[发明专利]一种闭环霍尔效应电流传感器仿真方法

摘要

本发明涉及一种闭环霍尔效应电流传感器仿真方法，计算结构矩阵C、K、D和梯度矩阵G这些闭环霍尔效应传感器磁芯相关矩阵系数，建立闭环霍尔效应电流传感器的磁芯电路模型，并获取闭环霍尔效应电流传感器的磁芯网表文件，通过线路网表转换器产生闭环霍尔效应电流传感器的电路网表文件，进而在HSPICE软件中输入闭环霍尔效应电流传感器的磁芯网表文件和电路网表文件并进行运算，仿真分析闭环霍尔效应电流传感器。本发明的闭环霍尔效应电流传感器仿真方法，更准确综合反映磁芯结构、气隙位置等因素的影响，未知量少，仿真过程更容易收敛。

主权项

1.一种闭环霍尔效应电流传感器仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、计算闭环霍尔效应传感器磁芯相关矩阵系数；根据矩量法，磁芯及气隙区域可描述为：其中为总磁势为铁芯内磁矩产生的磁势，为被测电流和螺线管电流的磁势，和分别为被测电流和螺线管电流产生的磁场，表示从零点到场点的路径积分微元；根据毕奥萨伐尔定律，求出被测电流和螺线管电流产生的磁场，可得：其中为被测电流的方向，为螺线管电流的方向，dV'电流线圈的体积微元，V_s/R_s为反馈电流，V_s为反馈线圈电阻R_s的电压,S_p为被测电流导线截面积，S_s反馈电流区域与电流方向垂直的截面积；剖分磁芯，离散公式(1)，可得如下矩阵方程：矩阵的矩阵元素可以表示如下：任意点磁标势由单元形函数α和节点磁势近似描述，对磁势微分，可得j单元的平均磁场其中αk为单元的形函数，Ve表示第j个单元体积，ek表示第j个单元上的节点，霍尔元件电压经过处理电路，最终输出电压Vf驱动反馈螺线管线圈和测量电阻Rm，因此，其中Rs为反馈螺线管线圈电阻，φ为线圈磁通，Ns线圈匝数；螺线管线圈磁通与螺线管线圈内部的磁感应强度B成正比，对螺线管线圈内磁芯单元磁感应强度相加，因此公式(11)的离散表示为：其中，l为螺线管线圈长度，V_i为螺线管内磁芯单元体积，为螺线管线圈切向方向矢量；根据公式(6)‑(11)和磁芯材料曲线M(H)，可知C、K只与只与磁芯结构和四面体离散状况、线圈位置有关，D矩阵只与磁芯结构和四面体离散状况有关，G矩阵是对基函数进行梯度运算的梯度矩阵，T为只与磁芯结构相关的系数；在磁芯与电路的联合仿真中，随着电流的变化，结构矩阵C、K、D和梯度矩阵G不变，结构矩阵C、K、D和梯度矩阵G只与磁芯结构有关，结构矩阵C、K、D和梯度矩阵G只需计算一次；S2、根据S1中的公式建立闭环霍尔效应电流传感器的磁芯电路模型；S3、建立闭环霍尔效应电流传感器的电路与S2中生成的磁芯电路模型进行闭环霍尔效应电流传感器的电路和磁路联合仿真分析。