1. 导言
跟着能源危机的不断加深，电能的运用越来越重要越广泛。为了进步电能的运用功率，习惯环保要求，下降电网及电器设备电能污染，对电能的监测十分重要，而监测电量的HALL传感器更是核心部件。怎么规划出高精度、准确性以及更长运用寿命的HALL传感器，对改善电能职业有着重要的含义和效果。传统的规划办法首要依托规划人员的各自经历进行开发规划，有很大的不确定性，产品质量难以确保。本文针对传统规划中的缺乏，对HALL传感器中的要害磁场要素选用先进的仿真技术进行研讨剖析，结合优异的仿真软件，有用的进步了HALL传感器的多项要害规划参数，大大地进步了产品的规划质量。
2 依据FLUX的传感器磁场仿真剖析
2.1 FLUX电磁场有限元剖析
FLUX是法国CEDRAT公司出品的一款功用强壮的场有限元剖析东西，它能够进行磁场，电场，热场以及它们之间耦合场的仿真剖析，被广泛运用在各种工业范畴。其间的磁场仿真剖析功用更是强壮，供给了一整套的仿真优化计划[1]。
FLUX 的磁场仿真进程如图3所示，软件自身具有自下向上的三维建模功用，一起也能够导入其它三维软件树立的模型。对3D模型的网格织造和区分有多种办法和类型。该软件供给了点元，线元，体元等多种网格单元元素，一起能够依据规划者的关注点不同挑选特定的制作网格办法。不同的运用环境需求不同的磁性资料，HALL传感器对资料的要求比较严厉，为了进步仿真程度，物理特色设置进程中需求装备多项参数以拟合B(H)改变曲线。也能够从现已树立好的资料库中导入到剖析程序。FLUX有强壮而灵敏的客户程序定制功用PyFlux核算机言语，供给从树立模型、网格制作到物理特色鸿沟条件设置的编程功用。规划者能够很灵敏的依据要求编制程序完成特别的功用。
HALL传感器磁路一般作业在线性区域，软件供给了SuperLU线性直接求解器，它是一款免费的、由ANSI/C言语编写的高斯消除算法程序模块，能够求解2D和3D模型。又针对模型的对称和非对称性，FLUX还供给了多种习惯的迭代求解器：CG，BiCG，BiCGStab和GMRES等，别的有相应的求解器参数调整。
为了实在的反映传感器磁场的散布状况，非线性的求解常被用作验证剖析。牛顿-拉普生算法广泛用在非线性的磁场求解，但其收敛性无法得到确保，FLUX运用改善的牛顿-拉普生算法可高效的进行磁场的剖析核算。
为便利对核算成果进行研讨和剖析，软件供给了强壮的后处理功用，对点，线，面，体以及域的各空间向量值都有多种显现处理：切面，栅格，路经，图表等等。2.2 HALL传感器仿真剖析实例
磁补偿式HALL电流传感器的磁路是整个传感器有用作业的要害，其磁芯资料为坡莫合金，特色是磁导率较高而BS饱满较低，当丈量电流IP较大时磁性资料很简单饱满，此刻，传感器的输呈现已不能和原边被测电流成线形联系，乃至严峻失真，构成各项目标超差，给整个电器设备的操控体系供给过错、失真信号，会构成设备的误操作。依照上述的磁剖析办法能够有用防止这种状况呈现，规划出满意运用要求的传感器。下面LEM公司某系列HALL电流传感器为例进行磁路磁场剖析。
LEM公司是世界闻名的跨国公司,是电力电子传感器的前驱和发明者，专业从事电量传感器规划开发及出产。本实例传感器便是LEM公司广泛运用在工业操控范畴、丈量规模为200A的传感器。图2是它磁芯的3D结构图和有限元网格图，其初始规划为矩形等截面积结构，经过磁场剖析，丈量额定值IPN时磁芯部分现已饱满，传感器参数超支。改善后规划为近似矩形变截面积结构如图2-A。
在传感器的磁场散布剖析中，需求相关传感器磁路，因为传感器工艺结构要求，磁芯结构中存在通孔，构成了部分磁回路，与体系主磁路不同，杂乱化了剖析进程，影响剖析成果的实在性。因而，需求对磁芯模型进行磁路切开，如图2-B所示，赤色曲面为切开面。
依据磁芯结构特色，挑选恰当的无限鸿沟体来约束求解区域，如图2-C中的方体。它是代表鸿沟区域，尺度巨细能够依据视觉效果份额设定。网格的区分应依据研讨目标有所不同。关于补偿线圈和被丈量电流导线，FLUX在求解的时分，依照磁势源来核算而不考虑其导线内部磁场散布。这大大优化了核算求解进程(图2-D)。
对该200安培传感器的求解运用线性求解器，核算成果如图3所示，从传感器磁芯体磁场散布色图(图3-A)中，能够知道磁芯体中磁场最大为0.7<0.8T，没有到达饱满满意丈量规模要求。一起FLUX成果后处理供给磁场切面散布色图，图3-B中的X-Y，X-Z切面磁场能够剖析磁体内部及周边磁场散布特色，而HALL器材气隙XYZ方向的磁场散布趋势图(图5-C)能够看出其间磁场十分弱小，验证了HALL器材起着感应零磁通的效果。上述仿真剖析成果彻底和传感器实践实验运用状况符合。
3定论
FLUX软件在磁场剖析方面功用强壮，能够供给多方面的仿真剖析以及成果后处理功用。依据该软件磁仿真剖析有用的处理了传统电流传感器规划中依托经历的低效和缺乏。经过LEM的200安培磁补偿式电流传感器的磁场仿真剖析验证了该仿真流程的有用性，关于进步电流传感器的质量和牢靠性起到了重要的效果，进步了产品规划开发得功率和速度，增强了企业对商场的快速反应力。一起也进步了运用传感器的电器设备的牢靠性，对整个电能运用范畴有着十分重要的含义。
