(qi)參數，以及(ji)咨(zi)詢LEM公(gong)司(si)的，在能(neng)和(he)價比(bi)之間做了(le)*的折中，zui終(zhong)選定LT208-S7型(xing)的霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)。其具體(ti)能(neng)參數如下：

    原邊額定電(dian)流(liu)值(zhi)I_PN：200A

    原邊電(dian)流(liu)測量(liang)範(fan)圍I_P：0～±300A

    副(fu)邊(bian)額定值(zhi)電(dian)流(liu)為I_S ：100mA

    轉換率(lv)K_N＝N_P ：N_S為：1：2000

    測量(liang)電(dian)阻R_M：0～73歐(ou)姆(mu)（±15供電(dian)）

    總(zong)：±0.5％

    線(xian)度：小(xiao)於(yu)0.1％

    反(fan)應時間：小(xiao)於(yu)500ns

    響(xiang)應時間：小(xiao)於(yu)1us

    d_i/d_t跟(gen)隨(sui)：大(da)於(yu)100A/us

    如常規(gui)電流傳感(gan)器(qi)樣，該傳(chuan)感器(qi)都(dou)有(you)正（+）、負(fu)（-）、測量(liang)端（M）及(ji)地(di)（0）四個管腳， 本設(she)計(ji)中通過(guo)四芯插(cha)座接線至(zhi)PCB板(ban)。
     

 

圖8 系統(tong)中霍爾(er)傳感(gan)器(qi)接線(xian)圖

電(dian)流傳(chuan)感(gan)器(qi)的應用計(ji)算公式(shi)如下：  

N_P×I_P = N_S×I_S  計(ji)算原邊或(huo)副(fu)邊電流；V_M = R_M×I 計算測量(liang)電(dian)壓(ya)；（R_M為采(cai)樣電阻）

V_S = R_S×I_S 計算副邊(bian)電(dian)壓；

V_A = ∆E + V_S + V_M 計算供電(dian)電(dian)壓(ya)。

本設(she)計(ji)中，在給(gei)定(ding)供電(dian)電(dian)壓(ya)V_A的情況下(xia)，計算測量(liang)電(dian)壓(ya)V_M和(he)測(ce)量(liang)電(dian)阻R_M：  

假設(she)：供電(dian)電(dian)壓(ya)VA=±15V  

根據上述(shu)公式(shi)得：  

測量(liang)電(dian)壓(ya)V_M=5V； 

測(ce)量(liang)電(dian)阻R_M=V_M/I_S  =50Ω；  

副邊電流(liu)I_S=0.1A。 

   所以(yi)當我們(men)選用(yong)50Ω的精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)電(dian)阻時（註(zhu)意：測量(liang)電(dian)阻選擇要(yao)考(kao)慮其溫度系數，盡量(liang)選(xuan)擇(ze)溫漂(piao)小(xiao)、的電阻），在傳感器(qi)測量(liang)電(dian)流(liu)值(zhi)達(da)到額定電(dian)流(liu)200A時，其輸出(chu)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)為100mA  ，測量(liang)電(dian)壓(ya)為5V。  因為系統(tong)中采(cai)用(yong)16位(wei)富士(shi)通單(dan)片(pian)機自帶的10位(wei)A/D轉(zhuan)換器(qi)，其采(cai)樣範(fan)圍在(zai)0～5V之(zhi)間，本系統(tong)設(she)計(ji)的zui大(da)輸出(chu)電(dian)流(liu)為200A，因此選用50歐(ou)姆(mu)采(cai)樣電阻適宜於(yu)本設(she)計(ji)。

  為提采(cai)樣，安裝霍爾(er)傳感(gan)器(qi)時我(wo)們(men)著重(zhong)註(zhu)意了(le)以(yi)下(xia)四點(dian)：

1、原邊導(dao)線(xian)應放置(zhi)於(yu)傳感(gan)器(qi)內孔(kong)中心(xin)，盡可能(neng)不(bu)要(yao)放偏(pian)； 

2、原邊導(dao)線(xian)盡可能(neng)填滿傳感器(qi)內孔(kong)，盡量(liang)不(bu)要(yao)留(liu)有(you)空(kong)隙(xi)；  

3、需要(yao)測(ce)量(liang)的電流(liu)對(dui)應於(yu)傳感(gan)器(qi)的額定值(zhi)；

4、為防止幹擾(rao)，在霍爾(er)傳感(gan)器(qi)的供電(dian)電(dian)源(yuan)端和(he)地(di)端單(dan)並(bing)接(jie)只(zhi)0.1uF的退耦(ou)濾(lv)波(bo)電(dian)容。

　　本系統(tong)實驗(yan)波形(xing)是(shi)由(you)泰(tai)克(ke)的TDS5054B示(shi)波器(qi)（帶寬1GHz）測量(liang)的，如下圖9、10、11所示(shi)：其中，圖9中通道(dao)1波(bo)形(xing)為輸出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)，通(tong)道(dao)2波(bo)形(xing)為萊姆(mu)霍爾(er)電流(liu)反(fan)饋(kui)采(cai)樣電阻上的電壓(ya)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)。通(tong)道(dao)1每(mei)格為50安培，通道(dao)2每(mei)格為5伏；由(you)圖9可以(yi)看(kan)出(chu)，在(zai)輸出(chu)電(dian)流(liu)變化(hua)時(shi)萊姆(mu)霍爾(er)電流(liu)采(cai)樣不(bu)但(dan)能(neng)即(ji)時(shi)跟(gen)隨(sui)輸出(chu)變化(hua)，而且(qie)采(cai)樣。在圖10中，同(tong)樣通道(dao)1波(bo)形(xing)為輸出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)，通(tong)道(dao)2波(bo)形(xing)為霍爾(er)電流(liu)反(fan)饋(kui)采(cai)樣電阻上的電壓(ya)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)。通(tong)道(dao)1每(mei)格為50安培，而通(tong)道(dao)2每(mei)格為1伏；由(you)圖10可以(yi)看(kan)出(chu)，通(tong)過(guo)在(zai)寬負載(zai)範(fan)圍中輸出(chu)電(dian)流(liu)變化(hua)大(da)範(fan)圍變化(hua)時(shi)，萊姆(mu)霍爾(er)電流(liu)采(cai)樣能(neng)即(ji)時(shi)跟(gen)隨(sui)輸出(chu)變化(hua)，具有(you)很(hen)好的線度(du)。             

 

圖9 霍爾(er)反(fan)饋(kui)跟(gen)隨(sui)輸出(chu)電(dian)流(liu)變換特(te)

 

 

圖10 寬負載(zai)範(fan)圍內(nei)霍爾(er)反(fan)饋(kui)跟(gen)隨(sui)輸出(chu)特(te)

                         圖11 輸出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)與(yu)霍爾(er)反(fan)饋(kui)采(cai)樣值(zhi)

    在(zai)圖11中，通道(dao)1波(bo)形(xing)同(tong)樣為輸出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)，通(tong)道(dao)2波(bo)形(xing)為霍爾(er)電流(liu)反(fan)饋(kui)采(cai)樣電阻上的電壓(ya)波(bo)形(xing)曲(qu)線(xian)。通(tong)道(dao)1每(mei)格為50安培，而通(tong)道(dao)2每(mei)格為5伏；而由(you)圖11可以(yi)看(kan)出(chu)，在(zai)正(zheng)常(chang)焊接(jie)時(shi)恒定負載(zai)，霍爾(er)電流(liu)采(cai)樣值(zhi)基(ji)本恒定，從(cong)而輸出(chu)的波形(xing)逆(ni)變電源(yuan)恒流特(te)的輸出(chu)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。

本設(she)計(ji)采(cai)用(yong)數字化(hua)的PI和(he)數字化(hua)的PWM調制(zhi)。充(chong)分利(li)用(yong)數字化(hua)PI的優勢，設(she)計(ji)的PI調節(jie)器(qi)參數在中靈活(huo)可變，使(shi)得電源(yuan)在(zai)負載(zai)區(qu)間內均(jun)能(neng)獲(huo)得良(liang)好的能(neng)。數字化(hua)實現(xian)了(le)焊接(jie)過(guo)程信(xin)息實時(shi)提取(qu)處理(li)，而且(qie)對(dui)電(dian)流(liu)輸出(chu)波(bo)形(xing)有(you)很(hen)好的，減(jian)少(shao)飛(fei)濺，提(ti)、焊接(jie)質量(liang)和(he)速(su)度。

在數字化(hua)的主控(kong)系統(tong)中配合數字化(hua)的PWM，就避(bi)免(mian)了(le)D/A轉(zhuan)換環(huan)節(jie)，也提了(le)。另(ling)外(wai)，采(cai)用(yong)FPGA不(bu)可以(yi)實現(xian)數字化(hua)的PWM，還可以(yi)實現(xian)般的數字電路功能(neng)，這就(jiu)大(da)大(da)減(jian)小(xiao)了(le)板(ban)的面積(ji)和(he)外(wai)擴(kuo)元器(qi)件的數量(liang)，同(tong)時(shi)也(ye)使(shi)得系統(tong)的得以提(ti)。

    但(dan)是，從(cong)設(she)計(ji)中也發現(xian)數字式(shi)PWM也(ye)存在不(bu)足，即數字式(shi)PWM以(yi)計數器(qi)當定時器(qi)，因此存在分辨率(lv)的問題，數字式(shi)PWM的定時(shi)器(qi)采(cai)用(yong)數字計數器(qi)，即若(ruo)數字計數器(qi)的位(wei)數為N（即計(ji)數值(zhi)周(zhou)期(qi)為N+1；計數值(zhi)周(zhou)期(qi)不(bu)含(han)時間概念，只有(you)數值(zhi)概(gai)念），則計數脈沖(chong)時(shi)鐘的頻率(lv)即為數字PWM的分辨率(lv)，而數字式(shi)PWM的分辨率(lv)就是(shi)其(qi)占(zhan)空(kong)比(bi)可變化(hua)的zui小(xiao)值(zhi)。用(yong)公(gong)式(shi)表示(shi)為：若計(ji)數器(qi)的計數值(zhi)周(zhou)期(qi)為N+1，則數字PWM的分辨率(lv)為：D=1/（N+1）。模(mo)擬式(shi)時(shi)的PWM理論(lun)上可以(yi)為占空(kong)比(bi)區(qu)間內的任(ren)意值(zhi)，不(bu)存在分辨率(lv)的問題，而數字式(shi)的PWM占空(kong)比(bi)為離散(san)化(hua)的。

　　6結束(shu)語

　　在(zai)本系統(tong)應用中，霍爾(er)電流(liu)傳感器(qi)能(neng)正(zheng)確響(xiang)應被測(ce)量(liang)並(bing)轉(zhuan)換成(cheng)相(xiang)應輸出(chu)量(liang)，對(dui)系統(tong)的質量(liang)起(qi)決(jue)定(ding)作用。電量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)（包(bao)括電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓傳感器(qi)等），在(zai)各(ge)個(ge)領域被(bei)應用於(yu)電流(liu)、電壓測量(liang)。電(dian)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)是安(an)裝(zhuang)在(zai)系統(tong)內部(bu)的核心(xin)部(bu)件，對(dui)整(zheng)個(ge)系統(tong)和(he)設(she)備(bei)的能(neng)與(yu)起著(zhe)至(zhi)關(guan)重要(yao)的作用。

源自(zi)瑞(rui)士(shi)的LEM以電(dian)流(liu)電壓傳(chuan)感器(qi)行業(ye)*及(ji)革新(xin)者(zhe)在業(ye)界(jie)著(zhu)稱，LEM於(yu)2006年1月(yue)開始(shi)對(dui)其(qi)產品提(ti)供5年(nian)質保，這舉(ju)措(cuo)充分彰(zhang)顯了(le)LEM對(dui)其(qi)產品品(pin)質的信(xin)心(xin)。

在(zai)本系統(tong)研發的過程中，萊姆(mu)（LEM）公司(si)周(zhou)到的服務(wu)和(he)完(wan)善(shan)的售後(hou)，以(yi)及(ji)其(qi)快(kuai)捷(jie)的供貨(huo)和(he)的產品能(neng)都(dou)給(gei)我(wo)們(men)留下(xia)了(le)深刻的印象(xiang)，讓我們(men)深深領略了(le)的魅(mei)力(li)。

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