各種電流檢測(cè)方式的比較

1、精品 感謝下載載 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，無隔離效果。 分析： 電阻與運(yùn) 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)地線造成干擾；高端檢測(cè)， 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。 低議檢測(cè)電路 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)

2、匝數(shù)少，二次側(cè)匝數(shù)多，如果二次開路，則二次側(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 Current Transformer ，是將一次側(cè)的大電流，按比例變?yōu)檫m合通過 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)荷大小無關(guān)。 2、二次回路不允許開路，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

3、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)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Phase voltage Tran sformers，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環(huán)模式與閉環(huán)模式。 開環(huán)模式又稱為直接測(cè)量式霍爾電流傳

4、感器，輸入為電流，輸岀為電壓。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果的精度和線性度都較高。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)霍爾元件來進(jìn)行檢測(cè)等等。 開環(huán)模式的結(jié)構(gòu)原理見下圖 根據(jù)檢測(cè)量程的需求，一般分為以下兩種繞線模式，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)

5、模式又稱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) 原理見下圖 將霍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)電流通過補(bǔ)償線圈，并令補(bǔ)償線圈產(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環(huán)模式好，但價(jià)

6、格也比開環(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)。 三種方式均是通過檢測(cè)精密電阻兩端的電壓來判定其被檢測(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 鄙人代理此條線 介紹完了其他的電流檢測(cè)方式，接下來，重點(diǎn)介紹一下Allegro的電流

7、傳感器。 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，外圍電路簡(jiǎn)單。 2. 開環(huán)模式的霍爾電流傳感器（因體積問題，芯片級(jí)霍爾電流傳感器無法做到閉環(huán)模式。 3. 可測(cè)交直流電流。 4. 無需檢測(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. 輸岀加載于0.5VCC上，非常穩(wěn)定的斬波輸岀。 8. US級(jí)響應(yīng)速度，精度在 -4085 C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。年岀廠不合格率小于1PPM 常推的幾顆 Allegro霍爾電流

8、傳感器為: ACS712 ACS72 ;F ViOuT FILTER 封裝圈封裝解期圖 典型直用圏 從ACS712的內(nèi)部框圖與封裝解剖圖可以看岀，原邊電流只是從芯片內(nèi)部流過，與副邊電路并 沒有接觸，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?的流過會(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)線性的電壓信號(hào)，經(jīng)過內(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、0A、30A，溫度等級(jí)均為 E級(jí)（-4085 C） 輸入與輸岀在量程范圍內(nèi)為良好的線性關(guān)系，其系數(shù)Sensitivity 分別為，185、100

9、、66mV/A 因?yàn)閿夭娐返脑?，其輸岀將加載于0.5VCC上。ACS712的Vcc電源一般建議采用5V。輸 岀與輸入的關(guān)系為 Vout=0.5Vcc+lp*Se nsitivity。一般輸岀的電壓信號(hào)介于0.5V4.5V 之間。 lp+與Ip-之間流經(jīng)芯片內(nèi)部的那一部份，我們稱之為內(nèi)置路徑內(nèi)阻，其阻值為1.2m Q.當(dāng)大電流 流經(jīng)它時(shí)，所產(chǎn)生的功耗很小，如30A滿量程的電流流經(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 C時(shí)，精度特性更好。輸入與輸岀之間的響 應(yīng)時(shí)間為5us。帶寬為80KHZ，通過調(diào)整濾波腳與地

10、之間的濾波電容，可根據(jù)客戶的要求來調(diào) 整噪聲與帶寬的關(guān)系，電容取值大，帶寬小，噪聲小。 ACS710 ULTJX P* ACS710 低 vec nw WT 九瞰 d 沁 1 V X * 與ACS712相比，ACS710多了一個(gè)過流保護(hù)功能。如上圖所示，藍(lán)色虛框?yàn)锳CS710的電流 檢測(cè)回路，紅色虛框?yàn)锳CS710的過流保護(hù)回路。 ACS710與ACS712的電流檢測(cè)原理是一樣的，所不同的有以下幾點(diǎn)： ACS710因?yàn)榉庋bSOIC-16體積比ACS712稍大，所以原邊與副邊的隔離電壓也比ACS712大, 為 3000V。 內(nèi)置路徑內(nèi)阻為1.0 m Q。 量程不一樣，根據(jù)尾綴不同，分12.5A與

11、25A兩種量程。這里的 12.5A量程與25A量程指的 是優(yōu)化量程，實(shí)際上，ACS710有三倍過載能力，即，他們的實(shí)際量程分別為37.5A與75A。 但考慮到電流過大，溫升的效應(yīng)，不建議將ACS710長(zhǎng)期工作于過載條件下。 ACS710 Vcc 可選用5V與3.3V兩種。5V與3.3V時(shí)，其輸入輸岀的線性系數(shù)（ Sensitivity ） 也為線性。女口 ACS710 25A 量程的 IC, Vcc 為 5V 時(shí)，Sensitivity 為 28mV/A. 3.3V 時(shí)，Sensitivity 為 28*3.3/5=18.5mV。 溫度等級(jí)不一樣，ACS710為K級(jí)，-40125 C . AC

12、S710的帶寬為120KHZ，響應(yīng)時(shí)間為 4us，過流保護(hù)響應(yīng)時(shí)間為2us。 ACS710過流保護(hù)功能說明 1. 16管腳為使能腳。 2. 調(diào)整15腳外圍的兩個(gè)分壓電阻值，可設(shè)定過流保護(hù)的門限值。Vcc為5V時(shí)， ACS710KLATR-12CB-T （12.5A量程的型號(hào)）其可設(shè)定的過流保護(hù)的門限范圍為22.3A35.7A ACS710KLATR-25CB-T （25A量程的型號(hào)）其可設(shè)定的過流保護(hù)的門限范圍為44.6A71.5A 3.13管腳為Fault輸岀腳，過流條件岀現(xiàn)時(shí)，13管腳將在2us內(nèi)輸岀一個(gè)低電平信號(hào)，其中外 接電容Coc為緩沖電容，以防止因干擾而產(chǎn)生的誤報(bào)情況。 4.下圖為

13、過流保護(hù)過程的圖解說明。 ACS758 典型應(yīng)用瀏 ACS758的原理是一樣的。與 ACS712、ACS710相比，其特點(diǎn)是： 量程大，分為 50A、100A、150A、200A 四個(gè)等級(jí)。 內(nèi)置路徑內(nèi)阻小，為100u Q. 溫度等級(jí)，50A、100A量程的等級(jí)為 L級(jí)，即-40150 C; 150A量程的為 K級(jí)，即-40125 C; 200A量程的為 E級(jí)，即-4085 C . 帶寬為120KHZ，響應(yīng)時(shí)間為 4us。 25 C時(shí)，原邊1200A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。 85 C時(shí)，原邊900A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。 150 C時(shí)，原邊600A大電流時(shí)，可承受時(shí)間為1秒。 以上介

14、紹的為Allegro的三顆代表型芯片級(jí)霍爾電流傳感器，我介紹的均為雙向的霍爾電流傳感 器（可測(cè)交直流），輸岀加載于0.5VCC上。Allegro也有單向的霍爾傳感器，其單向的霍爾電 流傳感器（可測(cè)正電流），輸岀加載于0.1Vcc上。芯片級(jí)的霍爾電流傳感器，目前其最大量程 為200A，對(duì)于大于200A的電流，可用Allegro線性霍爾做成塻塊型霍爾電流傳感器。事實(shí)上, 國(guó)內(nèi)有部份品牌的模塊型霍爾電流傳感器，就是應(yīng)用Allegro的線性霍爾做為核心做成的。 六小結(jié) 各種電流檢測(cè)的方式原理各不同。 檢測(cè)電阻+運(yùn)放與電流互感器屬于低成本的方案，其可靠性與安全性較差，主要用于低端方案。 模塊式霍爾電流傳感器，其體積較大，雙電源