負載電流的測量方法分析

2021-01-15 電子產品世界

引言

電流測量可用於監測許多不同的參數,輸入功率就是其中之一。有許多採樣元件都可用來測量負載電流,但沒有一種元件能夠覆蓋所有應用。每種採樣元件都有其優點和缺點。比如,分流電阻器的功耗會導致系統效率下降,而且電流流過分流電阻器產生的壓降太大不適合低輸出壓的應用。DCR(電感直流阻抗)電流檢測電路的優點是可以無損的遙測開關電源中的電流,但DCR採樣電路的採樣精度取決於外圍參數(R,C)與電感器的匹配精度。霍爾傳感器的優點是能夠無損的遠程測量較大的電流,缺點是易受環境噪聲的影響不容易設計。

總之,對於具體的應用,只有了解每種方法的優點和缺點,才可以充分利用電流檢測領域的最新技術來改進測量精度。

分流電阻器

只要在布局和選擇檢測電阻器時多加注意,即可使用分流電阻器來簡單直接地測量電流。檢測電阻器的額定功率和溫度係數對設計高精度的電流測量系統非常關鍵。由歐姆定律可知,在系統設計中使用檢測電阻器並非難事。其缺點是檢測電阻器會產生壓降,消耗功率,降低了應用的效率。

在選擇感測電阻器阻值時,必須要知道檢測電阻器上的最大壓降和最大電流測量值。

首先,檢測電阻器上的壓降要儘量小,以降低檢測元件的功耗,減少發熱,檢測電阻發熱越少,溫度變化也越小,阻值隨溫度的變化也越小,其全範圍電流檢測的精度和穩定性也會越好。

由於大多數電流檢測應用中,最小和最大電流都是已知的,設計工程師需要選定分流電阻器的最大壓降。比如,假設被測電流是雙向的,最大分流器壓降定為±80mV,最大測量電流為±100A。分流電阻器的阻值可以使用公式1來計算。

公式1,使用歐姆定律來計算分流電阻器阻值

對這個例子來說,分流電阻器阻值Rsense的計算結果為0.8mΩ。表1是其他滿量程電流情況下分流電阻器阻值的列表。

表1,對應滿量程電流值和分流電阻器阻值以及最小額定功率

檢測電阻器的最小額定功率用公式2來計算。

公式2,計算感測電阻器的最小額定功率

如果檢測電阻器的最小額定功率計算結果為8W。一般經驗是選取公式2計算的額定功率的2倍。這樣一來,即使流過分流電阻器的電流偶爾大於其最大電流,感測電阻器也不至於發生故障。實際上,所選擇的檢測電阻器的額定功率與計算結果的比率越大,電阻器在大電流應用中的溫升就越小。

檢測電阻器的溫度係數(TC)會直接影響電流測量的精度。檢測電阻器的環境溫度變化及電阻器的功耗引起的溫度變化都會導致檢測電阻器阻值的變化。不同電流下電阻器溫度變化與電阻器的額定功率成反比。檢測電阻器溫度變化導致的阻值的變化,又會影響系統測量精度的變化。由於溫度升高而造成的電阻器的阻值變化可用公式3來計算。

公式3,計算溫度變化時阻值的變化

ΔTemperature是溫度變化值(單位:攝氏度)。RsenseTC是檢測電阻器的溫度係數。Rsense是感測電阻器在初始溫度下的阻值。

檢測元件阻值的變化與流過電阻器的電流成正比。檢測電阻器的封裝尺寸也可以影響了其溫升。選擇檢測電阻器時還應當考慮感測元件封裝重要參數的熱阻Θja。Θja是指電阻器與電阻器外部環境之間的熱阻。表2列出了常見表貼封裝的熱阻。

表2,表貼電阻器熱阻,引自Vishay應用說明書28844和60122

由表2可以看出,封裝越小,熱阻越大。

例如,阻值為0.8mΩ的檢測電阻器在流過它的電流為50A時會產生2W功耗,其溫度變化可用公式4來計算。

公式4,流過感測電阻器的電流與電阻器的溫度變化之間的關係式

在公式4中,I2*Rsense是分流電阻器耗散的功率。Θja是所選感測電阻器的熱阻。假設檢測電阻器的封裝尺寸是2512,則電阻器的溫度變化計算值為50℃。假設RsenseTC為100ppm/℃,使用公式3計算的阻值變化為4μΩ,4μΩ似乎不是一個很大的變化,但可比較阻值變化與總阻值的比例,流過電阻器的50A電流時,額定阻值變化0.5%,從而導致0.5%電流測量誤差。

由圖1可知,電阻器發熱而導致的電流測量誤差。越小的封裝越容易發熱,而且,越小的封裝能容許發熱功率也越低。在保持較小封裝的情況下,想要增加電阻的額定功率,可以選用較寬封裝。例如,0406封裝的熱阻大約等於1206封裝的熱阻。


圖1。由電阻器自熱造成的電流測量誤差曲線

實際應用中,我們常常難以買到參數合適的分流電阻器,往往要麼是分流電阻器的阻值不存在,要麼是分流電阻器的額定功率太低,為了解決該問題,可以使用並聯兩個或更多分流電阻器的方法來測量電流。

電感直流電阻(DCR)

DCR電流採樣電路是一種無損的採樣電路,其電路板空間也較小。但這種電路需要調試才能準確的採樣,其需要在生產時採取額外的步驟來保證電路的準確工作。另外無源元件的容差也會造成電路間測試精度的不同,如電感的溫度係數及電容的容差都會增加電流採樣的不準確性。總體看來,DCR採樣電路適合於粗略的測量電流,其可以滿足開關電源中無損電流採樣的目的。DCR採樣電路常用於低輸出電壓的應用(在此類應用中,若用電阻器採樣,其壓降會佔輸出電壓很大的百分比)。低輸出電壓通常指低於1.5V的輸出電壓。


相關焦點

  • 電流表測量電流的原理及方法
    打開APP 電流表測量電流的原理及方法 電工之家 發表於 2019-10-27 10:59:16   電流表有數字式的電流和表指針式兩種   數字式的電流表測量電流的原理及方法   數字式的電流表內置了高精度的AD(模數轉換)採樣的晶片,可以精確測量到自身的微小壓降,進而轉換為電流,顯示在顯示屏上。
  • 電路中的電流和測量方法
    電路中的電流和測量方法電荷在導體中有規則的定向移動叫做電流。在平時,導體中的自由電子,由於分子的熱運動而作無規則的運動。這時在導體任一方向上,電子有的跑進,有的跑出,總的合成為零,沒有電流。只有當我們在導體兩端接上電源後,因為電源的正極帶有大量的正電荷(也就是缺少大量電子),而電源負極則多餘大量電子,這樣,電源正極就要吸引導體中的自由電子,而電源負極則是排斥導體中的自由電子,從而導體中的所有自由電子就會受它們的作用力而發生定向的移動,也就是產生了電流。電流通過負載使負載工作,將電能轉換為其他形式能量。電能傳播的速度是每秒鐘三十萬公裡,所以電路中電荷移動幾乎是同時發生的。
  • 電動機 線電流、相電流、零序電流的測量方法
    對於三相電動機功率比較小的電動機,經常接成星形,星形接法就是講電動機的三相繞組線圈的三個線頭或者三相繞組線圈的尾部相連接,這樣在星形的中間就形成了一個O點(零點),另外的三根輸入線U1、V1、W1接380V的電源,此時用鉗形萬用表所測量的電流為這三根線的工作時的電流稱為 相電流。
  • 電流測量方法
    1.測量交流低壓線路上的電流只要把電流表串接在需要測量的電路中即可,不過在測量前要預先估計被測量線路中的電流最大值,以便選檔。
  • 使用萬用表測量電流的方法
    萬用表怎麼測量電流,使用萬用表測量電流的方法:首先要確定被測量對象是交流電還是直流電,然後選擇檔位,先用最高電流檔測量,表筆串接在電路中(直流電錶筆要確定正負極,接錯表筆會反打指針),然後進行測量,根據測量數值,在選擇對應的檔位再進行精確測量
  • 直流電子負載測試方法研究
    直流電子負載性能特性的好壞將直接影響工程質量、性能評價、參數分析、設備驗收、校準結果以及用戶利益,要有針對性能特性的測試方法。但是,目前我國還沒有關於直流電子負載測試方法的標準,而普遍依據的測試方法是根據生產廠商的說明書或用戶協議進行。
  • 三相六開關整流器負載電流觀測的直接功率預測控制方法
    摘要:三相六開關整流器負載電流觀測的直接功率預測控制方法。本發明公開了一種三相整流器負載電流觀測的直接功率預測控制技術,其步驟是:A、通過電流傳感器、電壓傳感器分別測出三相電流、三相電網電壓和直流側電容電壓;B、通過測量的直流電容電壓計算出八種開關組合(000,001,010,100,011,101,110,111)對應的電壓矢量;C、給定的直流電壓通過濾波器後得到本採樣周期的瞬時參考電壓,根據直流側和交流側功率守恆原則獲得有功功率的瞬時參考值,其中有功功率參考值的計算採用觀測器估算負載電流
  • 晶體定標與匹配負載駐波比測量
    晶體定標與匹配負載駐波比測量一、實驗目的1、進一步熟悉掌握三釐米微波測試系統與測量線的使用2、掌握用駐波測量線校準晶體特性的方法。3、測量匹配負載的駐波比。二、實驗內容1、用駐波測量線校準晶體的檢波特性。2、用駐波測量線測量場的分布圖形。3、測量匹配負載的駐波比。
  • 負載電流前饋控制的新方法:設計簡單,適合工程應用
    為解決採用傳統電壓電流雙環控制的電壓源型逆變器在負載投切時輸出電壓波動的問題,新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學)、中國電力科學研究院、國網江蘇省電力有限公司的研究人員曹文遠、韓民曉、謝文強、李蕊、袁棟,在2020年第4期《電工技術學報》上撰文,提出一種基於擾動觀測器的負載電流前饋控制方法
  • 對比6種電流測量方法的優缺點
    首先,是測量「多大」電流在電路中流動,這個信息可以用於DC/DC電源中的電源管理,來判定基本的外圍負載,來實現節能。第二個功能是當電流「過大」或出現故障時,做出判斷。如果電流超過了安全限值,滿足軟體或硬體互鎖條件,就會發出一個信號,把設備關掉,比如電機堵轉或電池中發生短路的情況。因此有必要選擇一種能承受故障過程中極端條件的魯棒性設計的技術。
  • 直流電流傳感器的負載電阻特性
    摘要直流電流傳感器(DCCT)和搭配的交/直流轉換器決定了 加速器操作中電源轉換器的精度。在LHC(大型強子對撞機) 中,精度可以接近10-6 (1 ppm)。在DCCT中,負載電阻起著 將電流轉化為輸出電壓的作用。
  • 阻性負載,感性負載電流計算方法
    簡單來說,有線圈,比如電動機等,有電容,比如變頻器等各種整流電路,這些電路就不是純阻性負載。電動機的線圈是感性負載,電路中的電容是容性負載。在交流電路中,電感和電容是不消耗電能的,它們與電源之間只有能量的交換而沒有能量的消耗。這種能量的交換的規模就叫做無功功率。
  • 電流的測量方法
  • 如何正確計算感性負載浪湧電流的熱溫升
    汽車的控制器控制著各種類型的負載,包括阻性負載、容性負載和感性負載。例如,車燈在車身控制模塊的負載中佔有很大比重。不正確的設計和器件選型會對控制器造成失效,影響產品的質量。本文詳細解釋了燈泡在浪湧電流下的物理模型和仿真模型,進而給出了如何在設計中計算浪湧電流,並驗證在此條件下器件的設計安全。
  • 指針萬用表的使用,測量電阻,三極體好壞判斷,電壓,電流方法
    指針萬用表的使用,測量電阻,電壓,電流方法1.測量電阻值操作方法:短路表筆針調到右邊0位置。如:4·4(刻度)x10K(倍數)=44K2.測量交流電壓,直流電壓萬用表第二條線用來測量交直流電壓,直流電流的值。從左向右讀,交流電壓包括四個擋位,即10V 50V 250V 100V。
  • 電流傳感器的測量方法
    打開APP 電流傳感器的測量方法 發表於 2019-09-05 09:13:09   電流傳感器測量電流的方法   1,原邊導線儘可能完全放滿傳感器內孔,不要留有空隙。
  • 氣壓式高度表的測量誤差分析及修正方法研究
    摘要:分析氣壓式高度表測量原理及產生測量誤差的主要原因,並給出了減小誤差的修正方法,該研究對提高測量高度的精度具有重要的意義。氣壓式高度表是通過感受大氣壓力,指示飛機飛行高度的高度表。正確地測量和選擇飛行高度,對充分發揮飛機性能,減少燃油消耗,節約飛行時間和保證飛行安全具有十分重要的意義。
  • 根據功率特徵阻抗選擇電壓電流接線方法
    現在進行功率測量有了功率計、功率分析儀等更高級的儀器,但是作為基本的測量方法,電流表內外接產生的影響依然存在。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/278510.htm  下圖分別顯示了電流表內接和外接兩種接法。
  • 電力功率測量方法
    從大的方面來看,很多領域都需要功率測量,而且不同領域功率測量的方法是大不相同的。例如在通訊領域,需要測試發射設備(如天線)的發射功率,傳輸功率,接收設備的接收功率等等,這裡的測試信號大多都是射頻信號,是看不見摸不著的,要對其進行功率測量一般需要使用天線接收,接收時需要設置好頻點或頻帶,再進行功率測量。而在電力測試領域,信號頻率較低,一般通過測其電壓、電流、電阻等來計算其功率即可,而且測試這些基礎參數的儀器很多,如萬用表、示波器等等,也可以通過電力測試功率計直接測得。
  • 電流測量技術的方案與設備介紹
    要測量從電池組施加到電路的電流量,可以估算電池壽命。 本文討論了在測量電流時可以使用的技術和設備。這裡解決了微觀(納安)和宏觀(數百安培)需求,可以作為滿足您特定設計需求的起點。 簡單明了 測量電流的最簡單,最直接的方法是使用歐姆定律。如果已知值電阻與負載串聯,則其兩端的電壓將與電流成正比。這意味著高精度電阻應能產生高精度的電流測量。