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這幾種電流檢測(cè)方式,你想選哪種?

發(fā)布時(shí)間:2015-12-17 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】在工控、自動(dòng)化控制領(lǐng)域,高精度電流檢測(cè)都是至關(guān)重要的技術(shù)。檢測(cè)技術(shù)的正確選擇關(guān)系到閉環(huán)控制系統(tǒng)的效率高低,是提高設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文就為大家綜合對(duì)比幾種不同的隔離電流檢測(cè)方法,分析它們的利與弊。

首先來看第一種隔離電流檢測(cè)方法,那就是利用分流電阻器完成高精度電流檢測(cè)工作。分流電阻器作為一種比較常見的電子元件,可以被用于多種工業(yè)應(yīng)用中,并能提供較高的準(zhǔn)確度且實(shí)現(xiàn)低溫度漂移。但是,它們的使用受限于其自身電阻值引起的功耗。在具有高共模電壓的應(yīng)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(diào)制器(適用于性能最高的系統(tǒng))。AMC1304L05可提供±50mV的低輸入電壓范圍,從而允許用戶可以使用更小的電阻分流器卻不會(huì)影響其工作性能。

這幾種電流檢測(cè)方式,你想選哪種?
圖1AMC1304L05——有效位數(shù)和過采樣率

羅氏線圈是平時(shí)工程師們常用到的第二種檢測(cè)隔離電流的常見辦法,但這種方法通常只用來測(cè)量交流電流(AC),在測(cè)試時(shí),線圈將會(huì)被纏繞在可分配待檢測(cè)電流的導(dǎo)體周圍。在檢測(cè)的過程中,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(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行處理之前需要一個(gè)積分器。對(duì)應(yīng)用進(jìn)行改型翻新式的羅氏線圈非常適用,因?yàn)樵摼€圈可被安裝在導(dǎo)體周圍,不會(huì)中斷電流流動(dòng)。它們不使用金屬芯子,所以定位的機(jī)械公差能影響和限制可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確度。出于同樣的原因,它們不會(huì)磁化達(dá)飽和點(diǎn),因此可用于大電流應(yīng)用。此外,它們的低電感允許在具有高壓擺率的系統(tǒng)中使用。

電流互感器也是工程師們常常使用并進(jìn)行高精度隔離電流檢測(cè)的重要幫手,在電流互感器(CT)工作時(shí),初級(jí)AC電流可在磁心內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)。該磁場(chǎng)能感應(yīng)次級(jí)繞組里成比例的電流。需要一個(gè)負(fù)載電阻器來將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以供在ADC中作進(jìn)一步的處理。CT的準(zhǔn)確度取決于設(shè)置的機(jī)械公差、負(fù)載準(zhǔn)確度和磁心的溫度漂移。磁心的飽和度可限制CT的動(dòng)態(tài)范圍。另一方面,專門的設(shè)計(jì)允許您為某個(gè)用例量身打造CT。在電網(wǎng)中,CT被廣泛用于檢測(cè)電流。

除了上面所提到的幾種方法外,我們還可以利用磁阻傳感器來完成隔離電流的檢測(cè)工作。這種辦法的優(yōu)勢(shì)在于,在存在磁場(chǎng)、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,通常用于位置和角度感測(cè)。對(duì)不需要高準(zhǔn)確度的小電流應(yīng)用來說,磁阻傳感器是低成本高效益的備選器件。根據(jù)所使用的材料,我們可從兩種類型的磁阻傳感器中進(jìn)行選擇,即各向異性磁阻(AMR)傳感器和巨磁阻(GMR)傳感器。其中,異性磁阻傳感器主要使用鐵磁材料,其缺點(diǎn)是其中磁場(chǎng)會(huì)影響電阻。因?yàn)殡娮枳兓苄。猿S没菟雇姌騺砀袦y(cè)它。巨磁阻傳感器則依靠的是巨磁阻效應(yīng)進(jìn)行電流檢測(cè),其磁場(chǎng)對(duì)由鐵磁層和非磁性層相間制成的結(jié)構(gòu)的電阻會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。不過“天下沒有免費(fèi)的午餐”,與AMR傳感器相比,這種巨磁阻傳感器的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜且耗資更多。

使用霍爾效應(yīng)傳感器,也同樣可以完成高精度的隔離電流檢測(cè)工作?;魻栃?yīng)傳感器在工作時(shí)可提供與AC或DC磁場(chǎng)成比例的電壓信號(hào)。不過,這一方法有個(gè)明顯缺點(diǎn),那就是它們存在固有噪聲,并且電壓水平具有很強(qiáng)的溫度依賴性。在這里,工程師們可以采用巧妙的勵(lì)磁法來彌補(bǔ)這兩個(gè)缺點(diǎn)?;魻杺鞲衅骺捎迷诓恍枰邷?zhǔn)確度水平的開環(huán)應(yīng)用中。為獲得更高的準(zhǔn)確度,閉環(huán)法是最佳選擇;這些包括霍爾傳感器、具有補(bǔ)償繞組的磁心以及通常采用完整模塊形式的信號(hào)調(diào)節(jié)電路。閉環(huán)模塊可用于寬范圍的準(zhǔn)確度、電流和成本水平?;魻栃?yīng)傳感器的其它例子包括DRV5000系列。

使用磁通門傳感器也同樣是能夠幫助工程師完成高精度電流測(cè)試的重要工具,與上面所提到的幾種電流檢測(cè)方法相比,磁通門傳感器在電流檢測(cè)室可提供最高水平的靈敏度、最寬的動(dòng)態(tài)范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(shè)計(jì)錯(cuò)綜復(fù)雜,需要很低的機(jī)械公差;在全世界范圍內(nèi)只有幾家制造商可提供磁通門傳感器模塊。

為了方便各位工程師進(jìn)行日常的高精度檢測(cè),TI最近宣布推出了DRV421——業(yè)界首款完全集成的磁通門傳感器,具備所有必需的信號(hào)調(diào)節(jié)功能,適用于閉環(huán)DC和AC應(yīng)用。憑借磁心和補(bǔ)償線圈,該解決方案允許輕松制造高準(zhǔn)確度和低電平(泄漏)的電流模塊。

這幾種電流檢測(cè)方式,你想選哪種?
表1電流檢測(cè)方法的比較

以上就是本文對(duì)幾種常見的高精度電流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣對(duì)比,表1對(duì)本文中描述的所有方法進(jìn)行了比較。希望通過本文的介紹,對(duì)各位工程師的日常工作有所幫助。

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