電流檢測(cè)方法

1、淺談電流檢測(cè)方式 一、檢測(cè)電阻+運(yùn)放 優(yōu)勢(shì)： 成本低、精度較高、體積小 劣勢(shì)： 溫漂較大，精密電阻的選擇較難，無(wú)隔離效果。 分析： 這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)性，低端檢測(cè)電路易對(duì)地線(xiàn)造成干擾；高端檢測(cè)，電阻與運(yùn)放的選擇要求高。 檢測(cè)電阻，成本低廉的一般精度較低，溫漂大，而如果要選用精度高的，溫漂小的，則需要用到合金電阻，成本將大大提高。運(yùn)放成本低的，鉗位電壓低，而特殊工藝的，則成本上升很多。 二、電流互感器CT/電壓互感器 PT 在變壓器理論中，一、二次電壓比等于匝數(shù)比，電流比為匝數(shù)比的倒數(shù)。而CT和PT就是特殊的變壓器。 基本構(gòu)造上，CT的一次側(cè)匝數(shù)少，二次側(cè)匝數(shù)多，如果二次開(kāi)路，則二

2、次側(cè)電壓很高，會(huì)擊穿繞阻和回路的絕緣，傷及設(shè)備和人身。PT相反，一次側(cè)匝數(shù)多，二次側(cè)匝數(shù)少，如果二次短路，則二次側(cè)電流很大，使回路發(fā)熱，燒毀繞阻及負(fù)載回路電氣。 CT,電流互感器，英文拼寫(xiě)Current Transformer，是將一次側(cè)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過(guò)儀表或繼電器使用的，額定電流為5A或1A的變換設(shè)備。它的工作原理和變壓器相似。也稱(chēng)作TA或LH（舊符號(hào)）工作特點(diǎn)和要求： 1、一次繞組與高壓回路串聯(lián)，只取決于所在高壓回路電流，而與二次負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。 2、二次回路不允許開(kāi)路，否則會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的高電壓，危及人身及設(shè)備安全。 3、CT二次回路必須有一點(diǎn)直接接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產(chǎn)

3、生對(duì)地高電壓，但僅一點(diǎn)接地。 4、變換的準(zhǔn)確性。 PT，電壓互感器，英文拼寫(xiě)Phase voltage Transformers，是將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)檫m合儀表或繼電器使用的額定電壓為100V的變換設(shè)備。電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器相同。也稱(chēng)作TV或YH（舊符號(hào)）。 工作特點(diǎn)和要求： 1、一次繞組與高壓電路并聯(lián)。 2、二次繞組不允許短路（短路電流燒毀PT）,裝有熔斷器。 3、二次繞組有一點(diǎn)直接接地。 4、變換的準(zhǔn)確性 模塊型霍爾電流傳感器 模塊型霍爾電流傳感器分開(kāi)環(huán)模式與閉環(huán)模式。 開(kāi)環(huán)模式又稱(chēng)為直接測(cè)量式霍爾電流傳感器，輸入為電流，輸出為電壓。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果的

4、精度和線(xiàn)性度都較高。可測(cè)直流、交流和各種波形的電流。但它的測(cè)量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場(chǎng)檢測(cè)器，它檢測(cè)的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。電流增大后，磁芯可能達(dá)到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會(huì)隨之升高。這些都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。當(dāng)然，也可采取一些改進(jìn)措施來(lái)降低這些影響，例如選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個(gè)霍爾元件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)等等。 開(kāi)環(huán)模式的結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)下圖 根據(jù)檢測(cè)量程的需求，一般分為以下兩種繞線(xiàn)模式，左圖為小量程的結(jié)構(gòu)圖，右圖為大量程的結(jié)構(gòu)圖。 閉環(huán)模式又稱(chēng)為零磁通模式或磁平衡模式，其輸入與輸出端均為電流信號(hào)。原理見(jiàn)下圖 將霍

5、爾器件的輸出電壓進(jìn)行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個(gè)電流通過(guò)補(bǔ)償線(xiàn)圈，并令補(bǔ)償線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，最終達(dá)到磁平衡。 這個(gè)平衡過(guò)程是自動(dòng)建立的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。建立平衡所需的時(shí)間極短。平衡時(shí)，霍爾器件處于零磁通狀態(tài)。磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度極低（理想狀態(tài)應(yīng)為0），不會(huì)使磁芯飽和，也不會(huì)產(chǎn)生大的磁滯損耗和渦流損耗。恰當(dāng)?shù)剡x擇磁芯材料和線(xiàn)路元件，可做出性能優(yōu)良的零磁通電流傳感器。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的模塊霍爾電流傳感器，一般體積較大，為雙電源供電，價(jià)格較高，閉環(huán)模式的霍爾電流傳感器其性能要比開(kāi)環(huán)模式好，但價(jià)格也比開(kāi)環(huán)模式的貴許多。 四、其他的電流檢測(cè)器件。 除以上介紹的幾種電流檢測(cè)方式外，還有

6、其他幾種測(cè)量方式，分別為： AVAGO的光耦隔離放大器。 TI的電容式隔離放大器 ADI的西格瑪?shù)聽(tīng)査礁綦x放大器。 這三種電流檢測(cè)方式，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，原理是不一樣的，但外圍電路有許多共同點(diǎn)。 三種方式均是通過(guò)檢測(cè)精密電阻兩端的電壓來(lái)判定其被檢測(cè)電流的大小。 原邊與負(fù)邊均需加電源供電。 輸出為差分輸出，需考慮共模抑制比，可做到零基準(zhǔn)電壓。 響應(yīng)時(shí)間與精度差不多，均為us級(jí)，精度界于1%5%。 五、Allegro電流傳感器 介紹完了其他的電流檢測(cè)方式，接下來(lái)，重點(diǎn)介紹一下Allegro的電流傳感器。鄙人代理此條線(xiàn)的產(chǎn)品。 Allegro電流傳感器的共同點(diǎn)： 芯片級(jí)霍爾電流傳感器，串聯(lián)在電流回路中

7、，外圍電路簡(jiǎn)單。 2. 開(kāi)環(huán)模式的霍爾電流傳感器（因體積問(wèn)題，芯片級(jí)霍爾電流傳感器無(wú)法做到閉環(huán)模式。） 3. 可測(cè)交直流電流。 4. 無(wú)需檢測(cè)電阻，內(nèi)置毫歐級(jí)路徑內(nèi)阻。 5. 單電源供電，原邊無(wú)需供電。 6.80120KHz的帶寬，外圍濾波電容可調(diào)整帶寬與噪聲的關(guān)系。 7.輸出加載于0.5Vcc上，非常穩(wěn)定的斬波輸出。 8.us級(jí)響應(yīng)速度，精度在-4085時(shí)小于2% 9.帶抑制干擾的特殊封裝工藝。 10.非常好的一致性與可靠性。年出廠不合格率小于1PPM。 常推的幾顆Allegro霍爾電流傳感器為： ACS712 從ACS712的內(nèi)部框圖與封裝解剖圖可以看出，原邊電流只是從芯片內(nèi)部流過(guò)，與副邊

8、電路并沒(méi)有接觸，原邊與副邊是隔離的，因?yàn)榉庋b小，所以ACS712的隔離電壓為2100V。因?yàn)殡娏鞯牧鬟^(guò)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，霍爾元件根據(jù)磁場(chǎng)感應(yīng)出一個(gè)線(xiàn)性的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的放大、濾波、與斬波電路，輸出一個(gè)電壓信號(hào)。 ACS712根據(jù)尾綴的不一樣，量程分為三個(gè)規(guī)格：5A、20A、30A，溫度等級(jí)均為E級(jí)（-4085）。輸入與輸出在量程范圍內(nèi)為良好的線(xiàn)性關(guān)系，其系數(shù)Sensitivity分別為，185、100、66mV/A。因?yàn)閿夭娐返脑?，其輸出將加載于0.5Vcc上。ACS712的Vcc電源一般建議采用5V。輸出與輸入的關(guān)系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。一般輸出的電壓信號(hào)介于0.5V4.5V之間。 Ip+與Ip-之間流經(jīng)芯片內(nèi)部的那一部份，我們稱(chēng)之為內(nèi)置路徑內(nèi)阻，其阻值為1.2m.當(dāng)大電流流經(jīng)它時(shí)，所產(chǎn)生的功耗很小，如30A滿(mǎn)量程的電流流經(jīng)它時(shí)，產(chǎn)生的功耗為P=30*30*1.2/1000=1.08W。 ACS 712的全溫度范圍的精度為±1.5%。在2585時(shí)，精度特性更好。輸入與輸出之間的響應(yīng)時(shí)間為5us。帶寬為80