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基于混合磁調(diào)制與自適應(yīng)陷波濾波的MT9221寬頻域電流傳感技術(shù)

磁編碼IC ? 來(lái)源:磁編碼IC ? 作者:磁編碼IC ? 2025-05-22 16:03 ? 次閱讀
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摘要

本文提出一種基于混合磁調(diào)制與自適應(yīng)陷波濾波的MT9221寬頻域電流傳感技術(shù),旨在解決傳統(tǒng)電流傳感器在高頻諧波檢測(cè)與瞬態(tài)擾動(dòng)捕獲中的性能瓶頸。通過(guò)融合開(kāi)環(huán)霍爾效應(yīng)與閉環(huán)磁通門(mén)技術(shù),結(jié)合自適應(yīng)陷波濾波算法,實(shí)現(xiàn)了DC-2MHz寬頻域電流測(cè)量,并在IEC 61000-4-30 Class A級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中驗(yàn)證了其有效性。實(shí)驗(yàn)表明,該方案在工頻諧波抑制、μs級(jí)瞬態(tài)響應(yīng)及多參數(shù)同步監(jiān)測(cè)方面具有顯著優(yōu)勢(shì),為智能電網(wǎng)與高可靠電源系統(tǒng)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。

wKgZO2gu2NeATrjZAAB8_ipk0Dk066.png艾畢勝電子www.abitions.com;MT9221

1. 引言

1.1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)挑戰(zhàn)

隨著新能源并網(wǎng)與電力電子設(shè)備的普及,電網(wǎng)中高頻諧波(>2kHz)與瞬態(tài)擾動(dòng)(<10μs)問(wèn)題日益突出。傳統(tǒng)電流傳感器受限于帶寬(通常<100kHz)與抗干擾能力,難以滿(mǎn)足IEC 61000-4-30 Class A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)暫態(tài)事件捕獲的要求。

1.2 現(xiàn)有技術(shù)局限性

技術(shù)類(lèi)型 典型缺陷 本方案目標(biāo)
開(kāi)環(huán)霍爾傳感器 溫漂>0.1%/℃ <50ppm/℃
閉環(huán)磁通門(mén) 帶寬受限(<500kHz) DC-2MHz (-3dB)
羅氏線圈 低頻特性差(<10Hz失效) DC-2MHz全頻段覆蓋

2. 混合磁調(diào)制技術(shù)原理

2.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

低頻通道(DC-1kHz):采用閉環(huán)磁通門(mén)結(jié)構(gòu),基于零磁通平衡原理,實(shí)現(xiàn)±0.05%非線性度

高頻通道(1kHz-2MHz):使用開(kāi)環(huán)霍爾陣列,通過(guò)納米晶磁芯擴(kuò)展頻響特性

2.2 磁路耦合數(shù)學(xué)模型

{Blow=μ0μrN1Ile+kdIdtBhigh=∑n=14Hn?SHall?e?jωτn{Blow?=le?μ0?μr?N1?I?+kdtdI?Bhigh?=∑n=14?Hn??SHall??e?jωτn??

注:通過(guò)磁導(dǎo)率μ_r動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與多霍爾單元時(shí)延校準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)無(wú)縫頻段拼接

3. 自適應(yīng)陷波濾波算法

3.1 工頻諧波抑制策略

python

def adaptive_notch_filter(signal, fs=2e6): # 實(shí)時(shí)追蹤基波頻率波動(dòng) f0 = estimate_fundamental(signal) # FFT+峰值檢測(cè) Q = 30 # 品質(zhì)因數(shù) b, a = signal.iirnotch(f0, Q, fs) return signal.lfilter(b, a, signal)

實(shí)現(xiàn)50Hz±5Hz波動(dòng)范圍內(nèi)的100dB深度陷波

3.2 瞬態(tài)特征保留優(yōu)化

小波閾值去噪:采用db4小波基進(jìn)行5層分解

動(dòng)態(tài)帶寬控制:在檢測(cè)到di/dt>10^6 A/s時(shí)自動(dòng)關(guān)閉陷波

4. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與性能測(cè)試

4.1 MT9221芯片關(guān)鍵參數(shù)

參數(shù) 指標(biāo)值
測(cè)量范圍 ±50A (可擴(kuò)展至±500A)
帶寬 DC-2MHz (-3dB)
非線性度 <0.1% FS
響應(yīng)時(shí)間 8μs (10%-90%)
工頻抑制比 >100dB

4.2 IEC 61000-4-30 Class A符合性驗(yàn)證

測(cè)試項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn)要求 實(shí)測(cè)結(jié)果
電壓暫降檢測(cè) ΔU≥10%,持續(xù)>10ms 分辨率達(dá)5% ΔU
高頻振蕩捕獲 >50kHz,持續(xù)>3ms 可檢測(cè)2MHz振蕩
三相不平衡度 ≤2% 測(cè)量誤差<0.1%

5. 典型應(yīng)用案例

5.1 智能電網(wǎng)PMU裝置

應(yīng)用場(chǎng)景:220kV變電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

實(shí)施效果

捕獲到2.3MHz開(kāi)關(guān)浪涌(幅值15A,持續(xù)8μs)

電壓暫降定位準(zhǔn)確率提升至99.8%

5.2 數(shù)據(jù)中心UPS系統(tǒng)

挑戰(zhàn)IGBT開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的150kHz共模干擾

解決方案

部署MT9221+自適應(yīng)濾波算法

共模噪聲抑制比從40dB提升至75dB

成效

服務(wù)器供電中斷事件減少92%

PUE值降低0.15

審核編輯 黃宇

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