電流測量是電力電子的一個組成部分。電源設計人員、電池管理系統(tǒng)和電動驅動器通常需要準確測量電流。電流傳感器(不要與電流互感器混淆)可以測量直流和交流。電流傳感器通常基于閉環(huán)霍爾效應或閉環(huán)磁通門技術。通常，無論電源電壓如何，電源要求都低于 30 mA。電流隔離是驅動電流傳感器選擇的關鍵特性。電流傳感器的初級和次級電路通過磁鐵彼此電氣隔離。這允許較高的初級電位 (480 V)，而次級是較低的控制電壓 (±15 V 或 5 V)。
測量技術
電流傳感器可以是開環(huán)或閉環(huán)。強度信息被轉換成與初級電流成比例的輸出電壓或電流。開發(fā)的第一個電流傳感器是開環(huán)霍爾效應設計，包括磁路、霍爾元件和放大器。開環(huán)電流傳感器通常是電池供電電路的首選，因為它們的功率要求低且尺寸小。
閉環(huán)傳感器在輸出端增加了一個次級繞組。該次級繞組以這樣的方式纏繞在磁路周圍，即次級電流產生與初級電流產生的磁場相反的磁場。閉環(huán)的優(yōu)點是幾乎沒有寄生電流，并且不受增益隨溫度和更高帶寬變化的影響。如此描述的模型提供了一個與輸入電流成比例的電流源，其增益由次級繞組上的匝數決定。閉環(huán)傳感器提供良好的電氣絕緣，在高精度至關重要時是最佳選擇。它們提供快速響應、高線性度和低溫漂。
閉環(huán)磁通門測量技術通過磁通門檢測器(位于磁路空白空間中的繞組)基本上消除了霍爾效應。方波電壓對磁通門磁芯施加壓力。測量感應電流，當電流達到一定閾值時，方波周期發(fā)生變化。方波的占空比與初級電流成正比。磁通門技術是數字技術，具有內部時鐘，可以表現為時鐘噪聲。然而，噪聲遠高于換能器帶寬。與基于霍爾效應的器件相比，磁通門傳感器具有較低的初始偏移，并且隨著溫度的變化表現出較低的偏移漂移。
開路與閉路檢測的選擇歸結為所需的精度和響應時間。對于需要高精度的應用，閉環(huán)電流傳感器通常是顯而易見的選擇，因為它消除了非線性靈敏度誤差。閉合電路的快速響應時間對于保護半導體開關是必要的，例如用于控制應用中電流的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 和 MOSFET。
Allegro MicroSystems 憑借其 ACS720 開發(fā)了一種技術，可提供具有小尺寸、高精度和速度的開環(huán)解決方案。ACS720 支持比閉環(huán)解決方案更少的電流，但價格更低，使其成為各種應用的合理選擇。
閉環(huán)布局
Danisense 推出了 DC200IF，這是一款面向工業(yè)和科學應用的高精度和高穩(wěn)定性的 200-A 電流轉換器。該公司表示，其新型電流測量解決方案的性價比使其特別適用于醫(yī)療電源、電池充電器和電機驅動應用。
Danisense 電流傳感器技術基于以磁通門作為磁場檢測器的閉環(huán)系統(tǒng)。由初級電流 (Ip) 產生的環(huán)形磁場被積分器產生的次級補償電流 (Is) 中和。磁通門檢測環(huán)形線圈中的磁場并將其傳送給電子設備。在較高的頻率下，反饋繞組 (Nfb) 檢測環(huán)形線圈中 ppm 級的磁場，并告訴積分器對其進行補償。因此，次級電流 (Is) 與初級電流 (Ip) 成比例，比例為 Np:Ns。
其他關鍵應用包括磁共振設備、粒子加速器中的磁場功率和腎上腺治療設備。DC200IF 具有出色的線性度 (6 ppm)，最大偏移為 5 ppm，相當于 1.5 mA。這些裝置提供直流和交流電流測量，絕對精度為 ±0.1 kHz 至 5 kHz。它們具有低噪聲水平和高抗 EMI 能力。
CERN 團隊在設計電源時使用了 Danisense 換能器，這些電源是加速器鏈的一部分，將光束注入歐洲粒子物理實驗室的大型強子對撞機。CERN 團隊要求的苛刻規(guī)范包括對幾毫特斯拉的磁場抗擾度(可能存在于某些位置)以及寬度帶寬為 1 MHz 的嚴格噪聲控制。
LEM 發(fā)布了 LZSR 系列 PCB 傳感器，用于對標稱 100 A 至 200 A 的 DC、AC 和脈沖電流進行非侵入式和隔離式測量。三款新型號——LZSR 100-P、LZSR 150-P 和 LZSR 200-P——適合需要低偏移漂移的應用。LEM 傳感器(圖 5)基于 LEM ASIC 中的技術，并使用閉環(huán)技術和霍爾效應來包含高達 3 ppm/K 的 VREF 偏移。新的 LZSR 系列在 100、150 和 200 A 的額定電流和 –40°C 至 85°C 的溫度范圍內利用了這些優(yōu)勢。與使用傳統(tǒng)芯片的上一代電流傳感器相比，偏移量最多低 7 倍。
無論是運輸還是工業(yè)應用，控制電力電子系統(tǒng)(如變頻器、牽引變流器、UPS 系統(tǒng)和焊接系統(tǒng))都需要能夠快速準確地檢測和測量電流。由于電流傳感器在不中斷電路的情況下使用磁場來確定導體的電流，因此它們確保了安全的測量過程。
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