20KA閉環(huán)霍爾電流傳感器在核聚變裝置供電電源系統中的應用

1引 言

尋找和利用新的能源是全球科學(xué)家面臨的共同課題。2006年3月25日，《北京日報》在“中國新聞”欄目中以“人造太陽(yáng)”實(shí)驗裝置成功完成首次工程調試為題，報道了我國核聚變研究領(lǐng)域取得的成就。據報道，由我國自行設計、研究的第一個(gè)全超導托卡馬克EAST（原名HT-7U）核聚變實(shí)驗裝置，日前在合肥科學(xué)島，中國科學(xué)院等離子體物理研究所里成功進(jìn)行了首次工程調試。調試結果表明主機和各分系統的設計和研制是成功的。

圖1 全超導托卡馬克EAST核聚變實(shí)驗裝置

另?yè)蟮?，今?月26日，來(lái)自世界各地的近400名科學(xué)家，在合肥科學(xué)島參觀(guān)了我國自主研制的“人造太陽(yáng)”——全超導托卡馬克EAST核聚變實(shí)驗裝置。

“人造太陽(yáng)”是科學(xué)家門(mén)對有效控制“氫彈爆炸”過(guò)程，讓能量持續穩定輸出的實(shí)驗裝置的一種比喻，因為它可以像太陽(yáng)一樣，為人類(lèi)提供一種無(wú)限、清潔和安全的能源。

閉環(huán)霍爾電流傳感器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳感器）在核聚變裝置供電電源系統中的應用，實(shí)現了對該電源系統輸出電流的隔離測量，即傳感器的輸出信號與電源的輸出電流電氣隔離，有利于傳感器輸出信號調整處理，通過(guò)調整、設定該信號并反饋控制電源系統的輸出電流，使得輸出電流穩定、并連續可調，同時(shí)對輸出電流的過(guò)載起到監控作用，確保提供到核聚變裝置的能量安全、穩定。

2閉環(huán)霍爾傳感器的工作原理

1879年，美國物理學(xué)家Edwin Herbert Hall發(fā)現霍爾效應以來(lái)，霍爾技術(shù)越來(lái)越多的應用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入八十年代，隨著(zhù)元器件工藝技術(shù)的發(fā)展，霍爾器件的性能大大提高，由霍爾器件應用開(kāi)發(fā)的霍爾電流、電壓傳感器的性能也有很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流、電壓傳感器的研制成功，大大的擴展了該項技術(shù)的應用領(lǐng)域。

2.1霍爾效應及霍爾器件

霍爾效應是霍爾技術(shù)應用的理論基礎，當通有小電流的半導體薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)（如圖2），半導體內的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉，使半導體兩側產(chǎn)生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓V_H，

這個(gè)電壓V_H與磁感應強度B及控制電流I_C成正比，經(jīng)過(guò)理論推算有如下等式關(guān)系：

式中：V_H為霍爾電壓；B為磁感應強度；I_C為控制電流；R_H為霍爾系數；d為半導體厚度。

上式中，若保持控制電流I_C不變，在一定條件下，可通過(guò)測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號的聯(lián)系。根據這一關(guān)系式，人們研制了用于測量磁場(chǎng)的半導體器件，即霍爾器件。

圖2 霍爾效應原理