专利名称：零磁通霍尔大电流传感器的pwm三电平数字控制器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及零磁通霍尔大电流传感器的ー个新型数字式控制器的设计。
背景技术：
ITER电源的直流测试平台和未来的ITER电源之PF电源系统需要量程为45KA的大电流双极性传感器，而目前国内外市场上缺乏此类电流传感器。新型光纤式电流传感器可以测量大电流，不过其测量电流信号的频率响应不高，而且价格昂贵，45KA量程的传感器的价格也在45万人民币左右，ITER电源装置需要很多电流传感器，这个成本是相当高的。市场上的霍尔零磁通霍尔双向电流传感器，其控制器基于模拟电路设计的，传感器在測量电流时，其主输出的晶体管是工作在放大状态，有输出电阻，通过电流时晶体管会
产生热量。电流传感器，有固定的匝比数，測量小电流的情况下，付边的输出电流值一般较小，不必考虑晶体管的功耗。可是在超过20KA大电流情况下，付边补偿线圈的电流就会很大，达到安培量级，这时晶体管的功耗非常大，几十瓦到百瓦都有可能。这么大的管耗在设计散热的时候，仅仅靠风冷就会非常难。另外大电流情况下为了追求更大的补偿电流必须要提高控制器的电压等级，而电压等级的提高会影响互补型推挽功率电路的晶体管元件的选型，所以晶体管的大功耗散热和电压等级的问题直接限制了模拟量控制器在大电流场合下的应用。

发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器。本发明是通过以下技术方案实现的
一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；所述的PWM载波三角形的生成及其调整电路包括一个芯片AP2001和运放一、运放ニ、运放三，所述的芯片AP2001的CT引脚上串接ー电容器，RT引脚上串接ー滑动变阻器，所述电容器和滑动变阻器的另一端均接地，在CT引脚产生的载波信号分别经过一电容器进入所述运放一的同相输入端，ー电阻一端接运放ー的同相输入端，一端接地，运放一的反相输入端接地，在反相输入端和输出端并联ー滑动变阻器，运放ー的电源正、负极分别经过ー电容器接地，运放ー的输出端接所述运放ニ的同相输入端，运放ニ的反相输入端与一滑动变阻器串联，滑动变阻器的两端分别接电源正负极，电源负极和滑动变阻器之间并联ー电容器，运放ニ的输出端接所述运放三的反相输入端，运放三的同相输入端接地，负向载波信号在运放ニ的输出端输出，正向载波信号在运放三的输出端输出，形成大小相等方向相反的双向载波信号；所述的霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路包括一差动放大电路和负反馈PID控制參数电路，所述的差动放大电路的输出端与负反馈PID控制參数电路中的运放四的反相输入端相连，运放四的同相输入端接地，在反相输入端与输出端之间并联一阻抗器；所述的三电平电路包括四个HCPL3120芯片、四个稳压ニ极管、四个晶体管、四个ニ极管、两个电容器和两个有极性电容，晶体管一的漏极接电源正极，晶体管一的源极接晶体管ニ的漏扱，晶体管ニ的源极接晶体管三的漏扱，晶体管三的源极接晶体管四的漏极，晶体管四的漏极接电源负极，稳压ニ极管一、ニ、三、四的负极分别接晶体管一、ニ、三、四的栅极，稳压ニ极管ー的正极接在晶体管一的源极和晶体管ニ的漏极之间，稳压ニ极管ニ的正极接在晶体管ニ的源极和晶体管三的漏极之间，稳压ニ极管三的正极接在晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，稳压ニ极管四的正极接在电源负极上，所述的四个HCPL3120芯片的VO引脚7均接在NC引脚6上，NC引脚1、K引脚3和NC引脚4均接地，HCPL3120芯片一、ニ、三、四的NC引脚6分别与所述晶体管一、ニ、三、四的栅极相连，所述的四个ニ极管构成桥式电路，桥式电路的两个输入端一和二分别接在晶体管一的源极和晶体管ニ的漏极之间、晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，桥式电路的输出端一与一取样电阻串联，取样电阻与一补偿线圈串联，补偿线圈的另一端接在晶体管ニ的源极和晶体管三的漏极之间，在电源正极与桥式电路另ー输出端ニ之间分别并联有ー电容器一和一有极性电容器一，该有极性电容器一的正极接电源正极，负极接桥式电路的输出端ニ，在桥式电路的输出端ニ与电源负极之间分别并联有一电容器ニ和有极性电容器ニ，该有极性电容器ニ的正极接桥式电路的输出端ニ，负极接电源负极，电容器一和ニ经过桥式电路的输出 端二相连接，有极性电容器一的负极和有极性电容器ニ的正极经过桥式电路的输出端二相连，所需的电压从桥式电路的输出端ニ输出；所述的方波信号产生电路包括两个比较器和四个非门电路，所述的运放四的输出端分别接比较器的同相输入端，所述的输出的正向载波信号和负向载波信号分别接比较器ー和ニ的反相输入端，有ー电容器三的一端与比较器一的同相输入端相连，另一端接地，有ー电容器四的一端与比较器ー的反相输入端相连，另一端接地，有ー电容器五的一端与比较器ニ的反相输入端相连，另一端接地，比较器ー的输出端通过电阻一与非门电路ー的输入端相连，有一电阻ニ的一端接在比较器ー的输出端与电阻一之间，电阻ニ的另一端接电源正极，有一二极管五一的正极与一二极管五ニ的负极相连并共同接在电阻一与非门电路ー输入端之间，ニ极管五一的负极接+5V电源，ニ极管五ニ的正极接地，非门电路ー的输出端分别与ー电阻三和非门电路ニ的输入端相连接，电阻三的两端并联一二极管六，ニ极管六的负极接在电阻三与非门电路ー的输出端之间，电阻三与ニ极管六正极相连的一端有方波信号三输出，ー电容器六的一端与ニ极管六的正极和电阻三的交点相连，电容器六的另一端接地；所述非门电路ニ的输出端与电阻四相连接，电阻四与一二极管七相并联，ニ极管七的负极接在非门电路ニ的输出端和电阻四之间，电阻四与ニ极管七的正极相连的一端有方波信号ー输出，有ー电容器七的一端与ニ极管七的正极和电阻四的交点相连，电容器七的另一端接地；所述比较器ニ的输出端通过电阻五与非门电路三的输入端相连，有ー电阻六的一端接在比较器ニ的输出端与电阻五之间，电阻六的另一端接电源正极，有一二极管八一的正极与一二极管八ニ的负极相连并共同接在电阻五与非门电路三输入端之间，ニ极管八一的负极接+5V电源，ニ极管八ニ的正极接地，非门电路三的输出端分别与ー电阻七和非门电路四的输入端相连接，电阻七的两端并联一二极管九，ニ极管九的负极接在电阻七与非门电路三的输出端之间，电阻七与ニ极管九正极相连的一端有方波信号四输出，ー电容器八的一端与ニ极管九的正极和电阻七的交点相连，电容器八的另一端接地；所述非门电路四的输出端与电阻八相连接，电阻八与一二极管十相并联，ニ极管十的负极接在非门电路四的输出端和电阻八之间，电阻八与ニ极管十的正极相连的一端有方波信号ニ输出，有ー电容器九的一端与ニ极管十的正极和电阻八的交点相连，电容器九的另一端接地；所述的方波信号一、ニ、三、四分别进入所述HCPL3120芯片一、ニ、三、四的A引脚2中。
本发明的特征还在于所述的四个晶体管均为绝缘栅双极型晶体管；所述的正向载波信号和负向载波信号的波形均为等腰三角形。本发明的工作原理
I、载波三角形的生成以及调整利用信号发生电路生成PWM的载波，一般是等腰三角形波形，考虑到电流传感器需要一定的频率响应要求，需要控制器需要更高的响应速率，本发明的控制器的载波频率为IOOKHz。本发明的电流传感器是測量双向电流，那么PWM的控制载波也要设计成双向载波电路。2、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数的设计当传感器一次侧有电流信号时，霍尔原件便能感应出电压，利用差分放大电路对霍尔电压信号进行采集，并通过负反馈PID控制參数的调整，输出合适的反馈电压。反馈电压与载波三角波的相交，相交点的时刻就能控制对应的晶体管的通断，从而能给相应的补偿线圈供电，来实现传感器内磁芯的零磁通效果。3、三电平电路的电路结构本发明的主回路结构式基于三电平电路设计，在一次侧正向电流时，通过上述电路的运算，晶体管一、ニ、三相应导通，输出正向电压，补偿线圈产生正向电流，补偿一次侧产生的磁场实现零磁通。在一次侧负向电流时晶体管四、三、ニ相应导通，输出负向电压，补偿线圈产生负向电流，补偿一次侧产生的磁场实现零磁通。4、输出取样补偿电流的測量方法，在补偿回路串入取样电阻，采集取样电压来获得准确的电流值。本发明的优点是本发明设计了双向载波电路，构成了双极性电流传感器；本发明能测量大电流且测量电流信号的频率高，成本低，解决了大电流情况下晶体管的大功耗散热和电压等级提高的影响的问题。


图I为PWM载波三角形的生成以及调整电路。图2为霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路。图3为三电平电路。图4为方波信号的产生电路。图5为本发明传感器测量正向电流信号输出波形。图6为本发明传感器測量负向电流信号输出波形。图7为本发明传感器测量交流50Hz电流示波图。
具体实施例方式一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；所述的PWM载波三角形的生成及其调整电路如图I所示，包括一个芯片AP2001U1和运放ー U2A、运放ニ U2B、运放三U2C，所述的芯片AP2001U1的CT引脚上串接一电容器C1，RT引脚上串接一滑动变阻器WR1，所述电容器Cl和滑动变阻器WRl的另一端均接地，在CT引脚产生的载波信号TR1WAVE分别经过ー电容器C4进入所述运放一 U2A的同相输入端，ー电阻R4s —端接运放ー U2A的同相输入端,一端接地,运放ー U2A的反相输入端接地，在反相输入端和输出端并联ー滑动变阻器RP3，运放ー U2A的电源正、负极分别经过ー电容器C5接地，运放ー U2A的输出端接所述运放ニ U2B的同相输入端，运放ニ U2B的反相输入端与一滑动变阻器RP2串联，滑动变阻器RP2的两端分别接电源正负极，电源负极和滑动变阻器RP2之间并联ー电容器C7，运放ニ U2B的输出端接所述运放三U2C的反相输入端，运放三U2C的同相输入端接地，负向载波信号TRI-在运放ニ U2B的输出端输出，正向载波信号TRI+在运放三U2C的输出端输出，形成大小相等方向相反的双向载波信号；所述的霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路如图2所示，包括ー差动放大电路和负反馈PID控制參数电路，所述的差动放大电路的输出端与负反馈PID控制參数电路中的运放四U4B的反相输入端相连，运放四U4B的同相输入端接地，在反相输入端与输出端之间并 联ー阻抗器Zf，在运放四U4B的输出端输出反馈电压VERR ;所述的三电平电路如图3所示，包括四个HCPL3120芯片诎、价、邯、现、四个稳压ニ极管21、22、23、24、四个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、四个ニ极管D1、D2、D3、D4、两个电容器C14、C15和两个有极性电容E12、E13，晶体管一 Ql的漏极接电源正扱，晶体管一 Ql的源极接晶体管ニ Q2的漏扱，晶体管ニ Q2的源极接晶体管三Q3的漏扱，晶体管三Q3的源极接晶体管四Q4的漏扱，晶体管四Q4的漏极接电源负极，稳压ニ极管ー Z1、ニ Z2、三Z3、四Z4的负极分别接晶体管一 Q1、ニ Q2、三Q3、四Q4的栅极，稳压ニ极管ー Zl的正极接在晶体管一 Ql的源极和晶体管ニ Q2的漏极之间，稳压ニ极管ニ Z2的正极接在晶体管ニ Q2的源极和晶体管三Q3的漏极之间，稳压ニ极管三Z3的正极接在晶体管三Q3的源极和晶体管四Q4的漏极之间，稳压ニ极管四TA的正极接在电源负极上，所述的四个HCPL3120芯片的VO引脚7均接在NC引脚6上，NC引脚1、K引脚3和NC引脚4均接地，HCPL3120芯片ー U6、ニ U7、三U8、四U9的NC引脚6分别与所述晶体管一Ql、ニ Q2、三Q3、四Q4的栅极相连，所述的四个ニ极管DI、D2、D3、D4构成桥式电路，桥式电路的两个输入端一 I和ニ 2分别接在晶体管一 Ql的源极和晶体管ニ Q2的漏极之间、晶体管三Q3的源极和晶体管四Q4的漏极之间，桥式电路的输出端一 3与一取样电阻J5串联，取样电阻J5与ー补偿线圈J4串联，补偿线圈J4的另一端接在晶体管ニ Q2的源极和晶体管三Q3的漏极之间，在电源正极与桥式电路另ー输出端ニ 4之间分别并联有ー电容器一 C14和一有极性电容器一 E12,该有极性电容器一 E12的正极接电源正极,负极接桥式电路的输出端ニ 4,在桥式电路的输出端ニ 4与电源负极之间分别并联有ー电容器ニ C15和有极性电容器ニ E13，该有极性电容器ニ E13的正极接桥式电路的输出端ニ 4，负极接电源负极，电容器一 C14和ニ C15经过桥式电路的输出端ニ 4相连接，有极性电容器一 E12的负极和有极性电容器ニ E13的正极经过桥式电路的输出端ニ 4相连，所需的电压从桥式电路的输出端ニ 4输出；所述的方波信号产生电路4所示，包括两个比较器U5A、U5B和四个非门电路U10A、U10B、U10C、U10D，所述的运放四U4B的输出端分别接比较器U5A、U5B的同相输入端，所述的输出的正向载波信号TRI+和负向载波信号TRI-分别接比较器ー U5A和ニ U5B的反相输入端，有ー电容器三C24的一端与比较器ー U5A的同相输入端相连,另一端接地,有一电容器四C25的一端与比较器ー U5A的反相输入端相连,另一端接地,有ー电容器五C26的一端与比较器ニ U5B的反相输入端相连,另一端接地，比较器ー U5A的输出端通过电阻一R19与非门电路一UlOA的输入端相连，有一电阻ニ R17的一端接在比较器ーUlOA的输出端与电阻ー R19之间，电阻ニ R17的另一端接电源正极，有一二极管五一 D51的正极与一二极管五ニ D52的负极相连并共同接在电阻ー R19与非门电路ー UlOA输入端之间，ニ极管五一D51的负极接+5V电源，ニ极管五ニ D52的正极接地，非门电路一 UlOA的输出端分别与ー电阻三R2s和非门电路ニ UlOC的输入端相连接，电阻三R2s的两端并联一二极管六D6，ニ极管六D6的负极接在电阻三R2s与非门电路一 UlOA的输出端之间，电阻三R2s与ニ极管六D6正极相连的一端有方波信号三PWM3输出，ー电容器六C16的一端与ニ极管六D6的正极和电阻三R2s的交点相连，电容器六C16的另一端接地；所述非门电路ニ UlOC的输出端与电阻四R29相连接，电阻四R29与一二极管七D12相并联，ニ极管七D12的负极接在非门电路ニ UlOC的输出端和电阻四R29之间，电阻四R29与ニ极管七D12的正极相连的一端有方波信号一 PWMl输出，有ー电容器七C17的一端与ニ极管七D12的正极和电阻四R29的交点相连，电容器七C17的另一端接地；所述比较器ニ U5B的输出端通过电阻五R20与非门电路 三UlOB的输入端相连，有一电阻六R18的一端接在比较器ニ U5B的输出端与电阻五之间，电阻六R18的另一端接电源正极，有一二极管八一 D81的正极与一二极管八ニ D82的负极相连并共同接在电阻五R20与非门电路三UlOB输入端之间，ニ极管八一 D81的负极接+5V电源，ニ极管八ニ D82的正极接地，非门电路三UlOB的输出端分别与ー电阻七R30和非门电路四UlOD的输入端相连接，电阻七R30的两端并联一二极管九D7，ニ极管九D7的负极接在电阻七R30与非门电路三UlOB的输出端之间，电阻七R30与ニ极管九D7正极相连的一端有方波信号四PWM4输出，ー电容器八C18的一端与ニ极管九D7的正极和电阻七R30的交点相连，电容器八C18的另一端接地；所述非门电路四UlOD的输出端与电阻八R31相连接，电阻八R31与一二极管十D9相并联，ニ极管十D9的负极接在非门电路四UlOD的输出端和电阻八R31之间，电阻八R31与ニ极管十D9的正极相连的一端有方波信号ニ PWM2输出，有ー电容器九C19的一端与ニ极管十D9的正极和电阻八R31的交点相连，电容器九C19的另一端接地；所述的方波信号一 PWM1、ニ PWM2、三PWM3、四PWM4分别进入所述HCPL3120芯片ー U6、ニ U7、三U8、四U9的A引脚2中。其中所述的四个晶体管均为绝缘栅双极型晶体管；所述的正向载波信号TRI+和负向载波信号TRI-的波形均为等腰三角形。利用PWM载波三角形的生成电路生成PWM的载波信号，将载波信号TR1WAVE传输进调整电路，经过运放一 U2A对载波信号幅值进行放大，运放ニ U2B将放大后的载波进行向上的偏移，两个运放共同作用下，调整出一个负向幅值的载波信号即负向载波信号TRI-，从运放ニ U2B的输出端输出，经过运放三U2C构成的反向电路，将负向载波信号TRI-变成正向载波信号TRI+，从运放三U2C的输出端输出，正向载波信号TRI+和负向载波信号TRI-形成大小相等方向相反的双向载波信号；传感器工作时,一次侧有电流II，在传感器的磁芯中会有磁通，霍尔元件就会感应出相对应的电压值，利用差分放大电路对霍尔电压信号VHALL+和VHALL-进行采集，并通过负反馈PID控制參数的调整，输出合适的反馈电压VERR ;将生成的载波信号和反馈电压VERR通入方波信号的产生电路中，载波信号与反馈电压VERR相交,相交点控制方波信号的产生电路产生四种不同的方波信号,将四种方波信号分别通入三电平电路来控制四个晶体管的通断，假设反馈电压VERR是正向吋，TRI+是正向载波，经过比较器ー U5A的比较后，输出就是正反幅值为15V的方波信号，经过非门电路UlOA和UlOC对方波的整形处理，便会输出0-5V的方波信号PWMl、PWM3，这就是所谓的PWM控制信号，PWM信号能控制三电平主回路的晶体管Ql Q4的导通和截止，高电平5V导通，低电平OV截止。同时对应的比较器ニ U5B也会产生方波信号PWM2、PWM4。在测量正向电流时PWM信号控制晶体管Ql、Q2、Q3相应导通，向补偿线圈J4输出正向电压，补偿线圈J4产生正向电流产生与一次侧相反的磁场以抵消原磁场，实现零磁通。同时电流流过取样电阻J5，通过采集电压降，获得二次电流值12。传感器内磁芯的零磁通效果，通过磁势方程，原付边的匝数已知N1=1，N2=6000，那么只要測量出付边的12补偿电流的大小，就能知道一次侧电流的大小。这就是零磁通霍尔大电流传感器的简单工作原理。一次侧负向电流时，晶体管Q4、Q3、Q2相应导通,输出负向电压,补偿线圈产生负向电流抵消原磁场,这就是双极性电流传感器的工作原理。如图5所示，传感器測量正向电流信号输出波形，具体数值如下表 名称 I游标I I游标I差值 Ch35(V) -12.93m 4.431 -4.444 X 轴 り1:18. 592 101:18.836 [ 244. 3ms
可知 N2=6000，12=4. 444A，那么被测电流 11=4. 444*6000/l=26664A。如图6所示，本发明传感器测量负向电流信号输出波形，具体数值如下表
名称 I游标I I游标2 I差值Ch35(V) 5.303m —5.171 5. 176X 轴 1=2. 632s I= 2. 860s 228. Ims
可知N2=6000，测量负向电流吋，12=-5. 176A，那么被测电流
11=-5. 176*6000/1=31056A。如图7所示，传感器测量交流50Hz电流示波图，CHl是原边输出的电流峰值Il=IOA(泰克公司电流探头，IOOmV—〉1A)，原边匝数为857匝，付边的输出峰值I2=1.46V/1Q=1.46A,付边匝数为6000匝。原边磁势I1N1=857*10=8570，付边磁势I2N2=1. 46*6000=8760，原付边磁势基本相等。这是等效大电流交流源的测试方法，磁路上
存在一定的误差，结果也有误差。
权利要求
1.一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，其特征在于包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；所述的PWM载波三角形的生成及其调整电路包括一个芯片AP2001和运放一、运放ニ、运放三，所述的芯片AP2001的CT引脚上串接ー电容器，RT引脚上串接一滑动变阻器，所述电容器和滑动变阻器的另一端均接地，在CT引脚产生的载波信号分别经过ー电容器进入所述运放一的同相输入端，ー电阻一端接运放ー的同相输入端，一端接地，运放ー的反相输入端接地，在反相输入端和输出端并联ー滑动变阻器，运放ー的电源正、负极分别经过ー电容器接地，运放ー的输出端接所述运放ニ的同相输入端，运放ニ的反相输入端与一滑动变阻器串联，滑动变阻器的两端分别接电源正负极，电源负极和滑动变阻器之间并联ー电容器，运放ニ的输出端接所述运放三的反相输入端，运放三的同相输入端接地，负向载波信号在运放ニ的输出端输出，正向载波信号在运放三的输出端输出，形成大小相等方向相反的双向载波信号；所述的霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制參数电路包括一差动放大电路和负反馈PID控制參数电路,所述的差动放大电路的输出端与负反馈PID控制參数电路中的运放四的反相输入端相连，运放四的同相输入端接地，在反相输入端与输出端之间并联一阻抗器；所述的三电平电路包括四个HCPL3120芯片、四个 稳压ニ极管、四个晶体管、四个ニ极管、两个电容器和两个有极性电容，晶体管一的漏极接电源正扱，晶体管一的源极接晶体管ニ的漏扱，晶体管ニ的源极接晶体管三的漏扱，晶体管三的源极接晶体管四的漏极，晶体管四的漏极接电源负极，稳压ニ极管一、ニ、三、四的负极分别接晶体管一、ニ、三、四的栅极，稳压ニ极管ー的正极接在晶体管一的源极和晶体管ニ的漏极之间，稳压ニ极管ニ的正极接在晶体管ニ的源极和晶体管三的漏极之间，稳压ニ极管三的正极接在晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，稳压ニ极管四的正极接在电源负极上，所述的四个HCPL3120芯片的VO引脚7均接在NC引脚6上，NC引脚I、K引脚3和NC引脚4均接地，HCPL3120芯片一、ニ、三、四的NC引脚6分别与所述晶体管一、ニ、三、四的栅极相连，所述的四个ニ极管构成桥式电路，桥式电路的两个输入端一和二分别接在晶体管一的源极和晶体管ニ的漏极之间、晶体管三的源极和晶体管四的漏极之间，桥式电路的输出端一与一取样电阻串联，取样电阻与一补偿线圈串联，补偿线圈的另一端接在晶体管ニ的源极和晶体管三的漏极之间，在电源正极与桥式电路另ー输出端ニ之间分别并联有一电容器一和一有极性电容器一，该有极性电容器一的正极接电源正极，负极接桥式电路的输出端ニ，在桥式电路的输出端ニ与电源负极之间分别并联有ー电容器ニ和有极性电容器ニ，该有极性电容器ニ的正极接桥式电路的输出端ニ，负极接电源负极，电容器一和ニ经过桥式电路的输出端二相连接，有极性电容器一的负极和有极性电容器ニ的正极经过桥式电路的输出端二相连，所需的电压从桥式电路的输出端ニ输出；所述的方波信号产生电路包括两个比较器和四个非门电路，所述的运放四的输出端分别接比较器的同相输入端，所述的输出的正向载波信号和负向载波信号分别接比较器ー和ニ的反相输入端，有ー电容器三的一端与比较器ー的同相输入端相连,另一端接地，有ー电容器四的一端与比较器ー的反相输入端相连，另一端接地，有ー电容器五的一端与比较器ニ的反相输入端相连，另ー端接地，比较器ー的输出端通过电阻一与非门电路ー的输入端相连，有一电阻ニ的一端接在比较器ー的输出端与电阻一之间，电阻ニ的另一端接电源正极，有一二极管五一的正极与一二极管五ニ的负极相连并共同接在电阻一与非门电路ー输入端之间，ニ极管五一的负极接+5V电源，ニ极管五ニ的正极接地，非门电路ー的输出端分别与ー电阻三和非门电路ニ的输入端相连接，电阻三的两端并联一二极管六，ニ极管六的负极接在电阻三与非门电路ー的输出端之间，电阻三与ニ极管六正极相连的一端有方波信号三输出，ー电容器六的一端与ニ极管六的正极和电阻三的交点相连，电容器六的另一端接地；所述非门电路ニ的输出端与电阻四相连接，电阻四与一二极管七相并联，ニ极管七的负极接在非门电路ニ的输出端和电阻四之间，电阻四与ニ极管七的正极相连的一端有方波信号ー输出，有一电容器七的一端与ニ极管七的正极和电阻四的交点相连，电容器七的另一端接地；所述比较器ニ的输出端通过电阻五与非门电路三的输入端相连，有一电阻六的一端接在比较器ニ的输出端与电阻五之间，电阻六的另一端接电源正极，有一二极管八一的正极与一二极管八ニ的负极相连并共同接在电阻五与非门电路三输入端之间，ニ极管八一的负极接+5V电源，ニ极管八ニ的正极接地，非门电路三的输出端分别与ー电阻七和非门电路四的输入端相连接，电阻七的两端并联一二极管九，ニ极管九的负极接在电阻七与非门电路三的输出端之间，电阻七与ニ极管九正极相连的一端有方波信号四输出，ー电容器八的一端与ニ极管九的正极和电阻七的交点相连，电容器八的另一端接地；所述非门电路四的输出端与电阻八相连接，电阻八与一二极管十相并联，ニ极管十的负极接在非门电路四的输出端和电阻八之间，电阻八与ニ极管十的正极相连的一端有方波信号ニ输出，有ー电容器九的一端与ニ极管十的正极和电阻八的交点相连，电容器九的另一端接地；所述的方波信号一、ニ、三、四 分别进入所述HCPL3120芯片一、ニ、三、四的A引脚2中。
2.根据权利要求I所述的零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，其特征在于所述的四个晶体管均为绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求I所述的零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，其特征在干所述的正向载波信号和负向载波信号的波形均为等腰三角形。
全文摘要
本发明公开了一种零磁通霍尔大电流传感器的PWM三电平数字控制器，包括有PWM载波三角形的生成及其调整电路、霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路、三电平电路和方波信号的产生电路；利用PWM载波三角形的生成及其调整电路生成正向载波信号和负向载波信号，霍尔片信号的采集以及负反馈PID控制参数电路利用差分放大电路对霍尔电压信号进行采集，并通过负反馈PID控制参数的调整，输出合适的反馈电压，反馈电压与载波信号相交，相交点的时刻控制生成不同的方波信号，方波信号控制三电平电路中的四个晶体管的通断，输出电压，补偿线圈产生电流，测出电流值。本发明能测量大电流且测量电流信号的频率高，成本低，解决了大电流情况下晶体管的大功耗散热和电压等级提高的影响的问题。
文档编号G01R15/20GK102854373SQ20121012518
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者王林森, 王付胜 申请人:中国科学院等离子体物理研究所