檢測電流良方有六種,如何決定哪種最適用?

2020-12-06 電子產品世界

　　高精度電流檢測是提高閉環控制系統(即電機驅動器)效率的關鍵。在這篇博客中，筆者總結了不同隔離電流檢測方法的利與弊，並列出了一些採用它們的典型應用。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/282306.htm

　　分流電阻器可用於多種工業應用，並能提供較高的準確度且實現低溫度漂移。但是，它們的使用受限於其自身電阻值引起的功耗。在具有高共模電壓的應用中，分流電阻器需要AMC1200等隔離式放大器或AMC1304L05等隔離式Δ-Σ調製器(適用於性能最高的系統)。AMC1304L05可提供±50mV的低輸入電壓範圍，從而允許您使用更小的電阻分流器卻不會影響性能。

　　

 

　　圖1：AMC1304L05——有效位數和過採樣率

　　羅氏線圈(Rogowski coils)只測量交流電流(AC)並被纏繞在可分配待檢測電流的導體周圍。它們能提供與AC電流的變化率成比例的電壓，因此在用模數轉換器(ADC)進行處理之前需要一個積分器。

　　對應用進行改型翻新時羅氏線圈非常適用，因為該線圈可被安裝在導體周圍，不會中斷電流流動。它們不使用金屬芯子，所以定位的機械公差能影響和限制可實現的準確度。出於同樣的原因，它們不會磁化達飽和點，因此可用於大電流應用。此外，它們的低電感允許在具有高壓擺率的系統中使用。

　　在電流互感器(CT)中，初級AC電流可在磁心內產生一個場。該磁場能感應次級繞組裡成比例的電流。需要一個負載電阻器來將電流轉換為電壓信號以供在ADC中作進一步的處理。

　　CT的準確度取決於設置的機械公差、負載準確度和磁心的溫度漂移。磁心的飽和度可限制CT的動態範圍。另一方面，專門的設計允許您為某個用例量身打造CT。在電網中，CT被廣泛用於檢測電流。

　　存在磁場、直流電流(DC)或AC的情況下，磁阻傳感器可改變自己的電阻。磁阻傳感器體積小巧，通常用於位置和角度感測。對不需要高準確度的小電流應用來說，磁阻傳感器是低成本高效益的備選器件。

　　根據所使用的材料，您可從以下兩種類型的磁阻傳感器中進行選擇：

　　各向異性磁阻(AMR)傳感器使用鐵磁材料(其中磁場會影響電阻)。因為電阻變化很小，所以常用惠斯通電橋(Wheatstone bridges)來感測它。 巨磁阻(GMR)傳感器依靠的是巨磁阻效應 —— 磁場對由鐵磁層和非磁性層相間製成的結構的電阻會產生相當大的影響。不過「天下沒有免費的午餐」 —— 與AMR傳感器相比，該生產工藝更複雜且耗資更多。

　　霍爾效應傳感器可提供與AC或DC磁場成比例的電壓信號。它們存在固有噪聲，並且電壓水平具有很強的溫度依賴性。您可採用巧妙的勵磁法(如那些在DRV411傳感器信號調節集成電路(IC)中所用的方法)來彌補這兩個缺點。

　　霍爾傳感器可用在不需要高準確度水平的開環應用中。為獲得更高的準確度，閉環法是最佳選擇;這些包括霍爾傳感器、具有補償繞組的磁心以及通常採用完整模塊形式的信號調節電路。閉環模塊可用於寬範圍的準確度、電流和成本水平。霍爾效應傳感器的其它例子包括DRV5000系列。

　　與其它電流檢測方法相比，磁通門傳感器可提供最高水平的靈敏度、最寬的動態範圍以及最低噪聲和溫度漂移的性能。外部磁通門傳感器的設計錯綜複雜，需要很低的機械公差;在全世界範圍內只有幾家製造商可提供磁通門傳感器模塊。TI最近宣布推出了DRV421—— 業界首款完全集成的磁通門傳感器，具備所有必需的信號調節功能，適用於閉環DC和AC應用。憑藉磁心和補償線圈，該解決方案允許輕鬆製造高準確度和低電平(洩漏)的電流模塊。

　　表1對本文中描述的所有方法進行了比較。

　　

 

　　表1：電流檢測方法的比較

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