摘要：在逆变式弧焊电源中需对电压电流信号进行采集，实现对输出量的闭环控制并对电路进行保护。霍尔电流电压传感器性能优异，将会得到越来越多的应用。

关键词：霍尔元件；电压电流传感器；逆变式弧焊电源

　　在各种电力电子产品如变频器、逆变电源、开关电源、逆变焊机中，常需要对各种电压、电流信号进行采集，实现对输出电量的闭环控制及对设备工作的可靠性保护。近年来，随着新型大功率高速开关器件和单片机、PLC、DSP等数字化芯片在各种电力电子产品中得到广泛的应用，人们对电压电流信号的采集方法也提出了越来越高的要求。基于霍尔原理制成的电流电压传感器以其在各方面表现出来的优点得到了大家的重视，本文仅就该类传感器在逆变式弧焊电源中的应用现状和前景进行分析及阐述。

　　逆变式弧焊电源的工作原理如图1所示。

　　市电经整流滤波由交流电变为一次直流电，PWM逆变器将其变换为20KHZ的交流电，再经整流滤波后得到二次直流电输出为电弧提供能量。

　　在该系统一次直流电环节，电压信号V_DC用来实现对电网欠压、过压、缺相的保护；电流信号I_DC用来实现对由于输出过流、二次整流元件损坏、变压器偏磁过流、一次开关器件桥臂直通等原因的过流保护。

　　电压信号V_DC对于焊机工作而言不是必需的，在国内工业施工和使用环境电网质量较差的情况下，焊机还易出现频繁保护，用户不满意，因此国内许多焊机产品不设该项保护。但据笔者多年的经验，供电问题往往是造成焊机故障的主要原因之一，对一次主电路器件如输入滤波电容、IGBT等危害较大，应予以保护。V_DC可以用电阻降压的方式取得，也可以采用霍尔电压传感器。

　　电流信号I_DC对于焊机工作而言也不是必需的，但由于过流的情况易于出现，且短时即可造成IGBT的损坏，故各焊机厂家都是很重视的。用霍尔电流传感器对一次直流母线电流进行检测是最合理的保护方法，可以防止因为各种原因造成的过流。因为成本的原因，现在常常采取的替代办法是在变压器回路串入电流互感器采集信号，但这种方法不能对逆变器桥臂直通进行保护。各种IGBT驱动模块一般内含过流保护功能，是通过管压降间接检测电流，但其灵敏度较低。

　　在该系统二次直流电环节，电流信号I _O用来实现对焊接电流进行闭环控制并显示；电压信号V_O用来实现对电弧电压的检测，手工电弧焊机据此决定是否输出热引弧电流或推力电流，CO₂气体保护焊机据此完成平特性控制，并通过电子电抗器实现短路过渡状态下电流波形的控制，如图2所示。

　　电流信号I _O和电压信号V_O在逆变式弧焊电源中往往是必需的。以前人们一般采取的方法是用分流器采集输出电流信号，由于其信号很弱，须经运算放大器放大后才能使用；电压信号是把输出电压用电阻分压后直接送入控制电路。这种方法的优点是电路简单，成本低。但由于逆变式弧焊电源的输出开关噪声和电弧噪声都很强，这种直接取得的信号信噪比很低，不能得到较高的控制精度。另外，由于运算放大器存在温漂，故对小电流的判定和准确控制也很困难。高频引弧的氩弧焊机在引弧时会产生强烈干扰，即便经过精心设计，在这种情况下也很难避免干扰造成的影响，严重时还会损坏控制电路元器件。霍尔电压电流传感器由于与焊机输出电路无电的直接联系，因而有很强的抗干扰能力，用于焊机输出反馈是很理想的。

　　常用的霍尔电流传感器分为开环与闭环两种。

　　开环电流传感器的基本工作原理是：被检测电流通过传感器后，该电流产生的磁通集中在传感器内磁环的磁路中，用霍尔元件在磁环开口气隙处进行检测。霍尔元件的输出经过处理，在传感器输出端可得到精确反映原边电流的电压信号。其特点是体积小重量轻、低损耗、测量范围宽、不影响被测电路工作、价格较便宜，但响应速度稍慢。

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