傳感器與IC簡(jiǎn)化電流測(cè)量技術(shù)

傳感器與IC簡(jiǎn)化電流測(cè)量技術(shù)

?今天在各個(gè)層次上對(duì)能量效率的需求,使電流成為一項(xiàng)快速增長(zhǎng)的測(cè)量指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在能從令人眼花繚亂的各種硬件中進(jìn)行選擇,來(lái)最佳地實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路影響最小的技術(shù)。
　　要點(diǎn)
　　庫(kù)侖計(jì)數(shù)器適用于移動(dòng)充電器
　　高端測(cè)量可保證精度與安全
　　差分放大器把小檢測(cè)電壓歸因于接地
　　檢測(cè)FET可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)在線測(cè)量
　　霍爾效應(yīng)傳感器測(cè)量交流與直流
　　從電池供電的小型輪胎氣壓傳感器到數(shù)兆瓦的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī),今天的電子學(xué)性質(zhì)與不斷提高的能量效率要求,正在使能量測(cè)量成為每一位設(shè)計(jì)人員的熱門話題。在規(guī)模較小的低端,每一種便攜式電子設(shè)備都要求用比以往更好的電池功率管理來(lái)增長(zhǎng)工作時(shí)間,并為用戶提供更多的特性。而在大規(guī)模的全國(guó)性供電電網(wǎng)方面,快速、精確及結(jié)實(shí)可靠的傳感器,是在不斷變化的電網(wǎng)條件下提供用于平衡發(fā)電機(jī)輸出的伺服環(huán)路反饋的基礎(chǔ)。多數(shù)應(yīng)用則處于這兩種極端應(yīng)用之間,包括汽車電源調(diào)整、消費(fèi)電子直至工業(yè)過(guò)程控制等。在上述各種情況下,具備電流測(cè)量能力是半導(dǎo)體廠商與傳感器制造商所提供的各種器件（設(shè)備）的關(guān)鍵要求。在目前已經(jīng)獨(dú)立出來(lái)的這個(gè)市場(chǎng)中,家庭能量計(jì)將測(cè)量電流與電壓的能力以低成本的方式合并在一個(gè)互相矛盾的環(huán)境中（參見(jiàn)附文“電表要求采用電子測(cè)量”）
　　無(wú)論功率水平如何,測(cè)量必須總是能與ADC之類監(jiān)控邏輯進(jìn)行接口。盡管設(shè)計(jì)人員常常認(rèn)為電壓測(cè)量不過(guò)是小菜一碟,但今天的IC與傳感器常常使得更容易進(jìn)行電流測(cè)量 ——尤其在與交流電源隔離成為一個(gè)問(wèn)題的情況下。但在深入研究交流電源測(cè)量之前,由于即便有修改概念也基本相同,因此有必要討論直流應(yīng)用以及可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)人員工作的各種途徑。當(dāng)然,電池供電設(shè)備長(zhǎng)期以來(lái)一直采用功率測(cè)量來(lái)報(bào)告電路狀態(tài)。但具有諷刺意味的是,或許是機(jī)械與電氣元件所取得進(jìn)展正在使經(jīng)典案例—— 汽車充電電路——在商品汽車中變得日益罕見(jiàn)。雖然每輛汽車都用伏特計(jì)和安培計(jì)來(lái)告訴駕駛員哪里要出故障的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了,但這種類比在汽車消費(fèi)電子領(lǐng)域變得比以往更加重要。
　　盡管大量汽車電子設(shè)備都用電池終端電壓測(cè)量來(lái)得出至下一個(gè)充電周期前所剩下的工作時(shí)間,但峰值負(fù)載（例如數(shù)碼相機(jī)上的閃光燈）卻要求用功率測(cè)量來(lái)管理能量資源并優(yōu)化整體設(shè)備運(yùn)行。例如,如果剩下的電量不足以使相機(jī)繼續(xù)工作的話,則微控制器可能會(huì)選擇禁用閃光燈。另外, 電池電壓測(cè)量為電池容量的一種粗略近似,它會(huì)在電池使用過(guò)程中隨電池電化學(xué)性能的下降而逐漸變差。鑒于此,一種所謂的庫(kù)侖計(jì)算技術(shù)日益受到了人們的寵愛(ài)。這里,電流與電壓用來(lái)監(jiān)視定時(shí)器在充、放電過(guò)程中的增加與減少,其滿量程值即表示電池的容量。例如在電池供電輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng) (TPMS) 中,由于沒(méi)有機(jī)會(huì)給能源充電,且器件工作正常即意味著安全,因此隨著器件周期性地在待機(jī)與工作模式間轉(zhuǎn)換,監(jiān)視電路以毫微安/秒為單位來(lái)測(cè)量電池放電,誤差信號(hào)即表示剩余電量是否不足（參考文獻(xiàn)1）
　　雖然TPMS等小型設(shè)備要求使用ASIC,但庫(kù)侖計(jì)數(shù)器也容易作為ADC/定時(shí)器在商用微控制器中實(shí)現(xiàn)。而像智能電池組等更復(fù)雜的應(yīng)用,則可以使用集成了外圍功率管理功能的專用電池能量監(jiān)測(cè)器IC。像Atmel公司的新型ATmega406芯片,即在微控制器的周圍安排了穩(wěn)壓器與支持電路（包括用于電池充電的FET驅(qū)動(dòng)器和用于電流與電壓監(jiān)視的兩個(gè)ADC）,以構(gòu)建一個(gè)用于鋰離子電池組充電器的自主控制器。配上通過(guò)5mΩ電流旁路而獲得0.67mA分辨率的18位庫(kù)侖計(jì)數(shù)器,該器件±30A的范圍還建議用于更廣泛的控制設(shè)備中,使這些設(shè)備能充分利用 40k字節(jié)閃存、2k字節(jié)RAM以及512k字節(jié)EEPROM的優(yōu)勢(shì)。

　　保護(hù)測(cè)量精度
　　幾乎無(wú)一例外,監(jiān)視與控制電路都需要有將測(cè)量值歸于系統(tǒng)接地的接口,這給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了這樣一個(gè)老問(wèn)題,即如何最佳地將任意電平電壓上的電流轉(zhuǎn)換成適合現(xiàn)成邏輯的電平。在傳統(tǒng)上適合高靈敏度動(dòng)圈直流安培計(jì)的傳統(tǒng)低端檢測(cè)技術(shù),是在電源返回路徑中插入一個(gè)電流檢測(cè)電阻器并測(cè)量其上產(chǎn)生的電壓。這種安排還具有將測(cè)量值參考至高壓交流電路中的中性電位上的優(yōu)勢(shì),從而能避免高共模電壓并簡(jiǎn)化瞬態(tài)保護(hù)——盡管不能檢測(cè)電機(jī)線圈與其外殼之間的短路。但要想與邏輯電路接口,就必須將ADC信號(hào)接地與電路接地相連,且對(duì)于所有其他電路來(lái)說(shuō),使檢測(cè)電阻器動(dòng)態(tài)電位浮動(dòng)會(huì)在多個(gè)電路間造成偏差。此外,這種安排還難以給單個(gè)電路（包括ADC）提供其所需的電流,并容易給接地面引入討厭的阻抗。由于ADC的輸入靈敏度遠(yuǎn)小于安培計(jì)典型75mV的滿量程電壓,故必須用一個(gè)可處理共模電壓（包括接地）的儀表放大器來(lái)將檢測(cè)電壓提升至合適的水平。
　　高端測(cè)量可克服以上這些問(wèn)題,而且實(shí)際上在應(yīng)用中是強(qiáng)制性的,擔(dān)負(fù)大量公共接地－返回路徑,如汽車那樣。問(wèn)題現(xiàn)在集中在以一個(gè)加在正電源線上的小檢測(cè)電壓為參考的地上。雖然可采用真正的差分放大器或儀表放大器方法,但要求有匹配良好的電阻器來(lái)保持共模抑制比 (CMRR) 以及保持精確的增益性能（圖1a）,例如,任何兩個(gè)電阻器間0.1%的不平衡即會(huì)將CMRR降為66 dB。
　　像具有1和10固定增益的Maxim公司MAX4198/99芯片,即集成了這些電阻器并具有優(yōu)于0.01%的增益精度與大于110 dB的CMRR。封裝選項(xiàng)包括該公司的小型8引腳mMAX封裝,起價(jià)大約為1.25美元（批量1000片）。該公司還提供各種用于電流檢測(cè)應(yīng)用的元件。 Analog Devices公司也在其電流檢測(cè)放大器系列中提供各種用于高共模檢測(cè)的儀表放大器。例如,AD8205具有的65V工作電壓極限使其適合用于汽車42V PowerNet監(jiān)控。與內(nèi)部分壓器鏈路的靈活連接,使其易于進(jìn)行偏置和換算輸出電壓以適合進(jìn)行單極型與雙極型測(cè)量。售價(jià)為1.35美元（批量1000 片）的該型芯片采用工作溫度規(guī)定為 -40℃~ +125℃的8引腳SOIC封裝。

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　　差分放大器配置也適合高電壓環(huán)境工作。例如,凌特科技公司 (Linear Technology) 的LT1990器件,采用±15V電源工作時(shí),即能適應(yīng)高達(dá)±250V的共模電壓,并具有由外部鏈路設(shè)定的1或10增益。它還采用分別高達(dá)±350V 或±500V的共模瞬態(tài)保護(hù),使其非常適合于工業(yè)應(yīng)用。采用SO8封裝的LT1990具有最小70 dB的CMRR及最大0.28%的增益精度誤差,起價(jià)為1.35美元（批量1000片）。同系列器件——LT1991,可在±60V的輸入電壓范圍內(nèi)提供更高的精度。它包括8個(gè)片上精密匹配的硅－鉻電阻器,允許在小于0.04%的增益誤差及大于75 dB 的CMRR下設(shè)定-13~+14的增益。該運(yùn)放在3 nA偏置電流下的典型輸入失調(diào)電壓為15mV,采用2.7V ~±18V單電源工作,并在大約100mA的電流下具有最小的功耗。此外,該器件還是一款在110 kHz頻率上保持了-3 dB單位增益響應(yīng)的560kHz增益帶寬產(chǎn)品。10引腳MSOP封裝或無(wú)鉛DFN封裝的起價(jià)為1.39美元（批量1000片）,大小僅為3 mm見(jiàn)方。
　　另一種差分放大器方法配置的器件是采用一個(gè)滿擺幅輸入運(yùn)放直接在電源電壓上放大檢測(cè)電壓（圖1b）。由于采用P溝道MOSFET Q1來(lái)做作為電流源,因此負(fù)反饋會(huì)將差分電壓施加于檢測(cè)電阻器R1上,然后R1中的電流再通過(guò)R2流向接地。在此種情況下,CMRR只取決于運(yùn)放的能力, 且輸出電壓直接接地。但需仔細(xì)選擇滿擺幅輸出運(yùn)放,因?yàn)楫?dāng)在中范圍內(nèi)工作的晶體管截止并由另一個(gè)設(shè)定成靠近線路電壓工作的晶體管接任時(shí)它們?cè)趲追木€路電壓值內(nèi)即呈現(xiàn)為非線性（參考文獻(xiàn)2）。另外,也可選擇像凌特科技公司的新型LTC6101器件來(lái)進(jìn)行電阻器分流測(cè)量。這種全CMOS的器件集成了運(yùn)放與 FET,以提供最小110dB的PSRR（電源抑制比）。具有在室溫下最大450mV的輸入失調(diào)電壓及170nA的輸入偏置電流的該器件,適用于4V~ 60V環(huán)境下高達(dá)500 mV的檢測(cè)電壓,響應(yīng)時(shí)間在1ms范圍內(nèi)。
　　凌特科技公司信號(hào)調(diào)整部總經(jīng)理Erik Soule指出,當(dāng)芯片測(cè)量其自身在14V上的大約為250mA電流消耗時(shí),可以從電池或從負(fù)載一側(cè)來(lái)給芯片供電。他說(shuō),“實(shí)際上,利用0.1% 的增益設(shè)定電阻器,您就能很容易得到優(yōu)于1% 的性能,因?yàn)殡娮杵魇侵饕恼`差源?！?引腳1mm高SOT-23封裝的LTC6101芯片,起價(jià)為1.04美元（批量1000片）。Soule還推薦了其他檢流元件,包括更高電壓的LTC6101以及帶輸出緩沖與4種增益設(shè)定的雙極型器件。

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　　對(duì)于高精度工作,凌特科技公司可提供其LT1787芯片。此8引腳器件的40mV輸入失調(diào)電壓,可允許在250 mV檢測(cè)電壓下實(shí)現(xiàn)12位ADC的精度。它采用2.5V~36V或60V（帶HV下標(biāo)）電源工作,僅消耗大約60mA的電流,具有大約120 dB的PSRR。兩個(gè)終端——FIL+ 與FIL-,通過(guò)在芯片輸入分壓器鏈路的中間增加一個(gè)電容器,可提供額外的差分信號(hào)濾波與共模信號(hào)濾波（圖2）。工作時(shí),運(yùn)放將其反相與正相輸入之間的電位驅(qū)動(dòng)至零,以使輸入電阻器中的電流流入Q1與Q2。電流鏡將（圖2）電流相加并以固定為8的輸入－輸出增益將其轉(zhuǎn)換成單端輸出。偏置引腳為電壓輸出提供一個(gè)參考電平,且一般連接至ADC的參考電壓。此連接可確保IC的電流至電壓轉(zhuǎn)換器 (ROUT) 跟蹤ADC參考電壓隨時(shí)間、溫度的變化。正電流使輸出電壓相對(duì)于偏置電平為正,而負(fù)電流則正好相反。工業(yè)應(yīng)用溫度范圍及汽車應(yīng)用溫度
范圍的SOIC器件,指導(dǎo)價(jià)為2.05美元（批量1000片）。
　　另一種適合很多應(yīng)用的選項(xiàng)利用從匹配晶體管對(duì)上構(gòu)建的電流鏡來(lái)反映小部分到接地負(fù)載電流。由Zetex 公司提供的第一代ZDS1009器件,R2兩端的任何電壓都會(huì)在R1中引起一個(gè)平衡電流（圖3）。如果R3等于R4,則傳輸特性為(I×R2)×(R4/R1), 使得易于將接地參考的輸出電壓換算為適合ADC的電平。今天,該公司的ZXCT系列采用一個(gè)外部電阻器來(lái)設(shè)定電路增益,并采用3或5引腳SOT-23封裝,一般在2.5V～20V電源范圍內(nèi)可為100mV檢測(cè)電壓提供1%的精度。Zetex公司市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理Alan Buxton指出,5引腳器件通過(guò)包含一個(gè)用于IC靜態(tài)電流的接地引腳而能提供更高的精度,對(duì)于針對(duì)在100mV檢測(cè)電壓上工作進(jìn)行優(yōu)化的 ZXCT1009器件,該靜態(tài)電流通常為4mA。
　　“通過(guò)使其輸出浮動(dòng),3引腳器件可提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。只需簡(jiǎn)單地在芯片輸出與連接至接地的換算電阻器之間增加一個(gè)合適的齊納二極管,設(shè)計(jì)人員即可適應(yīng)任何電源電壓?！?Buxton表示。對(duì)于汽車或工業(yè)應(yīng)用,輸入電源線與IC電流輸出端之間的齊納二極管,可保護(hù)芯片免受由繼電器與螺線管引起的瞬態(tài)沖擊。在過(guò)壓期間,齊納二極管導(dǎo)通以在器件兩端保持安全電壓。該IC的電流鏡設(shè)計(jì)意味著如果有足夠高的反相極性,則其晶體管為正向偏置,但齊納二極管會(huì)提供一個(gè)二極管鉗位來(lái)將電流從IC上轉(zhuǎn)移開(kāi)。Buxton稱還可以將兩個(gè)器件背靠背連接來(lái)構(gòu)成一個(gè)雙向測(cè)量電路,他還補(bǔ)充說(shuō),公司將很快推出具有這種能力的IC。3引腳SOT- 23封裝的ZXCT1009芯片售價(jià)為45美分（批量1000片）。

　其他擁有可簡(jiǎn)化高端直流電流測(cè)量的專用IC的公司還有Ixys、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體 (National Semiconductor) 與德州儀器 (Texas Instruments) 公司。Ixys公司最近剛進(jìn)入該市場(chǎng),其售價(jià)40美分（批量1000片）的IXI848芯片為采用8引腳SOIC封裝,并能在2.7V至40V電源范圍內(nèi)工作。針對(duì)150mV檢測(cè)電壓特性化后的該IC,擁有典型0.7%的滿量程精度。與內(nèi)部精密電阻器的連接使用戶能將增益設(shè)定為10 或50V/V,以適合一系列外部檢測(cè)電阻器。由于連接至一個(gè)可在增益10上驅(qū)動(dòng)33 kV或在增益50上驅(qū)動(dòng)165 kV的電流源,故其電壓輸出一般需要進(jìn)行緩沖。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的LM3814芯片則與眾不同,因?yàn)樗闪丝奢敵鲆粋€(gè)中心頻率與分辨率分別為160 Hz及0.8%的PWM波形,從而適合直接與微控制器連接的△－Σ調(diào)制器。該芯片還集成了檢測(cè)電阻器以適應(yīng)61A或67A的滿量程范圍,并能分別以 95.5% 及4.5% 的占空比傳輸正、負(fù)滿量程值。LM3814芯片采用8引腳SOP封裝,售價(jià)約為1.50美元（批量1000片）。
　　德州儀器公司提供的5引腳SOT-23封裝INA138與INA168單極型監(jiān)視器,具有該公司Burr-Brown產(chǎn)品的傳統(tǒng),適合2.7V~36V或 60V電壓工作。這些電流輸出器件具有便于使用的單個(gè)電阻器換算特點(diǎn),售價(jià)大約1.25美元（批量1000片）。該公司還提供各種擁有汽車AEC- Q100品資的類似監(jiān)視器（如INA169等）與新型電壓輸出器件。該INA193/198系列能適應(yīng) -16V至+80V的共模輸入電壓,并能提供20、50及100V/V的固定傳輸比,以便與外部電流分路一起使用。這些售價(jià)為80美分（批量1000片） 5引腳SOT-23封裝的器件,可在-40℃ ~ +125℃溫度范圍內(nèi)采用2.7V至13.5V電源工作。

　　檢測(cè)FET的開(kāi)關(guān)電流
　　另一種在線電流測(cè)量方法采用一種FET結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在與主功率開(kāi)關(guān)一樣的裸片上用一個(gè)小尺寸電流檢測(cè)墊片來(lái)構(gòu)成所謂的檢測(cè)FET。這里,功率開(kāi)關(guān)與檢測(cè)元件之間的幾何匹配,再一次將一小部分負(fù)載電流反映至檢測(cè)引腳,從而使接地電阻器產(chǎn)生一個(gè)接地參考電壓。國(guó)際整流器 (International Rectifier) 公司的N溝道HEXSense MOSFET一般適合于開(kāi)關(guān)應(yīng)用,并能以典型±2.5%的精度處理高達(dá)50A的電流或高達(dá)500V的電壓。其最近推出的無(wú)鉛產(chǎn)品——額定60V的 IRCZ44PBF器件,擁有最大0.028Ω的導(dǎo)通電阻（假設(shè)有足夠的散熱）,從而允許以TO-220封裝的器件處理50A的電流。它以1: 2460~1: 2720檢測(cè)比輸出電流。將運(yùn)放的正相輸入連接至器件的開(kāi)爾文接地引腳、以及將反相輸入連接至其檢測(cè)引腳,即可利用運(yùn)放反饋回路中的一個(gè)電阻器來(lái)將輸出換算至任意電平。該器件指導(dǎo)價(jià)為1.45美元（批量1000片）。

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　　英飛凌科技公司 (Infineon Techno
logies) 的Sense-ProFET系列智能功率開(kāi)關(guān)具有類似的電流檢測(cè)能力（圖4）。這里,承載負(fù)載的晶體管可能擁有5萬(wàn)個(gè)單元,而檢測(cè)晶體管則大約擁有10個(gè)單元。運(yùn)放與P溝道FET在檢測(cè)晶體管兩端保持負(fù)載晶體管的電位,并將部分電流反映至接地。從理論上講,此電流等于負(fù)載電流除以負(fù)載晶體管與檢測(cè)晶體管單元數(shù)之比。這些N溝道高端開(kāi)關(guān)以芯片層疊技術(shù)構(gòu)建,具有電荷泵驅(qū)動(dòng)器及一系列保護(hù)與診斷功能。該系列開(kāi)關(guān)適合汽車與工業(yè)應(yīng)用,采用各種TO-252表面貼裝及TO-220/218通孔塑料封裝,開(kāi)關(guān)電流為17A至165A。其最高電流BTS555器件,具有僅為2.5 mΩ的導(dǎo)通電阻以及520A的內(nèi)部短路電流極限。在這種水平上的電流檢測(cè)功能,包括用外部電路來(lái)降低短路電流極限,以充分利用器件極低開(kāi)關(guān)損耗的優(yōu)勢(shì)等（參考文獻(xiàn)3）。BTS555的指導(dǎo)售價(jià)為4.50美元（批量1000片）。

　　用IC來(lái)測(cè)量交流與直流電流
　　傳統(tǒng)非破壞性測(cè)量交流電的方法依靠保持有選擇用于精密測(cè)量技術(shù)的電流變壓器。使用時(shí),電流導(dǎo)體通過(guò)電流變壓器磁芯形成一個(gè)單圈初級(jí)線圈?？赏ㄟ^(guò)增加穿過(guò)磁芯的環(huán)路數(shù)來(lái)增加初級(jí)線圈匝數(shù)比,以獲得更高的靈敏度。經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)以及平衡同軸負(fù)載電阻器,該技術(shù)很容易用專用寬帶設(shè)備（例如可在高達(dá)2 GHz頻率上工作的泰克公司 (Tektronix) CT6示波器電流探頭等）來(lái)獲得優(yōu)于±0.5%的日常臺(tái)式測(cè)量精度。常見(jiàn)臺(tái)式應(yīng)用包括,在傳感器輸出驅(qū)動(dòng)示波器50Ω終端電阻、而另一通道測(cè)量觸發(fā)電壓時(shí),測(cè)量設(shè)備開(kāi)機(jī)期間的三端雙向可控硅的主端電流。此應(yīng)用給被測(cè)電流帶來(lái)的負(fù)擔(dān)可忽略不計(jì),且不需要電源。但由于它是一種變壓器技術(shù),因此頻率響應(yīng)明顯滯后于電源線路頻率,且不能測(cè)量含直流分量的波形。
　　采用霍爾效應(yīng)器件的電流換能器,有助于克服大多數(shù)工控應(yīng)用所要求的從直流至100kHz帶寬內(nèi)的許多應(yīng)用難題。像霍尼維爾 (Honeywell) 、LEM及Sentron等公司,都提供從數(shù)安培至數(shù)千安培適宜用作風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)等設(shè)備中的監(jiān)視與控制邏輯的器件。在歷史上,由于霍爾半導(dǎo)體器件的本性以及為信號(hào)調(diào)整電路供電所需的±12 或 ±15V電源電壓,此類器件一直都具有不佳的靈敏度與實(shí)際的溫漂。今天,常常含有斬波自穩(wěn)放大器的ASIC,可在反饋環(huán)路內(nèi)調(diào)整霍爾器件的輸出。該環(huán)路可將溫漂減少一個(gè)數(shù)量級(jí)或一個(gè)以上數(shù)量級(jí),以提供通常位于VCC/2（其中VCC可以為5V單電源）中心的穩(wěn)定、比例輸出電壓,從而簡(jiǎn)化與ADC的接口。靈敏度改善一般采用將霍爾效應(yīng)器件夾于電路磁芯末端之間間隙中的磁場(chǎng)聚能器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　同樣的例子還包括LEM公司的LTS系列單極、閉環(huán)以及采用 5V電源工作的電流換能器。這些具有±6A、±15A及±25A額定初級(jí)電流指標(biāo)的器件,可測(cè)量從直流到0.5 dB (100 kHz) 或 -1 dB (200 kHz) 的響應(yīng)。該系列器件重10克并采用公共通孔安裝,封裝尺寸大約24 mm長(zhǎng)、10 mm寬,在一個(gè)12.7mm柵格上有6個(gè)引腳,允許用三個(gè)串/并連連接至其三組內(nèi)部線圈上。以此種方式,每一種器件都能提供比其相應(yīng)額定初級(jí)電流分別大1 倍、2倍及3倍的引腳可配置增益。在上述每種情況下,輸出電壓為2.5V±0.625V,且輸出電壓線性度在0.5V電源內(nèi)優(yōu)于0.1%。此配置允許最高靈敏度的LTS 6-NP器件測(cè)量0 ~±19.2A的電流。這些器件的另一個(gè)特點(diǎn)是具有一個(gè)通過(guò)磁芯中心的通孔,因此可在電流載體只有一條通路的情況下,提供另一個(gè)允許進(jìn)行差分測(cè)量的單位增益連接。該售價(jià)為10美元（批量100片）的器件目前可隨處買到,包括從目錄分發(fā)經(jīng)銷商處買到。其他系列還可提供適合工業(yè)儀表中4mA~20mA電流回路的電流輸出。這里,可測(cè)量雙向直流電流的能力適合在大電流電池組中進(jìn)行隔離測(cè)量。

　其他通用器件,特別是適合汽車與工業(yè)應(yīng)用的器件,還包括Allegro公司的ACS電流傳感器系列。新近增加±5A ~±200A且不斷在擴(kuò)展的霍爾效應(yīng)傳感器系列中的新成員為額定±50A的傳感器ACS754-050。就像系列中的其他成員一樣,該無(wú)鉛芯片采用5V電源工作但更換了一個(gè)電阻器,通常這能減少二到三個(gè)數(shù)量級(jí)的阻抗、功耗與壓降。這種方法可使一些新封裝適合于大電流應(yīng)用。在這種情況下,封裝就像額外增添兩個(gè)具有最小插入損耗并讓功率通過(guò)封裝的真正翼的傳統(tǒng)三端功率器件,其內(nèi)阻剛好為100mΩ。比例電壓輸出來(lái)自于用ICBiCMOS（經(jīng)過(guò)工廠微調(diào)達(dá)到最小增益與失調(diào)誤差）構(gòu)建的斬波自穩(wěn)霍爾效應(yīng)IC（圖5）。結(jié)果在25℃時(shí)得到±1%的總輸出誤差,并在-20℃~+85℃溫度范圍內(nèi)保持為±5%。擴(kuò)展應(yīng)用顯示,在-40℃~+
150℃汽車極端溫度范圍內(nèi)誤差小于±10%。其35kHz帶寬及3 kV rms的輸入－輸出隔離還適合在電機(jī)控制等低頻交流應(yīng)用中使用。ACS754目前售價(jià)大約為3.23美元（批量1000片）。
　　Allegro公司歐洲應(yīng)用經(jīng)理Bob Christie,針對(duì)該公司具有±5A與±15A兩個(gè)品種的新型8引腳SOIC封裝ACS704器件指出,“ACS704將電流引入SOIC封裝以盡可能靠近裸片上的霍爾板來(lái)獲得更高的精度與靈敏度,同時(shí)仍使其內(nèi)部電阻保持在1.5 mΩ的低水平上?！彼a(bǔ)充說(shuō),通過(guò)將電流路徑引入封裝,ACS704還能控制漏電以及使其800V-rms電壓隔離指標(biāo)成為可能的間隔距離。該器件可用 5V單電源工作,其輸出靈敏度通?？蛇_(dá)133 mV/A（5A器件）及100 mV/A（15A器件）。輸出電壓位于VCC/2中心,并具有代表正電流的正斜率。兩型器件都具有直流至50kHz的帶寬,從而適合于各種小電流及空間有限的應(yīng)用。該器件目前已供貨,指導(dǎo)售價(jià)為1.61美元（批量1000片）。

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　　附文:電表需要采用電子測(cè)量
　　各地消費(fèi)者所熟悉的電磁瓦特計(jì),是少數(shù)幾種維多利亞時(shí)代保留下來(lái)的機(jī)電設(shè)備之一。其長(zhǎng)壽命很大程度上得益于傳統(tǒng)應(yīng)用（例如加熱與白熾燈照明等）不變的電氣要求。
　　但今天的消費(fèi)者給電力公司壓上了由熒光燈、白商品（大型家電）以及其他消耗大量傳統(tǒng)電表無(wú)法計(jì)費(fèi)的無(wú)功功率的家用電器所帶來(lái)的沉重負(fù)擔(dān)。結(jié)果,很多電力公司都在考慮可展現(xiàn)不良功率因素、要求電表報(bào)告有功功率與視在功率的另類住宅計(jì)費(fèi)裝置。這種測(cè)量要求IC計(jì)算測(cè)量結(jié)果,并與一個(gè)低成本機(jī)電計(jì)數(shù)器或與一個(gè)一般能提供適宜每天多次計(jì)費(fèi)的LCD讀數(shù)的微控制器進(jìn)行接口。
　　由于認(rèn)識(shí)到了巨大的市場(chǎng)潛力,因此像Analog Devices、austriamicrosystems、Cirrus Logic、TDK Semiconductor、SCL印度、意法半導(dǎo)體 (STMicroelectronics) 以及德州儀器 (Texas Instruments) 等公司都在提供各種可簡(jiǎn)化交流電功率測(cè)量的芯片。
　　其中,當(dāng)前的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者為已推廣應(yīng)用了5000萬(wàn)個(gè)電表的Analog Devices公司。其最新產(chǎn)品為其流行的ADE7755的改進(jìn)型ADE7757A,ADE7757A 的引腳數(shù)獲得了減少。該新芯片通過(guò)用一個(gè)振蕩器來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)字信號(hào)處理塊以及為電流旁路提供一個(gè)直接接口來(lái)降低成本（圖A）。其兩個(gè)16位Σ－Δ ADC包括了主要的模擬電路,并以450 kHz的過(guò)采樣速度將電壓與電流通道信號(hào)數(shù)字化。通過(guò)對(duì)瞬時(shí)功率信號(hào)的數(shù)字處理,該芯片可計(jì)算出實(shí)際功率。也就是說(shuō),它從其電壓與電流測(cè)量值的實(shí)時(shí)乘積推算出實(shí)際功率。電流通道中的高通濾波器濾除任何直流成分,否則會(huì)給乘積運(yùn)算帶來(lái)固定誤差。

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　　模擬輸入帶寬約為7 kHz,使FFT算法在處理非正弦波信號(hào)時(shí)能保持精度。在該芯片的45Hz - 65Hz測(cè)量帶寬內(nèi),在500比1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)精度優(yōu)于0.1%,超過(guò)IEC-61036標(biāo)準(zhǔn)的精度要求。輸出信號(hào)包括一對(duì)低頻脈沖信號(hào),以與機(jī)電計(jì)數(shù)器或微控制器相配。獨(dú)立的高頻邏輯輸出可反映瞬時(shí)實(shí)際功率測(cè)量,適合進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)。該芯片采用16引腳窄體SOIC封裝,可聯(lián)系ADI公司獲取樣品。
　　大約在本文發(fā)稿時(shí)推出其首款產(chǎn)品的意法半導(dǎo)體公司,是又一家進(jìn)入電表市場(chǎng)的企業(yè)。基于該公司0.35微米BiCMOS工藝的STPM01芯片,目標(biāo)瞄準(zhǔn)單相電路中的單獨(dú)0.5類電表應(yīng)用,利用其步進(jìn)電機(jī)的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)電電表。（注：“分類”術(shù)語(yǔ)將是0.5%測(cè)量精度歸于單位功率因子電路）
　　此外,該芯片還能作為微控制器的外圍器件工作,并能在單相、三相環(huán)境中提供有功、無(wú)功及視在功率測(cè)量。利用兩組電流輸入IIP1/N1與IIP2/N2, STPM01可任意適應(yīng)火線與中性線電流測(cè)量（圖B）。此特點(diǎn)使其能檢測(cè)20種篡改形式,從而能保證電表不會(huì)被竊電（這在某些地區(qū)是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象）。

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　　其模擬前端適合采用電流分路器、電流變換器或Ro
gowski線圈,可通過(guò)使用芯片的SPI接口對(duì)其48位OTP（一次性可編程）存儲(chǔ)器進(jìn)行編程來(lái)完成器件設(shè)定與校準(zhǔn)。此SPI鏈路還能與微控制器通信。
　　校準(zhǔn)調(diào)整包括電壓與電流校準(zhǔn)、相位校正及溫度補(bǔ)償。專用輸出包括報(bào)告即時(shí)可視狀態(tài)的LED驅(qū)動(dòng)器,以及一個(gè)能控制外部負(fù)載切換以避免產(chǎn)生電弧與干擾的零交叉交流檢測(cè)器。STPM01采用20引腳TSSOP封裝?？傻顷懺摴揪W(wǎng)站來(lái)了解報(bào)價(jià)與定購(gòu)信息。
　　ADI與意法半導(dǎo)體兩家公司都提供簡(jiǎn)化儀表開(kāi)發(fā)的參考設(shè)計(jì)與低成本評(píng)估套件。