20KA闭环霍尔电流传感器在核聚变装置供电电源系统中的应用

1引 言

寻找和利用新的能源是全球科学家面临的共同课题。2006年3月25日，《北京日报》在“中国新闻”栏目中以“人造太阳”实验装置成功完成首次工程调试为题，报道了我国核聚变研究领域取得的成就。据报道，由我国自行设计、研究的第一个全超导托卡马克EAST（原名HT-7U）核聚变实验装置，日前在合肥科学岛，中国科学院等离子体物理研究所里成功进行了首次工程调试。调试结果表明主机和各分系统的设计和研制是成功的。

图1 全超导托卡马克EAST核聚变实验装置

另据报道，今年5月26日，来自世界各地的近400名科学家，在合肥科学岛参观了我国自主研制的“人造太阳”——全超导托卡马克EAST核聚变实验装置。

“人造太阳”是科学家门对有效控制“氢弹爆炸”过程，让能量持续稳定输出的实验装置的一种比喻，因为它可以像太阳一样，为人类提供一种无限、清洁和安全的能源。

闭环霍尔电流传感器（以下简称传感器）在核聚变装置供电电源系统中的应用，实现了对该电源系统输出电流的隔离测量，即传感器的输出信号与电源的输出电流电气隔离，有利于传感器输出信号调整处理，通过调整、设定该信号并反馈控制电源系统的输出电流，使得输出电流稳定、并连续可调，同时对输出电流的过载起到监控作用，确保提供到核聚变装置的能量安全、稳定。

2闭环霍尔传感器的工作原理

1879年，美国物理学家Edwin Herbert Hall发现霍尔效应以来，霍尔技术越来越多的应用于工业控制的各个领域。进入八十年代，随着元器件工艺技术的发展，霍尔器件的性能大大提高，由霍尔器件应用开发的霍尔电流、电压传感器的性能也有很大提高，特别是闭环霍尔电流、电压传感器的研制成功，大大的扩展了该项技术的应用领域。

2.1霍尔效应及霍尔器件

霍尔效应是霍尔技术应用的理论基础，当通有小电流的半导体薄片置于磁场中时（如图2），半导体内的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压V_H，

这个电压V_H与磁感应强度B及控制电流I_C成正比，经过理论推算有如下等式关系：

式中：V_H为霍尔电压；B为磁感应强度；I_C为控制电流；R_H为霍尔系数；d为半导体厚度。

上式中，若保持控制电流I_C不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小，由此建立了磁场与电压信号的联系。根据这一关系式，人们研制了用于测量磁场的半导体器件，即霍尔器件。

图2 霍尔效应原理