20KA閉環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”實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域取得的成就。據報道，由我國自行設計、研究的第一個全超導托卡馬克EAST（原名HT-7U）核聚變實驗裝置，日前在合肥科學島，中國科學院等離子體物理研究所里成功進行了首次工程調試。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核聚變實驗裝置

另據報道，今年5月26日，來自世界各地的近400名科學家，在合肥科學島參觀了我國自主研制的“人造太陽”——全超導托卡馬克EAST核聚變實驗裝置。

“人造太陽”是科學家門對有效控制“氫彈爆炸”過程，讓能量持續穩定輸出的實驗裝置的一種比喻，因為它可以像太陽一樣，為人類提供一種無限、清潔和安全的能源。

閉環霍爾電流傳感器（以下簡稱傳感器）在核聚變裝置供電電源系統中的應用，實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，同時對輸出電流的過載起到監控作用，確保提供到核聚變裝置的能量安全、穩定。

2閉環霍爾傳感器的工作原理

1879年，美國物理學家Edwin Herbert Hall發現霍爾效應以來，霍爾技術越來越多的應用于工業控制的各個領域。進入八十年代，隨著元器件工藝技術的發展，霍爾器件的性能大大提高，由霍爾器件應用開發的霍爾電流、電壓傳感器的性能也有很大提高，特別是閉環霍爾電流、電壓傳感器的研制成功，大大的擴展了該項技術的應用領域。

2.1霍爾效應及霍爾器件

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

這個電壓V_H與磁感應強度B及控制電流I_C成正比，經過理論推算有如下等式關系：

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，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯系。根據這一關系式，人們研制了用于測量磁場的半導體器件，即霍爾器件。

圖2 霍爾效應原理