如何使用各種電流傳感技術(shù)測量電流

當(dāng)前在電子或電氣工程中是非常關(guān)鍵的因素。在電子產(chǎn)品中，電流的帶寬可以從幾納安到幾百安培。在電氣領(lǐng)域，該范圍通常可以擴(kuò)展到幾千安培，尤其是在電網(wǎng)中。有多種方法可以感測和測量電路或?qū)w內(nèi)部的電流。在本文中，我們將討論如何使用各種電流傳感技術(shù)測量電流及其優(yōu)點，缺點和應(yīng)用。

霍爾效應(yīng)傳感器電流感測方法

霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家埃德溫·赫伯特·霍爾（Edwin Herbert Hall）發(fā)現(xiàn)的，可用于感測電流。它通常用于檢測磁場，可用于許多應(yīng)用，例如車速表，門警報器，DIY BLDC。

霍爾效應(yīng)傳感器根據(jù)磁場產(chǎn)生輸出電壓。輸出電壓的比例與磁場成正比。在電流感測過程中，通過測量磁場來測量電流。輸出電壓非常低，需要使用噪聲非常低的高增益放大器將其放大到有用的值。除了放大器電路以外，霍爾效應(yīng)傳感器還需要其他電路，因為它是線性傳感器。

優(yōu)點：

可以在較高頻率下使用。

可以準(zhǔn)確地在交流和直流中使用。

基于非接觸的方法。

可以在惡劣的環(huán)境中使用。

這是可靠的。

缺點：

傳感器漂移并需要補(bǔ)償。

附加電路需要有用的輸出。

比基于分流的技術(shù)成本高。

霍爾效應(yīng)傳感器用于鉗位儀表以及許多工業(yè)和汽車電流感應(yīng)應(yīng)用。許多類型的線性霍爾效應(yīng)傳感器可以感應(yīng)從幾毫安到幾千安培的電流。因此，智能電網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用程序還使用其他類型的霍爾效應(yīng)傳感器來監(jiān)視導(dǎo)體電流。

磁通門傳感器電流傳感方法

可飽和電感器是磁通門感應(yīng)技術(shù)的主要組件。因此，F(xiàn)luxgate傳感器被稱為飽和電感電流傳感器。磁通門傳感器使用的電感器磁芯在飽和區(qū)域工作。該電感的飽和度高度敏感，任何內(nèi)部或外部磁通密度都會改變電感的飽和度。磁芯的磁導(dǎo)率與飽和度成正比，因此電感也會改變。電感值的這種變化由磁通門傳感器分析，以感應(yīng)電流。如果電流高，則電感變?。蝗绻娏鞯?，則電感變大。

霍爾效應(yīng)傳感器的工作原理與磁通門傳感器類似，但存在他們之間的一個區(qū)別。區(qū)別在于核心材料。 磁通門傳感器使用可飽和電感器，但霍爾效應(yīng)傳感器使用空芯。

在上圖中，顯示了磁通門傳感器的基本結(jié)構(gòu)。有兩個線圈的初級和次級纏繞在可飽和電感器芯周圍。電流的變化會改變磁芯的導(dǎo)磁率，從而導(dǎo)致另一個線圈上的電感發(fā)生變化。

優(yōu)點：

可以測量

精度很高。

低偏移和漂移。

缺點：

二次側(cè)功耗高

一次導(dǎo)體中電壓或電流噪聲的危險因素增加。

僅適用于直流或低頻AC。

太陽能逆變器中使用了磁通門傳感器來感應(yīng)電流。除此之外，使用磁通門傳感器可輕松完成閉環(huán)交流和直流電流測量。磁通門電流感測方法也可以用于漏電流測量，過電流檢測等。

Rogowski線圈電流感測方法

Rogowski線圈以德國物理學(xué)家Walter Rogowski的名字命名。 Rogowski線圈使用螺旋形空心線圈制成，并纏繞在目標(biāo)導(dǎo)體上以進(jìn)行電流測量。

In上圖顯示了帶有附加電路的Rogowski線圈。附加電路是積分器電路。 Rogowski線圈根據(jù)導(dǎo)體中電流的變化速率提供輸出電壓。需要一個附加的積分器電路來制作與電流成比例的輸出電壓。

優(yōu)點：

這是一種很好的方法檢測高頻電流的快速變化。

在處理次級繞組方面安全操作。

低成本解決方案。

由于開路而帶來的靈活性

溫度補(bǔ)償并不復(fù)雜。

缺點：

僅適用于交流電

靈敏度比電流互感器低。

Rogowski線圈具有廣泛的應(yīng)用范圍。例如，測量大型功率模塊中的電流，尤其是跨MOSFET或高功率晶體管或IGBT的電流。 Rogowski線圈提供了靈活的測量選項。由于Rogowski線圈在瞬變或高頻正弦波上的響應(yīng)非?？欤虼?，它是測量電源線中高頻電流瞬變的理想選擇。在配電或智能電網(wǎng)中，Rogowski線圈為電流測量提供了出色的靈活性。

電流互感器電流傳感方法

電流互感器或CT用于通過次級電壓感測電流，該電壓與次級線圈中的電流成比例。它是工業(yè)變壓器，可在次級線圈中將較大的電壓或電流值轉(zhuǎn)換為較小的值。在次級輸出中進(jìn)行測量。

在上圖中，顯示了結(jié)構(gòu)。它是理想的CT變壓器，其初級和次級比率為1：N。 N取決于變壓器的規(guī)格。在此處了解有關(guān)變壓器的更多信息。

優(yōu)點：

大電流處理能力，比本文顯示的其他方法還要多。

不需要其他電路。

缺點：

需要維護(hù)。

磁滯會引起磁滯。

高一次電流會使鐵氧體磁芯材料飽和。

基于CT變壓器的電流傳感技術(shù)的主要用途由于電流測量能力非常高，因此處于電網(wǎng)中。很少有鉗型表也使用電流互感器來測量交流電。

分流電阻器電流檢測方法

這是電流感測技術(shù)中最常用的方法。此技術(shù)基于歐姆定律。

一個串聯(lián)的低值電阻器用于感測。以電流為例。

讓我們舉個例子。

假設(shè)1A電流流過1歐姆電阻。根據(jù)歐姆定律，電壓等于電流x電阻。因此，當(dāng)1A電流流過1A電流時，電阻兩端將產(chǎn)生1V電壓。電阻器的功率是要考慮的關(guān)鍵因素。但是，市場上也有非常小的阻值電阻，其阻值在毫歐范圍內(nèi)。在這種情況下，電阻兩端的電壓差也很小。需要一個高增益放大器來增加電壓的幅度，最后，使用反向計算基礎(chǔ)來測量電流。

這種電流檢測技術(shù)的另一種方法是將PCB走線用作分流電阻。由于PCB的銅走線電阻很小，因此可以使用走線來測量電流。但是，在這種替代方法中，要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，幾個依賴性也是一個很大的問題。改變游戲規(guī)則的主要因素是溫度漂移。取決于溫度，走線電阻會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致錯誤結(jié)果。需要補(bǔ)償應(yīng)用程序中的這一錯誤。

優(yōu)點：

非常經(jīng)濟(jì)高效的解決方案

可以工作

不需要其他設(shè)備。

缺點：

不適合由于熱量的消耗，電流會更高。

由于電阻兩端的能量浪費，分流測量會不必要地降低系統(tǒng)效率。

熱漂移會導(dǎo)致高溫下的誤差結(jié)果

并聯(lián)電阻的應(yīng)用包括數(shù)字安培計。除了霍爾效應(yīng)傳感器以外，這是一種準(zhǔn)確且便宜的方法。分流電阻器還可以提供低電阻路徑，并允許電流從一個點傳遞到電路中的另一點。

如何選擇合適的電流感應(yīng)方法？

選擇合適的電流檢測方法并不是一件容易的事。選擇正確的方法需要考慮的因素很少，例如：

需要多少精度？

DC或AC測量或兩者都測量？

需要多少功耗？

當(dāng)前要測量的范圍和帶寬是多少？

強(qiáng)制調(diào)整。
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