PL215718B1 - Układ wzmacniacza przetwornika hallotronowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wzmacniacza przetwornika hallotronowego zwłaszcza do zabezpieczeń ziemnozwarciowych kierunkowych.

Przetwornik hallotronowy jest to układ do pomiaru pola magnetycznego zawierający czujnik Halla. Czujnik Halla jest przyrządem półprzewodnikowym o czterech zaciskach, w którym napięcie na dwóch zaciskach wyjściowych, zwane napięciem Halla, jest proporcjonalne do iloczynu prądu polaryzującego przepływającego przez strukturę półprzewodnikową umieszczoną między zaciskami wejściowymi i natężenia indukcji magnetycznej w kierunku prostopadłym do struktury półprzewodnikowej.

W układach przetworników hallotronowych zawierających czujnik Halla, wykorzystywanych do zabezpieczeń ziemnozwarciowych kierunkowych, prąd polaryzujący czujnik jest proporcjonalny do napięcia kolejności zerowej, U0, natomiast pole magnetyczne, w którym umieszczony jest czujnik Halla jest proporcjonalne do prądu kolejności zerowej, I0. Napięcie wyjściowe czujnika Halla w tym wypadku jest proporcjonalne do iloczynu U0 i I0 i zawiera składową stałą proporcjonalną do kąta przesunięcia fazowego między U0 i I0. Znak składowej stałej mówi o kierunku przepływu prądu I0 co pozwala zlokalizować miejsce zwarcia. W układach przetworników hallotronowych do zabezpieczeń kierunkowych napięcie wyjściowe czujnika Halla posiada dodatkową niepożądaną składową zmienną, wynikającą z asymetrii czujnika Halla, wywołaną zmiennym napięciem polaryzującym i niezwiązaną z prądem I0. W przypadku wykrywania zwarć doziemnych przez dużą rezystancję, składowa niepożądana wynikająca z asymetrii czujnika HaIIa ma większą amplitudę od składowej związanej z prądem I0.

Znane dotychczas układy wzmacniaczy napięcia wyjściowego czujnika Halla stosowane w przetwornikach hallotronowych składały się ze wzmacniacza różnicowego oraz kilku kolejnych stopni wzmacniających.

Znany jest z japońskiego opisu patentowego JPS 59230485 układ elektroniczny stało-prędkościowej regulacji silnika, w którym wyjście wzmacniacza napięcia polaryzującego jest połączone przez pierwszy rezystor z wejściem polaryzującym czujnika Halla, którego drugie wejście polaryzujące jest połączone z masą a wyjścia czujnika Halla są połączone z wejściami wzmacniacza różnicowego.

Z amerykańskiego opisu patentowego US5612618 znany jest układ elektroniczny detekcji położenia wirnika, w którym jedne wejścia polaryzujące czujników Halla połączone są ze źródłem napięcia zasilającego, a drugie wejścia polaryzujące czujników Halla są połączone z masą, zaś wyjścia czujników Halla są połączone z wejściami wzmacniaczy różnicowych.

Rozwiązania znane z przytoczonych wyżej opisów patentowych nie usuwają niekorzystnej cechy polegającej na tym, że wzmocnieniu ulega w równym stopniu składowa związana z asymetrią czujnika Halla jak i składowa pomiarowa związana na przykład z prądem kolejności zerowej I0. Ogranicza to w sposób istotny dynamikę oraz czułość pomiaru kąta przesunięcia fazowego między U0 i I0.

Układ według wynalazku zawiera wzmacniacz różnicowy napięcia wyjściowego czujnika Halla, wzmacniacz napięcia polaryzującego czujnik Halla oraz wzmacniacz odwracający. Wyjście wzmacniacza napięcia polaryzującego czujnik Halla jest połączone przez pierwszy rezystor z wejściem polaryzującym czujnika Halla, którego drugie wejście polaryzujące jest połączone z masą. Wyjścia czujnika Halla są połączone z wejściami wzmacniacza różnicowego, którego wyjście jest połączone przez trzeci rezystor z wejściem odwracającym wzmacniacza odwracającego. To samo wejście odwracające wzmacniacza odwracającego jest połączone przez czwarty rezystor z jego wyjściem oraz przez drugi rezystor z wyjściem wzmacniacza napięcia polaryzującego czujnik Halla.

Drugi rezystor jest tak dobrany, że prąd płynący przez niego kompensuje prąd wywołany niepożądaną składową na wyjściu wzmacniacza różnicowego spowodowaną asymetrią czujnika Halla. Brak symetrii czujnika Halla sprawia, że napięcie podawane przez pierwszy rezystor na czujnik, proporcjonalne do U0, powoduje pojawienie się na końcówkach wyjściowych czujnika dodatkowego napięcia zmiennego k-U0, gdzie k jest liczbą rzeczywistą zależną od stopnia asymetrii czujnika. Napięcie to zostaje wzmocnione przez wzmacniacz różnicowy a następnie przez wzmacniacz odwracający w stosunku R4/R3. Aby napięcie to zostało skompensowane, wartość drugiego rezystora powinna być równa ilorazowi R3/k.

Podstawową zaletą układu jest kompensacja po pierwszym stopniu wzmacniającym napięcia związanego z asymetrią czujnika Halla. Dzięki temu w kolejnych stopniach wzmacniacza wzmocnieniu ulega napięcie czujnika Halla proporcjonalne do iloczynu U0 i I0.

Układ według wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku stanowiącym schemat blokowy układu wzmacniacza przetwornika hallotronowego.

PL 215 718 B1

Wyjście Wy1 wzmacniacza Wz1 napięcia U0 jest połączone prze rezystor R1 z wejściem polaryzującym We1H czujnika Halla H, którego drugie wejście polaryzujące We2H jest połączone z masą. Wyjścia Wy1H oraz Wy2H czujnika Halla H są połączone z wejściami wzmacniacza różnicowego Wz2, którego wyjście Wy2 jest połączone przez rezystor R3 z wejściem odwracającym Wo3 wzmacniacza Wz3. To samo wejście odwracające Wo3 wzmacniacza Wz3 jest połączone przez rezystor R2 z wyjściem Wy1 wzmacniacza Wz1 oraz przez rezystor R4 z wyjściem wzmacniacza Wz3.

Claims (1)

1. Układ wzmacniacza przetwornika hallotronowego zawierający wzmacniacz różn icowy napięcia Halla, wzmacniacz napięcia polaryzującego przetwornik oraz wzmacniacz odwracający, przy czym wyjście (Wy1) wzmacniacza (Wz1) napięcia (U0) polaryzującego przetwornik jest połączone przez rezystor (R1) z wejściem polaryzującym (We1H) czujnika Halla (H), którego drugie wejście polaryzujące (We2H) jest połączone z masą a wyjścia (Wy1H) oraz (Wy2H) czujnika Halla (H) są połączone z wejściami wzmacniacza różnicowego (Wz2), znamienny tym, że wyjście (Wy2) wzmacniacza różnicowego napięcia Halla (Wz2) jest połączone przez rezystor (R3) z wejściem odwracającym (Wo3) wzmacniacza odwracającego (Wz3) i to samo wejście odwracające (Wo3) wzmacniacza odwracającego (Wz3) jest połączone przez rezystor (R2) z wyjściem (Wy1) wzmacniacza (Wz1) napięcia (U0) polaryzującego przetwornik oraz przez rezystor (R4) z wyjściem wzmacniacza odwracającego (Wz3).