電流測量的原理和產(chǎn)品

1、電流測量的原理和產(chǎn)品 ( 2009/4/2 13:44 )在電路設(shè)計中電流測量應(yīng)用十分普遍，主要領(lǐng)域分為3大類：測量中，電表會用來進行電流的測量；保護中，電流往往與功率形成直接的關(guān)系，如果電流過大代表系統(tǒng)中有短路情況出現(xiàn)而需要保護，因此用到電流測量；控制中，如馬達控制、 HYPERLINK /keyword/%B5%E7%B3%D8 電池充放電等都需要電流測量。 測量電流的的方法一一般分成成直接式式和非直直接式兩兩種。直直接式一一般通過過電阻進進行，根根據(jù)歐姆姆定律電電流的大大小和電電壓成正正比，因因此可以以通過測測量一個個小電阻阻的電壓壓差 得得到所經(jīng)經(jīng)過電流流的大小小。非直直接式測測量一般

2、般通過監(jiān)監(jiān)控電流流產(chǎn)生的的磁場得得到，由由于電流流周圍本本身會產(chǎn)產(chǎn)生磁場場，電流流的大小小和磁場場成正比比，因此此可以通通過測量量磁場的的大小 得到經(jīng)經(jīng)過電流流的大小小。直接接式用于于測量相相對較小小的電流流以及電電壓不高高的情況況，非直直接式不不帶有任任何導電電關(guān)系，因因此可用用于測量量相對較較大的電電流以及及相對較較高的電電壓。非直接式電電流測量量非直接式電電流測量量比較常常用的是是霍爾 HYPERLINK /keyword/%B4%AB%B8%D0%C6%F7 傳傳感器， 通過霍霍爾現(xiàn)象象測出電電流的大大小，輸輸出為模模擬輸出出；另外外一種新新的技術(shù)術(shù)是利用用VACC傳感器器，它是是德國

3、VVacuuumsschmmelzze公司司開發(fā)的的較新的的電流傳傳感器， 與霍爾爾傳感器器不同之之處是TTI與VVAC有有一款專專門的配配套傳感感器芯片片DRVV4011，其系系統(tǒng)框圖圖如圖11所示，輸輸出電流流通過DDRV4401和和積分 HYPERLINK /keyword/%C2%CB%B2%A8%C6%F7 濾濾波器產(chǎn)產(chǎn)生一定定的電流流源作為為反饋達達到磁平平衡，利利用閉環(huán)環(huán)控制保保證整個個鐵氧體體不受飽飽和影響響，從而而保證輸輸出的精精度能夠夠提高。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 直接式電流流測量直接式電流流測量手手段分為為兩類：模擬輸輸出和數(shù)數(shù)字輸

4、出出。模擬輸出直直接電流流測量模擬輸出分分為低壓壓（Loow SSidee）和高高壓（HHighh Siide），數(shù)數(shù)字輸出出可分為為隔離式式和非隔隔離式。低低壓是指指用低壓壓電流傳傳感器進進行電流流測量，高高壓即用用高壓電電流傳感感器進行行電流測測量。直接式電流流測量用用小電阻阻電流傳傳感器，這這一電阻阻有較高高精度與與溫漂特特性的要要求。絕絕對值改改變可以以通過后后面的簡簡單補償償實現(xiàn)，但但是溫度度漂移卻卻不可以以預(yù)測，因因此 補補償相對對比較困困難。對對于電流流傳感器器而言，溫溫漂特性性是最主主要的。如如：1個個電阻RR=1mm，精精度為1%，TTCR=2000pppm/，輸出出電流II

5、=333A， 輸出功功率P=1W。當當最大電電流為445A時時輸出功功率為22W，這這種情況況下溫度度會有所所改變。假假設(shè)溫度度漂移是是75，如果果TCRR=200ppmm/，輸輸出精度度改變?yōu)闉?TCCR=（775）（200ppmm/）（0.00001%/ppmm）=00.155%；如如果是普普通電阻阻，溫漂漂特性達達8000ppmm/，則則有TCCR= （755）（8000pppm/）（00.00001%/pppm）=6%。根根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)精度要要求不同同，可以以選擇不不同溫漂漂特性的的電流傳傳感器。由于通過電電阻之后后輸出為為電壓信信號，該該信號往往往比較較小，需需用 HYPERLINK /

6、keyword/%B7%C5%B4%F3%C6%F7 放大大器放大大。圖22中列出出了幾個個放大器器的基本本特性，假假設(shè)使用用OPAA3500，其溫溫漂特性性為44。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 如果以同樣樣的755溫漂漂加上本本身的偏偏置電壓壓誤差，計計算出8800V的誤誤差幅度度，相比比于455mV，其其誤差為為1.88%。如果電阻本本身200個pppm溫漂漂、誤差差0.115%，放放大器的的誤差遠遠遠大于于電流傳傳感器的的誤差，因因此不能能接收，如如OPAA3355和OPPA3333誤差差大幅

7、度度減 小小到0.02%和0.03%誤差范范圍，相相對而言言，主要要的誤差差來源在在于電阻阻而不是是放大器器，因此此配套電電路必須須選擇本本身誤差差幅度小小于傳感感器的誤誤差幅度度。如果果選擇 OPAA3355，電阻阻本身的的溫度誤誤差遠遠遠大于放放大器本本身的輸輸出誤差差，從而而可以保保證系統(tǒng)統(tǒng)精度能能有所提提高；如如果選擇擇溫度性性能更高高的電阻阻，則可可以保證證電路能能準確放放 大輸輸出信號號。此外還有其其它不同同的誤差差源，如如焊點、PPCB跡跡線、連連接器等等的寄生生特性導導致的誤誤差也會會影響系系統(tǒng)精度度。使用用差分輸輸入方式式可以提提高系統(tǒng)統(tǒng)的整體體精度，排排除寄 生特性性對電路

8、路的影響響。然而而這種精精度的提提高必須須要保證證所用電電阻的匹匹配，如如果單純純選擇分分立器件件很難保保證電阻阻的匹配配性，因因此要把把所有電電阻集成成到一個個芯片中中。如 INAA1322集成了了四個電電阻，既既保證了了電阻之之間的匹匹配性，又又保證了了溫漂特特性一致致。此外外還可以以選擇儀儀表放大大器產(chǎn)品品，直接接把信號號放大，如如INAA3266。以上討論了了電流傳傳感器高高壓和低低壓的差差別，即即利用儀儀表放大大器在低低壓端測測量電流流，利用用差分放放大器內(nèi)內(nèi)在分壓壓的形式式可以做做高壓端端的電流流測量。差分輸入中中會用到到共模電電壓，其其定義是是正負輸輸入端加加起來除除以2。如如果

9、差分分電路電電流通過過電阻流流向地則則整個共共模電壓壓是正，反反之如果果電流從從地流進進差分電電路，則則共模電電壓為負負。圖4中列出出了TII公司用用于電流流測量的的一些產(chǎn)產(chǎn)品，可可以看到到不同的的共模電電壓范圍圍。表中中列出了了高端和和低端最最高最低低電壓承承受范圍圍，最高高可達775V，如如果是單單電源供供電INNA3226，則則只能達達到5VV。此外，TII公司具具有INNA1668/99以及IINA1138/9產(chǎn)品品，可以以用外部部電阻控控制其增增益。IINA119X系系列的共共模范圍圍非常寬寬，使用用較為方方便，由由于 內(nèi)內(nèi)部帶有有緩沖驅(qū)驅(qū)動能力力，因此此外部無無需緩沖沖，但是是IN

10、AA19XX系列增增益是芯芯片內(nèi)部部固定好好的，如如圖5所所示?？煽梢钥吹降?，在增增益部分分INAA19XX系列有有20、 50、1100倍倍增益可可供選擇擇。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 還有一個較較新的IINA2270和和INAA2711產(chǎn)品系系列，其其基本結(jié)結(jié)構(gòu)與IINA119X系系列類似似，唯一一的差別別在于緩緩沖輸出出在芯片片外，用用戶可以以通過在在中間加加以濾波波以減小小噪聲輸輸出。然而，為了了進一步步提高系系統(tǒng)整體體精度，新新產(chǎn)品中中引入了了“零溫溫漂”技技術(shù)。由由于采集集電流時時溫度很很重要，而而電阻本本身會發(fā)發(fā)熱導致致出現(xiàn)溫溫漂，因因此引入入

11、了“零零溫漂”技技術(shù)以達達到進一一步提高高總體精精度的目目的。IINA2209是是基于零零溫漂技技術(shù)的第第一代產(chǎn)產(chǎn)品。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 圖6顯示了了TI的的所有電電流采集集產(chǎn)品，其其中包括括了共模模電壓范范圍和供供電范圍圍?？梢砸钥吹絀INA119X、IINA227X產(chǎn)產(chǎn)品以及及INAA2033-2006產(chǎn)品品都提供供了較寬寬的共模模電壓范范圍，IINA2209是是最新的的“零溫溫漂”雙雙向電流流采集器器。 HTMLCONTROL Forms.HTML:Image.1 數(shù)字輸出直直接電流流測量對于數(shù)字輸輸出電流流采集器器則必定定需要隔隔離或AAD轉(zhuǎn)

12、換換。由于ADSS83661帶有有兩路AAD轉(zhuǎn)換換，可同同時進行行兩路同同步采樣樣，因此此應(yīng)用非非常普遍遍。其前前端有一一個二選選一的開開關(guān)，可可以允許許四路輸輸入，兩兩路ADD對其同同步采樣樣。因為為電流必必須要兩兩路同步步采集以以保證三三相電機機的工作作，因此此同步采采集在電電流測量量中至關(guān)關(guān)重要。除了傳統(tǒng)的的AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換外，TTI還開開發(fā)了一一系列專專門針對對電流采采集應(yīng)用用的ADD轉(zhuǎn)換器器。ADDS1220X系系列是專專門為數(shù)數(shù)字化電電流開發(fā)發(fā)的產(chǎn)品品，針對對不同電電流傳感感 器還還有不同同的產(chǎn)品品系列，如如非接觸觸性的AADS112044/5/8等。這這些產(chǎn)品品不是傳傳統(tǒng)的串串口或并并

13、口的輸輸出，而而是? 輸輸出，它它們利用用?工作原原理完成成AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，其其輸出類類似 HYPERLINK /keyword/PWM PWWM， 但是頻頻率是可可變的，通通過脈沖沖密度形形式進行行AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。AADS112088是針對對霍爾傳傳感器開開發(fā)的產(chǎn)產(chǎn)品，本本身有一一個可編編程電流流源。原原因在于于霍爾傳傳感器需需要有電電流源 驅(qū)動以以進行平平衡使用用，因此此將可編編程電流流源集成成到芯片片中。AADS112055是專門門針對需需要兩路路同步采采集開發(fā)發(fā)的產(chǎn)品品，具有有兩個差差分輸入入，如用用于馬達達控制。 ADSS12004具有有四路差差分輸入入，不僅僅可以監(jiān)監(jiān)控三相相電流，還還可以

14、對對其它環(huán)環(huán)境的不不同參數(shù)數(shù)進行采采樣。此此外，TTI公司司還有專專門針對對單路相相電流采采樣產(chǎn)品品，如 ADSS12002和AADS112033，還提提供ISSO722XX系系列專門門用于高高速數(shù)據(jù)據(jù)流的數(shù)數(shù)字隔離離，它使使用電容容隔離方方式，不不受外界界磁場影影響。TTI還將將推出一一款將數(shù)數(shù) 據(jù)采采集前端端和隔離離集成在在一起的的產(chǎn)品，從從而在 HYPERLINK /keyword/%B5%A5%D0%BE%C6%AC 單單芯片上上實現(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)采集集與信號號隔離的的功能，如如AMCC12003。上文提到的的產(chǎn)品系系列輸出出是?數(shù)據(jù)據(jù)流，可可以使用用專用芯芯片AMMC12210將將其還原原成

15、一個個串口或或并口的的輸出。它它不僅集集成了?后后端數(shù)據(jù)據(jù) HYPERLINK /keyword/%C2%CB%B2%A8%C6%F7 濾波器器，還加加入了一一些比較較器，因因此可以以實現(xiàn)非非常多的的數(shù)字功功能。更多詳細內(nèi)內(nèi)容，敬敬請登錄錄中電網(wǎng)網(wǎng)在線座座談網(wǎng)址址：http:/m/07712119/jjchff.assp問答選編問：常用的的電流測測量方法法是什么么？各有有什么特特點？ 答：一般來來說電流流測量分分為直接接式測量量和間接接式測量量。直接接式測量量是串一一個檢測測電阻在在電路上上，根據(jù)據(jù)I=VV/R，只只要檢測測電壓，知知道R，就就可計算算出電流流。 間間接式測測量是根根據(jù)霍爾爾效

16、應(yīng)，實實現(xiàn)磁場場，電場場的轉(zhuǎn)換換，最終終還是要要根據(jù)II=V/R來計計算。采采用檢測測電阻直直接測量量，比較較簡潔，成成本較低低，但檢檢測電流流比較小小，一般般 不超超過100A。采采用霍爾爾元件進進行間接接測量，比比較復雜雜，成本本較高，但但檢測電電流可以以很大，如如幾十AA都可以以。 問：測量電電流的原原理是什什么？答：1，通通過采樣樣電阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電壓，然然后用AADC轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)數(shù)字信號號，或用用比較器器產(chǎn)生中中斷信號號。2，間間接 HYPERLINK /keyword/%B2%E2%CA%D4 測試試是利用用零磁通通的原理理。 問：電流測測量中，是是直接測測量精確確還是間間接測量量精確

17、？答：因素很很多，很很難簡單單地說，但但一般情情況是直直接測量量較簡單單而精確確。問：TI目目前有哪哪些測量量電流的的產(chǎn)品？答：如果是是檢測電電阻直接接測量，TTI 有有INAA19XX，INNA200X等。如如果是磁磁性元件件，TII有DRRV4001。 此外，AAMC112033，ADDS1220X等等都可以以。問：如何確確保測量量的電流流的準確確性？答：首先，須須根據(jù)需需求選擇擇合適的的檢測電電阻。檢檢測電阻阻的精度度、溫度度系數(shù)、功功率容量量等規(guī)格格應(yīng)符合合工作條條件的要要求，精精度要求求比較高高的應(yīng)用用最好選選四線式式的檢測測電阻。其其次，須須選擇合合適的處處理電路路。 HYPERL

18、INK /keyword/%B7%C5%B4%F3%C6%F7 放大大器要有有足夠低低的輸入入失調(diào)，盡盡量高的的共模抑抑制比。還還要注意意放大器器的共模模輸入范范圍是否否覆蓋實實際信號號的共模模范圍，帶帶寬是否否滿足要要求等等等。最后后，在進進行pccb設(shè)計計時需特特別注意意檢測信信號線的的走線，要要盡量保保持兩條條檢測線線靠近、對對稱布局局，并遠遠離大功功率信號號、數(shù)字字信號布布局。問：電流測測量目前前的精度度如何，是是否可以以跟電壓壓一起測測量？答：目前電電流的測測量精度度可達到到0.001%,可以和和電壓一一起測量量，但一一般電流流的動態(tài)態(tài)范圍比比電壓大大。問：間接式式測量主主要是采采用精密密的小功功率電阻阻來進行行，直接接式電流流測量只只是通過過儀用放放大的差差分形式式，這是是兩種方方式的區(qū)區(qū)別點嗎嗎？ 答：間接式式測量中中輸入信信號不是是直接來來自被測測回路，而而直接式式電流測測量中輸輸入信號號是被測測電流的的一部分分。問：直接式式電流測測量所需需要用到到的電阻阻是特定定的還是是任意的的? 答：通常不不是任意意的。主主要取決決于需測測量的電電流范圍圍，功耗耗，以及及對系統(tǒng)統(tǒng)的影響響等因素素。問：有哪些些因素會會影響測測試精度度？ 答：電流檢檢測有不不同的方方案，需需要首先先確